[發明專利]用于鋰離子電化學電池的電解質組合物

在審

• 申請號: 202010134503.3
• 申請日: 2020-03-02
• 公開（公告）號: CN111640975A
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 朱利安·德莫;馬萊內·奧斯瓦爾德
• 申請（專利權）人: SAFT公司
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M10/0568;H01M10/0569
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 蘇虹;孫雅雯

一種用于鋰離子電化學電池的電解質組合物，其包含：?至少一種四氟化或六氟化鋰鹽，?雙(氟磺酰基)酰亞胺鋰LiFSI鹽，?碳酸亞乙烯酯，?硫酸亞乙酯，?二氟磷酸鋰，?選自環狀或線性碳酸酯、環狀或線性酯、環狀或線性醚及其混合物的至少一種有機溶劑，在添加至溶劑之前，硫酸亞乙酯的質量與碳酸亞乙烯酯的質量之比嚴格小于1，雙(氟磺酰基)酰亞胺鋰的質量百分比占由所述至少一種四氟化或六氟化鋰鹽、所述雙(氟磺酰基)酰亞胺鋰鹽和所述至少一種有機溶劑組成的組的質量的小于1％。在鋰離子電化學電池中使用該組合物增加了電池的壽命，尤其是在低溫和高溫循環條件下。

技術領域

本發明的技術領域是用于鋰離子型可再充電電化學電池的電解質組合物的領域。

背景技術

鋰離子型可再充電電化學電池在現有技術中是已知的。由于它們的高質量和體積能量密度，它們是有前途的電能來源。它們包括至少一個正電極(其可以為鋰化過渡金屬氧化物)和至少一個負電極(其可以為基于石墨的)。然而，當在至少80℃的溫度下使用時這樣的電池具有有限的使用壽命。它們的成分迅速降解，導致電池短路或其內部電阻增加。例如，在85℃下循環約100次充電/放電之后，這樣的電池的容量損失可能達到其初始容量的20％。此外，還發現這些電池在低于-10℃的溫度下使用時具有有限的使用壽命。

因此，目的是使得可獲得在至少80℃優選地至少85℃的溫度下或在低于-10℃的溫度下循環使用時具有改善的使用壽命的新的鋰離子型電化學電池。當這些電池能夠在通過進行至少200次循環(其中放電深度為100％而容量損失不大于其初始容量的20％)的循環條件下運行時，認為實現了該目的。

文獻CN 106099171描述了其電解質包含六氟磷酸鋰LiPF₆、雙(氟磺酰基)酰亞胺鋰LiFSI、硫酸亞乙酯ESA、碳酸亞乙烯酯VC和二氟磷酸鋰LiPO₂F₂的鋰離子電化學電池。在該文獻中的實施例中，硫酸亞乙酯的量與碳酸亞乙烯酯的量之間的比率為至少1。該高比率導致負電極的鈍化層快速溶解。重構新的鈍化層以代替溶解的鈍化層具有消耗來自電解質的鋰離子的效果，并因此導致電解質中的鋰離子的量減少。這導致電池在循環中的性能下降(衰退)，尤其是在高溫下。

文獻CN 108539267描述了用于鋰離子電化學電池的電解質。該文獻中的實施例描述了包含LiPF₆、LiFSI、ESA、VC和LiPO₂F₂的電解質。在實施例1至4中，ESA/VC質量比大于或等于1。如上述文獻中所述，該高比率導致負電極的鈍化層快速溶解，這導致電解質中的鋰離子的量降低，這最終導致電池的循環性能下降。此外，實施例5描述了包含1％LiPO₂F₂的電解質組合物。在這樣的濃度下，接近該化合物的溶解度極限。當接近溶解度極限時，LiPO₂F₂晶體的出現限制用電解質填充電池的品質。在填充之后，LiPO₂F₂可能無法均勻分布在電化學電池內。這可能導致電池性能下降。

文獻CN 108054431描述了適于在低溫和高溫下使用的用于鋰離子電池的電解質組合物。實施例3描述了由5％m LiFSI、5％m LiPF₆、1％m的LiPO₂F₂、0.5％m VC和0.5％mESA組成的電解質組合物。在該實例中，質量比ESA/VC等于1。如在兩個先前提及的文獻中，該高比率導致電池在循環中的性能下降。

文獻CN 107706455描述了可以在高溫和低溫下運行的用于鋰離子電池的電解質組合物。該組合物包含LiPF₆、LiFSI、LiPO₂F₂、VC和ESA。在實施例1至3、6、7、9至11和比較例1至3、6中，ESA的質量百分比為0.5％，VC的質量百分比為0.3％，導致ESA/VC比率為1.67。如上所述，高ESA/VC比率導致電池在循環中的性能下降。