[發明專利]鋰離子電池組電解質和包含該電解質的電化學電池

在審

• 申請號: 202111545288.7
• 申請日: 2021-12-16
• 公開（公告）號: CN114927764A
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 何美楠;蔡梅
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: H01M10/0569
• 分類號: H01M10/0569;H01M10/0525
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 徐厚才;楊思捷

本申請涉及鋰離子電池組電解質和包含該電解質的電化學電池。用于鋰離子電池組的電解質包含非水性非質子有機溶劑和溶解在有機溶劑中的鋰鹽。所述有機溶劑包含環狀碳酸酯、無環碳酸酯、和用于改善的低溫和高電壓性能以及增強的熱穩定性的無環氟化醚。醚基團具有通式R₁?O?[R₃?O]_n?R₂，其中n=0或1，R₁和R₂各自為直鏈C1?C6氟代烷基，并且當n=1時，R₃為亞甲基或聚亞乙基。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池組(batteries)，更特別地，涉及用于鋰離子電池組的非水性非質子液體電解質。

背景技術

二次鋰離子電池組的電化學電池(cells)通常包括由多孔隔離件彼此間隔開的負電極和正電極。負電極和正電極以及多孔隔離件被離子導電電解質滲透，所述電解質在電化學電池的放電和再充電期間提供用于在負電極和正電極之間傳導鋰離子的介質。鋰離子電池組的電解質通常包含溶解或分散在一種或多種非質子有機溶劑中的鋰鹽并且可以經配制以在寬運行溫度范圍(例如-20℃至60℃)顯示某些期望的性質。這些期望的性質可包括高離子電導率、高介電常數(與更高的溶解鹽的能力相關)、低粘度、與鋰鹽的足夠的配位行為、以及與電化學電池的其它組分的化學相容性。例如，可以配制有機溶劑以促進鋰鹽在有機溶劑中的有效且可逆的溶劑化，以避免在電池組再充電期間有機溶劑分子與鋰離子一起在負電極的層狀結構中共嵌入(cointercalation)。

可以配制鋰離子電池組的電解質以促進在電池組的初始充電期間在負電極和電解質之間的界面處在負電極表面上通常稱為固體電解質界面(solid electrolyteinterphase, SEI)的電絕緣且離子導電的層的原位形成。在負電極表面上天然(native)SEI的形成可有助于防止在電池組運行期間負電極的鋰金屬與電解質之間進一步的物理接觸和不期望的副反應的發生。此外，所述天然SEI可有助于確保在電池組再充電期間鋰離子在負電極上的均勻分布和沉積，這可有助于防止鋰枝晶在負電極上成核和生長。

為了提高鋰離子電池組的容量，已經開發了表現出高工作電壓(例如 4.4V vs.Li/Li⁺)的正電極材料，其可能在目前用于商業鋰離子電池組電解質中的一些有機溶劑的電化學(氧化)穩定性窗口之外。為了將這些新的高電壓正電極材料有效地結合到商業鋰離子電池組中，可以配制有機溶劑或共溶劑以提高電解質的氧化穩定性，同時還保持它們的高離子電導率。

發明內容

公開了一種用于鋰離子電池組的電解質。所述電解質可以包含非水性非質子有機溶劑和溶解或離子化在所述有機溶劑中的鋰鹽。所述有機溶劑可包含環狀碳酸酯、無環碳酸酯和無環氟化醚。所述無環氟化醚可具有下式：

其中n = 0或1，其中R₁和R₂各自為直鏈C1-C6氟代烷基，并且其中當n = 1時，R₃為亞甲基或聚亞乙基(polyethylene group)。

所述無環氟化醚中碳原子的總數可以是2、3、4、5、6或7。

當n = 0時，R₁可以是全氟甲基或全氟乙基并且R₂可以是全氟甲基或全氟乙基。

當n = 1時，R₁和R₂可以各自是全氟乙基并且R₃可以是亞乙基。

所述無環氟化醚按體積計可占有機溶劑的5-50%。