[發明專利]用于鋰金屬電池的電解質組合物

在審

• 申請號: 202180083887.3
• 申請日: 2021-11-03
• 公開（公告）號: CN116583980A
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發明（設計）人: 崔志愛;V·托爾泰利;G·穆勒;L·A·霍夫;M·加林貝蒂;李昭英;崔熙星
• 申請（專利權）人: 索爾維公司
• 主分類號: H01M10/052
• 分類號: H01M10/052
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 童春媛;林毅斌

本發明涉及一種用于鋰金屬電池的電解質組合物，其包含a)至少一種含有4至10個碳原子的氟化二醚，由Rsupgt;1/supgt;?O?Rsupgt;2/supgt;?O?Rsupgt;3/supgt;的式(I)表示，其中每個Rsupgt;1/supgt;和Rsupgt;3/supgt;獨立地是氟化烷基，并且Rsupgt;2/supgt;是任選氟化的烷基，由Csubgt;a/subgt;Fsubgt;b/subgt;Hsubgt;c/subgt;的式(II)表示，其中a是1至6的整數，b+c是2至10的整數，并且如果b是0，Rsupgt;1/supgt;和Rsupgt;3/supgt;獨立地不具有H；b)至少一種非氟化醚；以及c)至少一種鋰鹽，其中a)氟化二醚的量為基于a)氟化二醚和b)非氟化醚的總體積按體積計至少50％(vol％)。本發明還涉及一種鋰金屬電池，其包括包含鋰金屬的負極、正極、隔膜和根據本發明的電解質組合物。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2020年12月16日提交的歐洲專利申請號20214399.6的優先權，出于所有目的將此申請的全部內容通過援引方式并入本文。

技術領域

本發明涉及一種用于鋰金屬電池的電解質組合物，其包含a)至少一種含有4至10個碳原子的氟化二醚，由R¹-O-R²-O-R³的式I表示，其中每個R¹和R³獨立地是氟化烷基，并且R²是任選氟化的烷基，由C_aF_bH_c的式II表示，其中a是1至6的整數，b+c是2至10的整數，并且如果b是0，R¹和R³獨立地不具有H；b)至少一種非氟化醚；以及c)至少一種鋰鹽，其中a)氟化二醚的量為基于a)氟化二醚和b)非氟化醚的總體積按體積計至少50％(vol％)。本發明還涉及一種鋰金屬電池，其包括包含鋰金屬的負極、正極、隔膜和根據本發明的電解質組合物。

背景技術

鋰離子電池由于其包括重量輕、能量密度合理以及循環壽命良好的多種優點而在可充電儲能裝置市場中保持著主導地位。然而，目前的鋰離子電池仍然受制于相對于所需的能量密度相對較低的能量密度，其持續增加以滿足高功率應用的需求，如電動汽車、混合動力汽車、電網儲能(也稱為大規模儲能)等。

由于鋰金屬具有低氧化還原電位和高比容量所帶來的有利特性，因此自20世紀70年代以來，采用鋰金屬作為負極已經是已知的。這種鋰金屬電池通常使用常規的液體電解質如基于碳酸鹽的電解質和/或具有低粘度和高離子導電性的基于醚的電解質。這些液體電解質在循環開始時分解成為鈍化層，這將導致枝晶生長，以及還有電解質與沉積的反應性鋰離子之間的進一步副反應。這些一直是阻礙鋰金屬電池商業化的關鍵問題。

用于鋰金屬電池的合適的電解質的基本要求與用于鋰離子電池的常規液體電解質相同，即高離子導電性、低熔點和高沸點、(電)化學穩定性以及還有安全性。除了所述的基本要求外，用于鋰金屬電池的合適的電解質還應針對上述缺點提供解決方案。

作為旨在減少或抑制鋰枝晶形成并改善鋰金屬電池的循環性能的多種研究工作之一，已經考慮使用固體電解質代替液體電解質。例如，R.Sudo等人在Solid?State?Ionics[固態離子學],262,151(2014)中描述了在包含Li金屬作為負極的電化學電池中使用Al摻雜的Li₇La₃Zr₂O₁₂作為固體電解質。然而，還是觀察到了鋰枝晶。

D.Aurbach等人在Solid?State?Ionics[固態離子學],148,405(2002)中和H.Ota等人在Electrochimica?Acta[電化學學報],49,565(2004)中報道，添加劑如CO₂、SO₂和碳酸亞乙烯酯有助于改善鈍化層的穩定性。然而，這些添加劑在電池運行期間被消耗。因此，它們不能成為防止枝晶形成的長期解決方案。