电解质溶液和包含其的电化学电池制造技术

在一些实施方案中，电解质溶液包含：溶剂；电解质盐；以及由以下通式(I)表示的盐：[HxL]

Electrolyte solutions and electrochemical batteries containing them

In some implementations, the electrolyte solution consists of a solvent, an electrolyte salt, and a salt represented by the following general formula (I): [HxL]

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电解质溶液和包含其的电化学电池
本公开涉及用于电化学电池的电解质溶液。
技术介绍
已经引入各种电解质组合物以用于在电化学电池中使用。此类组合物在例如JP2013/097908；美国专利公开2011/021489；美国专利公开2012/0021279；JP2010/044883；以及JP2009/218005中有所描述。
技术实现思路
在一些实施方案中，提供电解质溶液。该电解质溶液包含：溶剂；电解质盐；以及由以下通式I表示的盐：[HxL]x+[FnA-]x(I)其中：A为硼或磷，F为氟，H为酸性氢，L为非质子有机胺，n为4或6，当n＝4时，A为硼，并且当n＝6时，A为磷，x为1至3的整数，并且非质子有机胺的至少一个N原子被酸性氢原子质子化。基于电解质溶液的总重量计，该盐以在0.1重量％和5重量％之间的量存在于电解质溶液中。该盐与具有式[(FmA)x'-L]的路易斯酸-路易斯碱配合物在电解质溶液中的摩尔比大于10，其中：x'为1至3的整数，m为3或5，当m＝3时，A为硼，并且当m＝5时，A为磷。在一些实施方案中，提供电化学电池。该电化学电池包括：正极；负极；以及电解质溶液。该电解质溶液包含：溶剂；电解质盐；以及由以下通式I表示的盐：[HxL]x+[FnA-]x(I)其中：A为硼或磷，F为氟，H为酸性氢，L为非质子有机胺，n为4或6，当n＝4时，A为硼，并且当n＝6时，A为磷，x为1至3的整数，并且非质子有机胺的至少一个N原子被酸性氢原子质子化。在合并成电化学电池之前，基于电解质溶液的总重量计，该盐以在0.1重量％和5重量％之间的量存在于电解质溶液中，并且该盐与具有式[(FmA)x’-L]的路易斯酸-路易斯碱配合物在电解质溶液中的摩尔比大于10，其中：x'为1至3的整数，m为3或5，当m＝3时，A为硼，并且当m＝5时，A为磷。在一些实施方案中，提供制备电解质溶液的方法。该方法包括将溶剂、电解质盐以及由以下通式I表示的盐混合：[HxL]x+[FnA-]x(I)其中：A为硼或磷，F为氟，H为酸性氢，L为非质子有机胺，n为4或6，当n＝4时，A为硼，并且当n＝6时，A为磷，x为1至3的整数，并且非质子有机胺的至少一个N原子被酸性氢原子质子化。基于电解质溶液的总重量计，该盐以在0.1重量％和5重量％之间的量存在于电解质溶液中。该盐与具有式[(FmA)x’-L]的路易斯酸-路易斯碱配合物在电解质溶液中的摩尔比大于10，其中：x'为1至3的整数，m为3或5，当m＝3时，A为硼，并且当m＝5时，A为磷。在一些实施方案中，提供形成电化学电池的方法。该方法包括：提供正极；提供负极；以及提供电解质溶液。该电解质溶液包含：溶剂；电解质盐；以及由以下通式I表示的盐：[HxL]x+[FnA-]x(I)其中：A为硼或磷，F为氟，H为酸性氢原子，L为非质子有机胺，n为4或6，当n＝4时，A为硼，并且当n＝6时，A为磷，x为1至3的整数，并且非质子有机胺的至少一个N原子被酸性氢原子质子化。在合并成电化学电池之前，(i)基于电解质溶液的总重量计，该盐以在0.1重量％和5重量％之间的量存在于电解质溶液中，并且(ii)该盐与具有式[(FmA)x’-L]的路易斯酸-路易斯碱配合物在电解质溶液中的摩尔比大于10，其中：x'为1至3的整数，m为3或5，当m＝3时，A为硼，并且当m＝5时，A为磷。该方法还包括将正极、负极以及电解质合并成电池以形成电化学电池。上述
技术实现思路
非意在描述本公开的每种实施方式的每个公开的实施方案。接下来的附图说明以及具体实施方式对示例性的实施方案作出更具体的说明。附图说明图1为包括根据本公开的一些实施方案的电解质溶液的电化学电池以及包括比较电解质溶液的电化学电池的容量保持率对循环次数的曲线图。具体实施方式最广泛使用的锂离子蓄电池电解质具有受限的热和高压稳定性。电解质的热降解和电化学降解被认为是锂离子蓄电池性能随着时间推移而降低的主要原因。许多与高级锂离子电池相关的性能和安全问题是电解质与高反应性正极或负极之间发生了不期望反应的直接或间接结果。此类反应导致循环寿命缩短、容量衰减、气体产生(可导致电池膨胀或排气)、阻抗增大以及倍率容量降低。通常，将电极驱动至更高的电压极值或者使电池暴露在更高的温度下加速了这些不期望的反应并且使相关问题更严重。在极端滥用的情况下，不受控制的反应放热可能导致电池的热失控和灾难性崩解。稳定电极/电解质界面是控制并最小化这些不期望反应和改善锂离子蓄电池的循环寿命及电压和温度性能限制的重要因素。被设计成以钝化界面的方式选择性地与电极表面反应、键合到电极表面或在电极表面处自组织的电解质添加剂代表实现这个目标的最简单且可能成本效益最好的方式中的一个。通用电解质溶剂和添加剂(诸如，碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、2-氟代碳酸亚乙酯(FEC)和双草酸硼酸锂(LiBOB))对负极SEI(固体电解质界面)层的稳定性的作用已经被很好地记录。然而，仍然存在对电解质添加剂的需求：能够进一步改善锂离子电池的高温性能和稳定性(例如>55℃)，为增加的能量密度提供高压(例如>4.2V)下电解质的稳定性，并且使得能够使用高压电极。如本文所用，单数形式“一个”、“一种”、和“所述”包括复数指代，除非所述内容清楚地表示其它含义。如本说明书和所附实施方案中所用的，除非内容清楚指示其它含义，否则术语“或”通常以其包括“和/或”的含义使用。如本文所用，通过端点表述的数值范围包括该范围内所包含的所有数值(如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.8、4和5)。如本文所用，“非质子有机胺”意指这样的有机化合物，其包含氮并且其中不存在直接键合到氮或直接键合到可任选地以其电中性状态存在于化合物中的其它杂原子(诸如O和S)的氢原子。除非另外指明，否则本说明书和实施方案中所使用的表达量或成分、性质测量等的所有数字在所有情况下均应理解成由术语“约”来修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附实施方案列表中示出的数值参数可根据本领域的技术人员利用本公开的教导内容寻求获得的期望属性而变化。最低程度上说，并且在不试图将等同原则的应用限制到受权利要求书保护的实施方案的范围内的情况下，至少应根据所报告的数值的有效数位并通过应用惯常的四舍五入法来解释每个数值参数。一般来讲，在一些实施方案中，本公开涉及一类可用作电化学电池(例如，锂离子电化学电池)的电解质的性能增强添加剂的盐。当在电解质中以相对低添加量(例如，<总电解质溶液的5重量％)使用时，这些盐可在电化学电池中提供性能益处。例如，相对于包含已知添加剂的已知电解质，具有包含本公开的盐的电解质的电化学电池可表现出改善的高温存储性能、改善的库仑效率、改善的充电终点容量滑移、较小的阻抗增长、减少的气体产生和改善的充放电循环。此外，本公开的盐显示出空气和湿气稳定性，从而与已知的已知添加剂(例如，BF3吡啶，BF3乙醚和BF3二甲基碳酸盐，其中一些在空气中快速水解以产生可见的白色烟雾)相比提供改进的易于处理并提高安全性。另外，本盐在低添加量时的意料不到的效率可导致每个电化学电池的总电解质添加剂成本的减少。实际上，材料成本的减少是在新应用(例如电动车辆、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电解质溶液，包含：溶剂；电解质盐；以及由以下通式I表示的盐：[HxL]x+[FnA‑]x  (I)其中：A为硼或磷，F为氟，H为酸性氢，L为非质子有机胺，n为4或6，当n＝4时，A为硼，并且当n＝6时，A为磷，x为1至3的整数，并且所述非质子有机胺的至少一个N原子被酸性氢原子质子化，其中基于所述电解质溶液的总重量计，所述盐以0.1重量％和5重量％之间的量存在于所述电解质溶液中，并且其中所述盐与具有式[(FmA)x'‑L]的路易斯酸‑路易斯碱配合物在所述电解质溶液中的摩尔比大于10，其中：x'为1至3的整数，m为3或5，当m＝3时，A为硼，并且当m＝5时，A为磷。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.17 US 62/351,5751.一种电解质溶液，包含：溶剂；电解质盐；以及由以下通式I表示的盐：[HxL]x+[FnA-]x(I)其中：A为硼或磷，F为氟，H为酸性氢，L为非质子有机胺，n为4或6，当n＝4时，A为硼，并且当n＝6时，A为磷，x为1至3的整数，并且所述非质子有机胺的至少一个N原子被酸性氢原子质子化，其中基于所述电解质溶液的总重量计，所述盐以0.1重量％和5重量％之间的量存在于所述电解质溶液中，并且其中所述盐与具有式[(FmA)x'-L]的路易斯酸-路易斯碱配合物在所述电解质溶液中的摩尔比大于10，其中：x'为1至3的整数，m为3或5，当m＝3时，A为硼，并且当m＝5时，A为磷。2.根据权利要求1所述的电解质溶液，其中所述非质子有机胺为中性胺，所述中性胺包含至少一个具有非键合电子对的氮原子，所述非键合电子对可用于布朗斯台德酸的质子化作用。3.根据权利要求2所述的电解质溶液，其中所述非质子有机胺包括叔胺。4.根据权利要求2所述的电解质溶液，其中所述非质子有机胺包括杂芳胺。5.根据权利要求1所述的电解质溶液，其中所述溶剂包括有机碳酸酯。6.根据权利要求5所述的电解质溶液，其中所述溶剂包括碳酸亚乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸亚丙酯、氟代碳酸亚乙酯、四氢呋喃(THF)、γ-丁内酯、环丁砜、乙酸乙酯或乙腈。7.根据权利要求6所述的电解质溶液，其中基于所述电解质溶液的总重量计，所述溶剂以15重量％和98重量％之间的量存在于所述溶液中。8.根据权利要求1所述的电解质溶液，其中所述电解质盐包括锂盐。9.根据权利要求8所述的电解质溶液，其中所述电解质盐包括LiPF6、LiBF4、LiClO4、双(草酸)硼酸锂、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiAsF6、LiC(SO2CF3)3、LiN(SO2F)2、LiN(SO2F)(SO2CF3)、或LiN(SO2F)(SO2C4F9)。10.根据权利要求8所述的电解质溶液，其中基于所述电解质溶液的总重量计，所述电解质盐以5重量％和75重量％之间的量存在于所述溶液中。11.一种电化学电池，包括：正极；负极；以及电解质溶液，所述电解质溶液包含：溶剂；电解质盐；以及由以下通式I表示的盐：[HxL]x+[FnA-]x(I)其中：A为硼或磷，F为氟，H为酸性氢原子，L为非质子有机胺，n为4或6，当n＝4时，A为硼，并且当n＝6时，A为磷，x为1至3的整数，并且所述非质子有机胺的至少一个N原子被酸性氢原子质子化，其中在合并成所述电化学电池之前，(i)基于所述电解质溶液的总重量计，所述盐以0.1重量％和5重量％之间的量存在于所述电解质溶液中，并且(ii)所述盐与具有式[(FmA)x'-L]的路易斯酸-路易斯碱配合物在所述电解质溶液中的摩尔比大于10，其中：x'为1至3的整数，m为3或5，当m＝3时，A为硼，并且当m＝5时，A为磷。12.根据权利要求11所述的电化学电池，其中所述非质子有机胺为中性胺，所述中性胺包含至少一个具有非键合电子对的氮原子，所述非键合电子对可用于布朗斯台德酸的质子化作用。13.根据权利要求12所述的电化学电池，其中所述非质子有机胺包括叔胺。14.根据权利要求12所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：威廉·M·拉曼纳，凯·A·史密斯，肖昂，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US