包含氟化砜的非水性电解质组合物制造技术

本文披露了电解质组合物，这些电解质组合物包含氟化溶剂，氟化砜，至少一种选自硼酸盐、和/或草酸盐、和/或氟化的环状碳酸酯的组分，和至少一种电解质盐。该氟化溶剂可以是氟化的非环状羧酸酯、氟化的非环状碳酸酯、氟化的非环状醚、或其组合。这些电解质组合物在电化学电池如锂离子电池组中是有用的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含氟化砜的非水性电解质组合物
本文的披露内容涉及电解质组合物，这些电解质组合物包含氟化溶剂，氟化砜，至少一种选自硼酸盐、和/或草酸盐、和/或氟化的环状碳酸酯的组分，和至少一种电解质盐。这些电解质组合物在电化学电池如锂离子电池组中是有用的。
技术介绍
碳酸酯化合物目前作为电解质溶剂用于含有由碱金属、碱土金属、或包含这些金属的化合物制成的电极的非水性电池组例如锂离子电池组。当前的锂离子电池组电解质溶剂典型地包含一种或多种直链碳酸酯，诸如碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、或碳酸二乙酯；和环状碳酸酯，如碳酸亚乙酯。然而，在高于约4.2V的阴极电势下，这些电解质溶剂可分解，这可导致电池组性能的损失。已经研究了各种途径以克服通常使用的非水性电解质溶剂的限制。例如，添加剂如环状羧酸酐已经与目前使用的电解质溶剂组合使用(参见例如Jeon等人的美国专利申请公开号2010/0273064A1)。此外，已经研究了各种氟化的羧酸酯电解质溶剂在锂离子电池组中的使用(参见例如Nakamura等人的JP4/328,915-B2、JP3/444,607-B2以及美国专利号8,097,368)。尽管这些电解质溶剂可用于具有高电势阴极(如4V尖晶石LiMn2O4阴极，或LiCoO2或LiNixMnyCozO2其中x+y+z为约1，或4.7VLiMn1.5Ni0.5O4阴极)的锂离子电池组中，但是循环性能可能受到限制，特别是在高温下。仍然需要当在锂离子电池组、特别是在高压(即，最高达约5V)运行或者结合高压阴极的此种电池组中使用时，将具有改进的高温循环性能的电解质溶剂及其组合物。
技术实现思路
在一个实施例中，本文提供了一种电解质组合物，该电解质组合物包含：a)氟化溶剂；b)氟化砜；c)至少一种选自以下项的组分：i)由式(IX)表示的硼酸盐LiBF(4-2p)(C2O4)p(IX)其中p是0、1、或2；和/或ii)由式(X)表示的草酸盐LiPF(6-2q)(C2O4)q(X)其中q是1、2或3；和/或iii)氟化的环状碳酸酯；以及d)至少一种电解质盐。在一个实施例中，该氟化溶剂是：a)由式(I)表示的氟化的非环状羧酸酯：R1-COO-R2，(I)b)由式(II)表示的氟化的非环状碳酸酯：R3-OCOO-R4，(II)c)由式(III)表示的氟化的非环状醚：R5-O-R6，(III)或其混合物；其中i)R1是H、烷基、或氟烷基；ii)R3和R5各自独立地是氟烷基并且可以是彼此相同或不同的；iii)R2、R4、以及R6各自独立地是烷基或氟烷基并且可以是彼此相同或不同的；iv)R1和R2中的任一者或两者包含氟；并且v)各自作为一对的R1和R2、R3和R4、以及R5和R6包含至少两个碳原子但不超过七个碳原子。在一个实施例中，该氟化砜由式(IV)表示：R7-SO2-R8(IV)其中R7是C1至C10氟烷基，任选地包含一个或多个醚氧，并且R8是C1至C10烷基或C1至C10氟烷基，各自任选地包含一个或多个醚氧。在另一个实施例中，该氟化砜由式(V)表示：CF2H-R9-SO2-R10(V)其中R9任选地不存在，或是C1至C10亚烷基、或C1至C10氟亚烷基，每个基团任选地包含一个或多个醚氧；并且R10是C1至C10烷基或C1至C10氟烷基，各自任选地包含一个或多个醚氧。在另一个实施例中，提供了一种方法，该方法包括：组合以下各项：a)氟化溶剂；b)氟化砜；c)至少一种选自以下项的组分：i)由式(IX)表示的硼酸盐LiBF(4-2p)(C2O4)p(IX)；其中p是0、1、或2；和/或ii)由式(X)表示的草酸盐LiPF(6-2q)(C2O4)q(X)；其中q是1、2或3；和/或iii)氟化的环状碳酸酯；以及d)至少一种电解质盐；以形成电解质组合物。在另一个实施例中，提供了一种电化学电池，该电化学电池包括：(a)壳体；(b)布置在该壳体中并且彼此处于离子导电接触的阳极和阴极；(c)布置在该壳体中并提供在该阳极与该阴极之间的离子导电通路的如本文披露的电解质组合物；以及(d)在该阳极与该阴极之间的多孔隔膜。在另一个实施例中，该电化学电池是锂离子电池组。附图说明图1示出了含有实例1的电解质的纽扣电池在25℃下的电压分布。图2示出了含有对比实例B的电解质的纽扣电池在25℃下的电压分布。图3是含有实例2的电解质的纽扣电池的第一和第二充电/放电曲线的图示。图4是含有对比实例C的电解质的纽扣电池的第一和第二充电/放电曲线的图示。具体实施方式如上文和贯穿本披露所用，除非另外指明，否则以下术语应如下被定义：如本文使用的术语“电解质组合物”是指适合于用作电化学电池中的电解质的化学组合物。如本文使用的术语“电解质盐”是指至少部分地可溶于该电解质组合物的溶剂中并且在该电解质组合物的溶剂中至少部分地解离为离子以形成导电电解质组合物的离子盐。如本文使用的术语“阳极”是指电化学电池的发生氧化的电极。在原电池如电池组中，阳极是带负电的电极。在二次(即，可充电的)电池组中，阳极是在放电过程中发生氧化并且在充电过程中发生还原的电极。术语“阴极”是指电化学电池的发生还原的电极。在原电池如电池组中，阴极是带正电的电极。在二次(即，可充电的)电池组中，阴极是在放电过程中发生还原并且在充电过程中发生氧化的电极。如本文使用的术语“锂离子电池组”是指一种类型的可充电的电池组，其中锂离子在放电过程中从阳极移动至阴极并且在充电过程中从阴极移动至阳极。在锂与锂离子之间的平衡电势是参比电极的电势，该参比电极使用与含有锂盐(其浓度为足以给出约1摩尔/升的锂离子浓度)的非水性电解质接触的锂金属，并且经受足够小的电流使得该参比电极的电势没有从其平衡值(Li/Li+)显著地改变。此种Li/Li+参比电极的电势在此被指定为0.0V的值。阳极或阴极的电势是指在阳极或阴极与Li/Li+参比电极之间的电势差。本文中，电压是指在电池的阴极与阳极之间的电压差，该电池的两个电极都不可以在0.0V的电势下运行。如本文使用的术语“烷基”是指不含不饱和度的直链或支链的烃基。如本文使用的术语“氟烷基”是指其中至少一个氢被氟替换的烷基。如本文使用的术语“亚烷基”是指含有碳和氢的二价基团，其可以是直链或支链的，并且不含不饱和度。如本文使用的术语“氟亚烷基”是指其中至少一个氢被氟替换的亚烷基。如本文使用的术语“砜”是指含有与两个碳原子键合的磺酰基-SO2-的化合物，该砜具有通式R’-SO2-R”，其中R’和R”可以是相同或不同的并且各自独立地为含有至少一个碳原子的烷基，并且各自可以是取代或未取代的，饱和或不饱和的。如本文使用的术语“氟化砜”是指其中在R’和R”的任一者或两者中至少一个氢被氟替换的砜。如本文使用的术语“醚氧”是指与两个碳原子键合的氧原子。本文披露了电解质组合物，这些电解质组合物包含氟化溶剂；氟化砜；至少一种选自如本文定义的硼酸盐、和/或如本文定义的草酸盐、和/或氟化的环状碳酸酯的组分；和至少一种电解质盐。该氟化溶剂可以是氟化的非环状羧酸酯、氟化的非环状碳酸酯、氟化的非环状醚、或其组合。这些电解质组合物在电化学电池、特别是锂离子电池组中是有用的。合适的氟化的非环状羧酸酯由式(I)表示R1-COO-R2(I)其中i)R1是H、烷基、或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电解质组合物，包含：a)氟化溶剂；b)氟化砜；c)至少一种选自以下项的组分：i)由式(IX)表示的硼酸盐LiBF(4‑2p)(C2O4)p   (IX)其中p是0、1、或2；和/或ii)由式(X)表示的草酸盐LiPF(6‑2q)(C2O4)q   (X)其中q是1、2或3；和/或iii)氟化的环状碳酸酯；以及d)至少一种电解质盐。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电解质组合物，包含：a)氟化溶剂；b)氟化砜；c)至少一种选自以下项的组分：i)由式(IX)表示的硼酸盐LiBF(4-2p)(C2O4)p(IX)其中p是0、1、或2；和/或ii)由式(X)表示的草酸盐LiPF(6-2q)(C2O4)q(X)其中q是1、2或3；和/或iii)氟化的环状碳酸酯；以及d)至少一种电解质盐。2.如权利要求1所述的电解质组合物，其中该氟化溶剂是：a)由式(I)表示的氟化的非环状羧酸酯：R1-COO-R2，(I)b)由式(II)表示的氟化的非环状碳酸酯：R3-OCOO-R4，(II)c)由式(III)表示的氟化的非环状醚：R5-O-R6，(III)或其混合物；其中i)R1是H、烷基、或氟烷基；ii)R3和R5各自独立地是氟烷基并且可以是彼此相同或不同的；iii)R2、R4、以及R6各自独立地是烷基或氟烷基并且可以是彼此相同或不同的；iv)R1和R2中的任一者或两者包含氟；并且v)各自作为一对的R1和R2、R3和R4、以及R5和R6包含至少两个碳原子但不超过七个碳原子。3.如权利要求2所述的电解质组合物，其中各自作为一对的R1和R2、R3和R4、以及R5和R6进一步包含至少两个氟原子，其前提是R1、R2、R3、R4、R5和R6均不含FCH2-基团或-FCH-基团。4.如权利要求2所述的电解质组合物，其中该氟化的非环状羧酸酯包括CH3-COO-CH2CF2H、CH3CH2-COO-CH2CF2H、F2CHCH2-COO-CH3、F2CHCH2-COO-CH2CH3、CH3-COO-CH2CH2CF2H、CH3CH2-COO-CH2CH2CF2H、F2CHCH2CH2-COO-CH2CH3、CH3-COO-CH2CF3、CH3CH2-COO-CH2CF2H、H-COO-CH2CF2H、H-COO-CH2CF3、或其混合物。5.如权利要求4所述的电解质组合物，其中该氟化的非环状羧酸酯包括乙酸2，2-二氟乙基酯。6.如权利要求1所述的电解质组合物，其中该氟化砜由式(IV)表示：R7-SO2-R8(IV)其中R7是C1至C10氟烷基，任选地包含一个或多个醚氧，并且R8是C1至C10烷基或C1至C10氟烷基，各自任选地包含一个或多个醚氧。7.如权利要求1所述的电解质组合物，其中该氟化砜由式(V)表示：CF2H-R9-SO2-R10(V)其中R9任选地不存在，或是C1至C10亚烷基、或C1至C10氟亚烷基，每个基团任选地包含一个或多个醚氧；并且R10是C1至C10烷基或C1至C10氟烷基，各自任选地包含一个或多个醚氧。8.如权利要求7所述的电解质组合物，其中该氟化砜包括CHF2SO2CH3、CHF2SO2CH2CH3、CHF2CH2SO2CH3、CHF2CH2SO2CH2CH3、CHF2CH2SO2CH(CH3)2、(CHF2CH2)2SO2、CH2FSO2CH3、CH2FSO2CH2CH3、CH2FCH2SO2CH3、CH2FCH2SO2CH2CH3、CH2FCH2SO2CH(CH3)2、(CH2FCH2)2SO2、CHF2CF2SO2CH3、CF3SO2CH3、CF3SO2CH2CH3、CF3CH2SO2CH3、CF3CH2SO2CH2CH3、CF3CH2SO2CH(CH3)2、(CF3CH2)2SO2、或其混合物。9.如权利要求1所述的电解质组合物，进一步包括非氟化的砜和/或至少一种非氟化的环状或非环状碳酸酯。10.如权利要求1所述的电解质组合物，其中该硼酸盐包括双(草酸)硼酸锂；该草酸盐包括三(草酸)磷酸锂；和/或该氟化的环状碳酸酯包括4-氟-1，3-二氧戊环-2-酮；4，5-二氟-1，3-二氧戊环-2-酮；4，5-二氟-4-甲基-1，3-二氧戊环-2-酮；4，5-二氟-4，5-二甲基-1，3-二氧戊环-2-酮；4，4-二氟-1，3-二氧戊环-2-酮；4，4，5-三氟-1，3-二氧戊环-2-酮，或其混合物。11.如权利要求1所述的电解质组合物，其中，基于该电解质组合物的总重量，该电解质组合物包含约0.001重量百分比至约15重量百分比的该硼酸盐、该草酸盐、或其组合。12.如权利要求1所述的电解质组合物，其中，基于该电解质组合...

【专利技术属性】
技术研发人员：SE伯克哈特，K考塔基斯，MG勒洛夫斯，
申请(专利权)人：索尔维公司，
类型：发明
国别省市：比利时,BE