非水电解液和包含其的电化学电池制造技术

用于锂二次电池中的非水电解液具有降低或消除的易燃性以及增大的容量保持率。所述电解液包括锂盐；碳酸酯；取代的磷腈；氟化溶剂，如氟化碳酸酯、氟化醚和氟化酯；以及有机磷酸酯或有机膦酸酯，如氟化磷酸烷基酯、氟化芳族磷酸酯、氟化膦酸烷基酯或氟化芳族膦酸酯。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】用于锂二次电池中的非水电解液具有降低或消除的易燃性以及增大的容量保持率。所述电解液包括锂盐；碳酸酯；取代的磷腈；氟化溶剂，如氟化碳酸酯、氟化醚和氟化酯；以及有机磷酸酯或有机膦酸酯，如氟化磷酸烷基酯、氟化芳族磷酸酯、氟化膦酸烷基酯或氟化芳族膦酸酯。【专利说明】非水电解液和包含其的电化学电池
本专利技术涉及一种非水电解液和包含其的电化学能量储存装置。更具体地，本专利技术涉及非水电解液，其包含:(a) —种或多种溶剂；(b) —种或多种离子盐；以及(C) 一种或多种添加剂。能够防止火灾或降低能量储存电化学电池(例如，锂金属电池、锂离子电池、锂离子电容器以及超级电容器)的易燃性的非水电解液包括非氟化碳酸酯、锂盐、磷腈化合物以及氟化溶剂。这些电解液增强电池性能，降低在循环和高温储存期间的容量衰减，并且防止或降低由其制成的电池的易燃性。专利技术背景安全性是锂离子电池、尤其在xEV (插电式车辆)中具有应用的大型电池首要关注的问题。目前用于锂或锂离子电池中的常规电解液高度易燃，并且存在以下无可非议的关注，即在事故情形下存在从电池泄漏的可能性，因此将会在火焰或火花存在下燃烧。需要通过找出一种不易燃的电解液来提高电池系统的安全性，从而减小当容器在事故中受损时电池将会容易起火的可能性。氟化磷腈化合物已显示出优异的阻燃特性。然而，对于电解液中的高度易燃的溶剂如EMC，需要高浓度的添加剂来实现不易燃性。所需的高浓度可能造成导电性降低并且有时可以导致电池性能劣化。关于这些化合物的另一个关注是成本:它们比电解液中使用的其他材料贵约10倍。氟化碳酸酯、氟化醚、氟化酯、氟化烷烃、氟化磷酸烷基酯、氟化膦酸烷基酯以及氟化芳族膦酸酯是其他重要的不易燃性溶剂。然而，在电解液中典型地需要极高浓度的这些化合物(30%或更高)来实现所希望的不易燃性。这种高浓度材料可能造成诸如不良的盐溶解性、电解液自身的相分离以及电池性能可能有损失之类的问题。由于与高浓度的常规阻燃剂相关的高成本以及不良电池性能的可能性，因此当务之急是找到可改善这些问题中的任一者或两者的替代配制物和材料。专利技术概要本专利技术是由于本文专利技术人的以下发现而产生:连同锂或锂离子电池中典型地使用的溶剂一起，在锂或锂离子电池的电解液中使用磷腈化合物以及氟化碳酸酯、氟化醚、氟化酯、氟化烷烃、氟化磷酸酯和氟化膦酸酯中的至少一者，在维持或改进电池性能的同时在赋予电解液以不易燃性以及降低不易燃性所需的两种材料的浓度方面产生协同作用。特别地，本专利技术提供包含阳极、阴极以及电解液的二次电池。该电解液包括锂盐和至少一种碳酸酯，其中添加有氟化磷腈外加至少一种氟化脂族/芳族化合物和/或一种氟化磷酸酯/膦酸酯。“脂族/芳族”或“磷酸酯/膦酸酯”型式的简写意指可存在任一者或两者，即在一种方案中可存在脂族化合物和/或芳族化合物，而在另一种方案中可存在磷酸酯和/或膦酸酯。氟化脂族/芳族化合物是选自以下:氟化碳酸酯、氟化醚、氟化酯以及氟化烷烃。氟化磷酸酯/膦酸酯化合物是选自以下:氟化磷酸烷基酯、氟化芳族磷酸酯、氟化膦酸烷基酯、氟化芳族膦酸酯以及它们的组合。该电解液还可含有其他增强性能的添加剂。本专利技术的电解液不易燃，具有低成本，并且含有该非水电解液的电化学装置具有改善的安全性和循环寿命。明白地说，通过使用⑴氟化磷腈添加剂以及可能为(2a)至少一种氟化脂族/芳族化合物和/或(2b)至少一种氟化烷基/芳族磷酸酯/膦酸酯添加剂的添加剂(2)，使得添加剂使用总量比当单独使用(I)或(2)时可能的用量少，而实现相同或类似的易燃性降低或消除。本专利技术提供对于使用非水电解液的锂金属和锂离子电池来说不具有易燃性或具有低易燃性、具有长循环寿命以及具有高的容量保持率的非水电解液。特别地，本专利技术提供非水电解液，其具有未被氟化的环状和/或直链碳酸酯、氟化磷腈外加至少一种氟化脂族或氟化芳族化合物(例如氟化醚)和/或一种氟化磷酸酯或氟化膦酸酯化合物(例如氟化磷酸烷基酯)。该非水电解液包括溶解在其中的锂盐。更精确地说，本专利技术涉及包含锂盐和溶剂的电解液，其中该溶剂包含(i)环状碳酸酯和直链碳酸酯中的至少一者；(ii)至少一种由结构(PNX1X2X3X4X5)n表示的磷腈化合物，其中X1-X5是独立地选自不存在、卤素、氧、硫、烷基、烷氧基、苯基、苯氧基或甲硅烷氧基的取代基，其限制条件是存在至少一个取代基X，并且是或含有氟，并且η为1-4 ; (iii) (a)至少一种选自氟化碳酸酯、氟化醚、氟化酯、氟化烷烃的氟化溶剂，和/或(iii) (b)至少一种选自氟化磷酸烷基酯、氟化芳族磷酸酯、氟化膦酸烷基酯以及氟化芳族膦酸酯的化合物。本专利技术的另一个实施方案是包含锂盐和溶剂的电解液，其中该溶剂包含(i)环状碳酸酯和直链碳酸酯中的至少一者；(ii)至少一种由结构(PNX1X2X3X4X5)n表示的磷腈化合物，其中x1_x5是独立地选自不存在、齒素、氧、硫、烧基、烧氧基、烧氧基_烧氧基、苯基、苯氧基或甲硅烷氧基的取代基，其限制条件是存在至少一个取代基X，并且是/或含有氟，并且η为l_4;(iii)至少一种氟化溶剂，其中(iv)当该磷腈式中的η为3，并且X1-X5不包括烷氧基-烷氧基时，该至少一种氟化溶剂是选自以下:氟化磷酸烷基酯、氟化芳族磷酸酯、氟化膦酸烷基酯、氟化芳族膦酸酯、氟化酯以及氟化烷烃；以及(V) (i)当该磷腈式中的η为1、2或4时，或(ii)当该磷腈式中的η为3并且X1-X5包括至少一个烷氧基-烷氧基时，该至少一种氟化溶剂选自氟化碳酸酯、氟化醚、氟化磷酸烷基酯、氟化芳族磷酸酯、氟化膦酸烷基酯、氟化芳族膦酸酯、氟化酯以及氟化烷烃。本专利技术的另一个实施方案是电化学装置，其包括正电极、负电极以及本文公开的任何电解液。本专利技术的又另一个实施方案是二次电池，其包含:(a)阳极、(b)阴极以及(C)电解液，该电解液包含(i)锂盐、(ii)第一非氟化碳酸酯、(iii)磷腈、(iv)选自有机磷酸酯或有机膦酸酯化合物以及氟化酯、氟化烷烃和/或氟化碳酸酯、氟化醚的氟化化合物，所述有机磷酸酯或有机膦酸酯化合物选自氟化磷酸烷基酯、氟化芳族磷酸酯、氟化膦酸烷基酯以及氟化芳族膦酸酯。这些电解液有助于防止或降低锂二次电池的易燃性。有益的副作用可包括在电池的负电极表面上形成固体-电解质界面(SEI)、电解液的稳定性提高，以及电解液与电极之间的相互作用增大。利用具有这些组成的电解液的电池具有长的寿命、高的容量保持率以及较小的易燃性风险。本专利技术的另一个实施方案是制造锂电池或锂离子电池的方法，其包括:(a)提供包含非水电解液的电解液，该非水电解液包含(I)锂盐、(2)非氟化碳酸酯、(3)磷腈化合物、(4)氟化化合物、(5)有机磷酸酯或有机膦酸酯；(b)将(I)第一多孔隔板、(2)阴极、(3)第二多孔隔板以及(4)阳极层叠在一起；(c)使用粘结剂将(b)的电极和隔板紧紧地包封在一起而形成组件；(d)将该组件插入到开口式棱柱形铝罐或袋中；(e)将相应的电流引线连接到相应的阳极和阴极；(f)将(a)的电解液加入到该罐或袋中；以及(g)密封该罐或袋。在考虑到描述本专利技术的优选和替代性实施方案的下列详细描述时，本专利技术的这些和其他特征和优点对于本领域技术人员来说将变得更容易显而易见。本专利技术的详本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·李，M·W·佩恩，
申请(专利权)人：巴斯夫公司，
类型：
国别省市：