提供了一种电化学电池和一种用于制造此类电池的电解质。电解质包括离子供给盐和氟化溶剂，与离子供给盐一起所述氟化溶剂在-30℃至80℃间维持为单相溶液。氟化溶剂，例如氟化碳酸酯、氟脂和含氟脂，其易燃性低于其相对应的非氟化溶剂并且增强了含此溶剂电池的安全性。除盐的重量外，以重量计电解质中氟化溶剂的量为约30％至80％。氟化盐，例如氟代烷基LiPF6、氟代烷基LiBF4盐、线性和环形酰亚胺盐和甲基盐包含氟化烷基，由于它们可以溶解于氟化溶剂中而得到应用。在某些实施方案中，电解质也可包含阻燃剂，如磷腈或，更具体地，环状磷腈和/或一个或更多离子液体。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】用于电化学电池的具有氟化溶剂的电解质 政府许可权 本专利技术在美国政府支持下完成，获得能源部DE-SC0051117号资助。美国政府拥有 该专利技术的相关权利。 相关申请的交叉引用 本申请要求2012年6月19日提交的35U. S. C § 119 (e)美国临时专利申请 61/690, 155,标题为"电化学电池和相关成分"的优先权（专利档案号：LE-00. 01)，所述申 请以其整体引用的方式并入本文中并用于所有目的。
技术介绍
针对电化学电池性能提高方面已进行大量工作。具体地，电池的安全性、总容量、 循环寿命和工作环境业已经过考量并且广泛研宄。提高某一种性能通常导致另外一种性能 恶化。例如，提高电池容量和充放电率可导致安全性能恶化。从多种电解质中选择，更具体 地，不同的电解成分将显著影响上述性能。某些良好电解质属性包括：高离子移动性和低粘 度、在工作电位的电化学稳定性、在较宽温度范围内保持单相（single phase)的能力和在 相对高温时的不易燃性。
技术实现思路
本专利技术提供了一种电化学电池和一种用于制造此类电池的电解质。所述电解质包 括离子供给盐和氟化溶剂，与离子供给盐一起所述氟化溶剂在约-30°c至约80°C间维持为 单相溶液（single phase)。所述氟化溶剂，例如氟化碳酸酯、氟脂和含氟脂，其易燃性低于 其相对应的非氟化溶剂并且增强了含此溶剂的电池的安全性。除盐的重量外，以重量计电 解质中氟化溶剂的量为约30%至80%。氟化盐，例如：氟代烷基LiPF 6、氟代烷基LiBF4盐、 线性和环形酰亚胺盐和含氟化烷基的甲基盐，因其在氟化溶剂中的可溶性而得到应用。在 某些实施方案中，所述电解质可也包含阻燃剂，例如：磷腈或，更具体地，环状磷腈和/或一 个或更多离子液体。 在某些实施方案中，用于电化学电池中的电解质包括电解盐、氟化溶剂和非氟化 溶剂。所述电解质成分的选择方法为，在约-30°C至约+80°C温度范围内电解质保持为一 相溶液（one-phase solution)。所述电解盐包括至少一个碳原子和至少两个氟原子。所 述电解盐可为通式为LiPFJh的氟代烷基LiPF 6&，其中x为1至5并且至少一个R为链 长为1至8的氟烷基。或者，所述电解盐可为通式为LiBFJh的氟代烷基，其中x为1至 4并且至少一个R为链长为1至8的氟烷基。在某些实施方案中，所述电解盐可为通式为 LiN(-S0 2-R)d^线性酰亚胺盐，其中至少一个R为链长为1至8的氟烷基。或者，所述电 解盐可为通式为LiN(-S0 2-R_)的环状酰亚胺盐，其中R为链长为1至8的氟烷基。电解盐 的另外一个实例为通式为LiC(-S02-R)j^甲基盐，其中至少一个R为链长为1至8的氟烷 基。除电解盐的重量外，以重量计所述氟化溶剂的浓度为约30%至80%。此浓度能确保电 解质的安全性能，例如它的易燃性，对其循环性能不产生负面影响。所述氟化溶剂可由通式 CxFyHzOi表示，其中X为3至15的整数，y为1至30的整数，Z为0至15的整数，并且i为 1至5的整数。非氟化溶剂的实例包括：酯、醚和碳酸酯。 在某些实施方案中，所述氟化溶剂可为氟化醚、氟脂或含氟脂。具体的实例包括： 1-七氟甲氧基丙烷、九氟丁基甲基醚、九氟丁基乙基醚、1，1，1，2, 2, 3, 4, 5, 5, 5-十氟-3-甲 氧基-4-(二氟甲基）-戊烧、3-乙氧基-1，1，1，2, 3, 4, 4, 5, 5, 6, 6, 6-十二氟-2-二氟甲 基-己烧和1，1，1，2, 3, 3-六氟-4-(1，1，2, 3, 3, 3-六氟丙氧基）-戊烧。在某些实施方案 中，所述氟化溶剂为3-乙氧基-1，1，1，2, 3, 4, 4, 5, 5, 6, 6, 6-十二氟-2-二氟甲基-己烧。 在某些实施方案中，除电解盐重量外，以重量计的所述氟化溶剂的浓度为约50 %至75 %。 所述电解盐可可为LiN (S02CF2CF3) 2、LiN (S02CF3) 2或LiN (SO 2F) 2。在某些实施方案 中，所述非氟化溶剂为碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、甲基乙基碳酸酯、碳酸甲丙酯、乙酸甲酯、 乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丁酸甲酯或丁酸乙酯。所述非氟化溶剂的动态粘度可可为 0. 3cP至2.0cP。在某些实施方案中，所述氟化溶剂的动态粘度为约0. 3cP至约5.0cP。整 个电解质的电导率可可为约〇. lmS至约10mS。 在某些实施方案中，所述电解质也包括阻燃添加剂。以重量计所述阻燃添加剂的 浓度为约1%至约10%。所述阻燃添加剂可可为一种磷酸盐、磷酸酯、磷或磷腈。所述阻燃 添加剂可可包括P 3N3FX (OR)6_x，其中R为碳原子数为1至12的烷基或R为芳烃，其中x为1 至6。所述阻燃添加剂包括一个环状磷腈。 在某些实施方案中，所述电解质也包括以重量计浓度为约1%至约25%的离子液 体。所述离子液体可可为吡啶、哌啶、咪唑和磷离子液体。 在某些实施方案中，用于电化学电池的电解质包括：浓度为约〇. 6M至约 2M的LiN(S02CF2CF3)2、除电解盐重量外以重量计浓度为约60 %至80 %的3-乙氧 基-1，1，1，2, 3, 4, 4, 5, 5, 6, 6, 6-十二氟-2-三氟甲基-己烷、除所述电解盐重量外以重量 计浓度为约10%至30%的丁酸乙酯和除电解盐重量外以重量计浓度为约5%至15%的环 状磷腈。 本专利技术也提供了一种包含以上所述各种电解质实例的电化学电池。这些实施方案 和其他实施方案将参考所述图例随后进一步描述。【附图说明】 图1为电化学电池的截面示意图，该示意图与某些实施方案相一致。 图2至10为含氟化溶剂的电解质的电化学电池的实验结果。【具体实施方式】 在以下的描述中，阐述了大量具体细节以便全面理解本专利技术提出的概念。所提出 的概念可被实际应用而无需某些或全部具体细节。在其他情况下，众所周知的过程操作未 详细描述，以免模糊本专利技术提出的概念。当某些概念结合具体实施方案将被描述时，必须明 确所述实施方案并不试图以任何方式限制本专利技术。 详细介绍 传统的电化学电池通常充满含有大量碳酸酯溶剂的电解质，例如：碳酸丙烯 (PC)、碳酸依稀（EC)、碳酸二乙酯（DEC)和乙二醇二甲醚（DME)。某种情况下，碳酸酯溶剂为 电解质中唯一的溶剂。此类电解质具有高电导率、低粘度和其他以上所举的良好性能。然 而，含有大量碳酸酯溶剂的电解质（例如，除电解盐重量外，以重量计大于80%)的化学稳 定性和安全性较差。含有这些电解质的电化学电池在进行各种安全试验中很容易着火，例 如过度充电试验、温升试验、击穿试验和其他试验。如此差的安全性能限制了电化学电池用 于某些关键的应用，例如航空航天、医疗设备等应用。为了提高电化学电池的安全性能，碳酸酯溶剂可完全或至少部分被低易燃性电解 质所替代。例如，可使用通式为CxFyHWiU为3至5的整数，y为1至30的整数，Z为0至 15的整数和i为1至5的整数）的氟化溶剂。在某些实施方案中，除电解盐的重量外，以重 量计的氟化溶剂的浓度可为约30%至80%，以便充分影响电解质的安全性能。 然而，非易燃液体（例如，溶剂）通常具有较小的偶极矩和较本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于电化学电池的电解质，包括：电解盐，包含至少一个碳原子和至少两个氟原子并且选自：i)通式为LiPFxR1‑x的氟代烷基LiPF6盐，其中，x为1至5并且其中至少一个R原子为链长度为1至8的氟烷基；ii)通式为LiBFxR1‑x的氟代烷基LiBF4盐，其中，x为1至4并且其中至少有一个R原子为链长为1至8的氟烷基；iii)通式为LiN(‑SO2‑R)2的线性亚胺盐，其中，至少一个R为链长度为1至8的氟烷基；iv)通式为LiN(‑SO2‑R‑)的环状酰亚胺盐，其中，R为链长度为1至8的氟烷基；v)通式为LiC(‑SO2‑R)3的甲基化物盐，其中，至少一个R为链长为1至8的氟烷基；氟化溶剂，以重量计的所述氟化溶剂的浓度为除所述电解盐重量外约30％至80％，其中所述氟化溶剂通式为CxFyHzOi，其中x为3至15的整数，y为1至30的整数，z为0至15的整数，i为1至15的整数；并且非氟化溶剂，选自：酯、醚和碳酸盐，其中，在温度范围‑30℃至80℃内电解质为一相溶液。
【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：康斯坦丁·吉洪诺夫，嘉琪·叶，子渊·林，
申请(专利权)人：A一二三系统有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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