用于高能阴极材料的电解质溶液及其使用方法技术

本发明专利技术描述的是用于电解质的材料，其在用于蓄电池内时提供许多适宜的特性，例如在蓄电池循环到高温期间的高稳定性、高电压、高放电容量、高库伦效率以及若干充电放电循环之后放电电容和库伦效率的优异保持率。在一些实施方案中，高压电解质包含基础电解质和添加剂化合物。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及蓄电池(battery)
，更具体地，涉及与电化学电池中高能电极一起使用的添加剂化合物的领域。
技术介绍
电解质用于传递离子和抑制蓄电池中电极之间的电接触。有机碳酸盐系电解质是锂离子(“Li-离子”)蓄电池中最常用的电解质，并且近年来，业已努力发展了新的基于砜、硅烷和腈的电解质类型。不幸的是，这些传统电解质典型地不能在高电压下运行，因为它们在高于4.3V或其它高电压下是不稳定的。高电压下，传统电解质能够分解，例如，通过在阴极材料的存在下催化氧化分解而产生不适宜的影响蓄电池性能和安全的产物。当电池充电时，通过电极的还原，传统电解质可能会退化。如下面更详细描述的那样，溶剂、盐或添加剂已经被结合到电解质中而分解形成所谓的固体电解质界面(SEI)的保护膜。取决于精确的化学体系，这种保护膜可以由有机或无机锂盐、有机分子、低聚物或聚合物构成。通常，所述电解质的若干种组分涉及SEI(例如，锂盐、溶剂和添加剂)的形成。结果，取决于不同组分的分解速率，所述SEI可以更均质或更不均质。在过去的研究中，已经报道了包含比如烯烃、呋喃、噻吩和吡咯之类的可聚合官能基团的有机化合物形成了锂离子蓄电池阴极上的SEI。参见例如Y.-S.Lee等人的JournalofPowerSources196(2011)6997-7001。这些添加剂在电池充电过程中可能经过聚合反应而在电极上形成钝化膜。使用这些材料对电池性能的提高是很弱的。进一步地，特定的有机聚合物也已经被用作锂离子蓄电池的主体(bulk)电解质溶剂，原因在于与例如有机碳酸盐之类的较小有机分子相比，聚合物基溶剂的化学稳定性通常更高。然而，由于不良的离子导电率，这样的体系的实际应用受到限制。对于高能阴极材料，电解质的稳定性仍然是挑战性的。最近，对于用于电源的更高性能和高容量锂离子次级蓄电池的需求显著地增加。锂过渡金属氧化物，例如LiCoO2(“LCO”)和LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2(“NMC”)是用在商业化蓄电池中的现有的高能阴极材料。但仅有约50％的LCO或NMC阴极理论容量可以用于稳定的循环寿命。为了得到更高的容量，需要在更高的电压下，例如高达约4.7V的电压，运行含有这些高能材料的蓄电池。然而，约在4.3V之上，传统电解质退化，并且这导致明显的循环寿命的退化。进一步地，所述电解质在更高的电压下的分解可以产生气体(例如CO2、O2、乙烯、H2)和酸性物质，这两者会损坏蓄电池。如本文所公开的，包含能够在高电压(至少约4.3V)下与碳基阳极一起工作的阴极活性材料的高能锂离子次级蓄电池中存在这些挑战以及其他挑战。
技术实现思路
某些实施方案涉及包括阳极、阴极和电解质的蓄电池，所述电解质包括锂盐、非水性溶剂以及聚合物添加剂化合物或共聚物添加剂化合物。阴极材料可以是LCO材料。聚合物或共聚物可以包括至少一个腈、酰胺、或酯基团。某些实施方案包括制造、使用和调试所使用蓄电池的方法。尤其是，所述方法包括在高电压下使用蓄电池。还预期了本专利技术的其他方面和实施方案。前述总结和下面的详细描述不意味着将本专利技术限制到任何特定的实施方案，而仅仅是描述本专利技术的一些实施方案。附图说明图1所示为根据本专利技术的一个实施方案完成的锂离子蓄电池。图2所示为根据本专利技术的一个实施方案的锂离子蓄电池的运行以及包含添加剂化合物的电解质的示例性非限制作用机理的图解说明。图3所示为与对照电解质相比，根据本专利技术的一个实施方案的LCO全电池(fullcell)中比容量对循环的表征，所述全电池使用活性炭阳极和含有添加剂化合物的电解质。图4所示为与对照电解质相比，根据本专利技术的一个实施方案的LCO全电池中容量保持率对循环的表征，所述全电池使用活性炭阳极和含有添加剂化合物的电解质。图5所示为与对照电解质和具有小分子添加剂的电解质相比，根据本专利技术的一个实施方案的LCO全电池中比容量对循环的表征，所述全电池使用活性炭阳极和含有添加剂化合物的电解质。图6所示为与对照电解质和具有小分子添加剂的电解质相比，根据本专利技术的一个实施方案的LCO全电池中容量保持率对循环的表征，所述全电池使用活性炭阳极和含有添加剂化合物的电解质。具体实施方式如下定义被用于就本专利技术的一些实施方案所描述的一些方面。这些定义在此可以同样地被扩展。每个术语在整个本说明书、附图以及实施例中被进一步解释和例证。本说明书中的术语的任何解释应考虑在此提出的整个说明书、附图以及实施例。单数术语“一(a)”、“一(an)”以及“所述(the)”包括复数对象，除非上下文另有清楚指明。因此，例如，提到一个对象时，其可包括多个对象的情况，除非上下文另有清楚指明。术语“基本上”和“实质的”是指相当大的比例或程度。当与事件或事项连接在一起使用时，该术语可指其中事件或事项精确地发生的情况以及其中事件或事项接近近似值地发生，例如说明本文所述的实施方案的典型允许限度或变化率。术语“约”是指大概在给定数值附近的值的范围，为了说明本文描述的实施方案的典型允许限度、测量精度或其他变化。术语“比容量”是指每单位质量材料可保持(或释放)的电子或锂离子的量(例如总量或最大量)，并可用单位mAh/g表示。在某些方面和实施方案中，比容量可通过恒电流放电(或充电)分析测定，包括在相对于规定对电极的规定的电压范围内以规定倍率放电(或充电)。例如，比容量可在以下条件下测定：从相对于Li/Li+对电极为4.35V至2.75V，以约0.1C(例如，约18mA/g)的倍率放电。也可使用其它放电率和其它电压范围，例如约0.1C(例如，约18mA/g)、或约0.5C(例如，约90mA/g)、或约1.0C(例如，约180mA/g)的放电率。倍率“C”是指(取决于上下文)作为相对于“1C”电流值(在该电流值下蓄电池(处于基本上完全充电状态下)在一个小时内基本上完全放电)的分数或倍数的放电电流，或者作为相对于“1C”电流值(在该电流值下蓄电池(处于基本上完全放电状态下)在一个小时内基本上完全充电)的分数或倍数的充电电流。术语“额定充电电压”是指蓄电池工作期间的电压范围的上限，例如蓄电池充电、放电和/或循环期间的最高电压。在一些方面和一些实施方案中，额定充电电压是指在初始循环，例如第1次循环、第2次循环或第3次循环时蓄电池从基本上完全放本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蓄电池，包括：阳极；阴极；和电解质，所述电解质包含锂盐、非水性溶剂和聚合物添加剂，所述聚合物添加剂具有至少一个腈官能团。

【技术特征摘要】
2015.01.16 US 14/598,6081.一种蓄电池，包括：
阳极；
阴极；和
电解质，所述电解质包含锂盐、非水性溶剂和聚合物添加剂，所述
聚合物添加剂具有至少一个腈官能团。
2.权利要求1所述的蓄电池，其中所述添加剂化合物以不大于所
述电解质总重量的约10％的浓度存在。
3.权利要求1所述的蓄电池，其中所述添加剂化合物以不大于所
述电解质总重量的约0.5％的浓度存在。
4.权利要求1所述的蓄电池，其中所述蓄电池的特征在于额定充
电电压大于约4.2V。
5.权利要求1所述的蓄电池，其中所述蓄电池的特征在于额定充
电电压大于约4.5V。
6.权利要求1所述的蓄电池，其中所述蓄电池的特征在于额定充
电电压大于约4.7V。
7.权利要求1所述的蓄电池，其中所述蓄电池的特征在于额定充
电电压大于约4.9V。
8.权利要求1所述的蓄电池，其中所述阴极包括钴。
9.权利要求1所述的蓄电池，其中所述添加剂包括聚丙烯腈。
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【专利技术属性】
技术研发人员：程岗，李斌，史蒂文·凯，
申请(专利权)人：野猫技术开发公司，
类型：发明
国别省市：美国;US