含有(2,2,3,3,‑四氟丙基)碳酸甲酯的锂电池电解质溶液制造技术

一种电池电解质溶液含有溶解于溶剂相中的锂盐，所述溶剂相包含至少10重量％的(2,2,3,3‑四氟丙基)碳酸甲酯。所述溶剂相包含任选的其它溶剂材料，如4‑氟乙烯碳酸酯和其它碳酸酯溶剂。此电池电解质即使在用于所述阴极材料具有相对于Li/Li

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含有(2,2,3,3,-四氟丙基)碳酸甲酯的锂电池电解质溶液本专利技术涉及用于锂电池的非水性电解质溶液。锂电池广泛用作车辆和许多类型的电子设备的一次和二次电池。这些电池组倾向于具有高能量和低功率密度并且因为所述原因而在许多应用中使用。原则上，通过增加电池的工作电压可增加电池的能量和功率密度。为此目的，已开发阴极材料，其具有4.5V或更大的操作电位(相较于Li/Li+)。锂电池中的电解质溶液必然地为非水性类型的。非水性电解质溶液总体上为在有机溶剂或有机溶剂混合物中的锂盐的高介电常数溶液。电解质溶液的一个重要属性是其必须在初始电池充电循环期间在阳极上形成稳定的固体电解质界面(SEI)层。SEI层用于保护阳极免于与电解质溶液的另外的不必要反应且因为所述原因，SEI层对于电池性能至关重要。如果没有SEI层形成或如果SEI层并不致密或不稳定，那么电池将不佳地操作(如果可操作)。SEI形成涉及电解质溶液各种组分的复杂电化学反应。这些反应未被完全理解且取决于电解质溶液含有的特定材料而变化。阳极和阴极电压也起到作用。由于反应如此复杂，所以极难以预测特定候选溶剂将形成SEI层的好坏程度。实际上，在SEI形成方面，即使不同溶剂在化学上非常相似时，其表现也非常不同。举例来说，碳酸酯常用作电解质溶剂。在这些溶剂中，碳酸亚乙酯在一些操作电位下是相对良好的SEI形成剂，但其它碳酸酯却并非如此。添加剂有时加入基于碳酸酯的电解质溶液以促进SEI形成。一系列化合物已尝试作为基于碳酸酯的溶剂系统中的SEI促进添加剂，其成功程度不同。其性能往往极大地取决于电解质溶液中存在的其它材料。许多SEI促进添加剂在特定溶剂系统中很好地起作用而在其它溶剂中不佳地起作用。因为这些原因，极难预测特定电解质溶液将形成有效SEI层的好坏程度。在形成SEI层以后，重要的是溶液在电池操作条件下尽可能地化学稳定、电稳定和热稳定。如果电解质溶液降解，那么电池的容量将随时间减小。对于所谓的“二次”电池(其被被设计成在其使用寿命期间多次再充电)，容量的这种损失变成严重问题。这在每个连续放电循环期间限制电池性能并减少电池可充电和放电的次数。结果是显著减少电池使用时间。因此，电池电解质溶液必须能够首先在阳极反应来形成稳定SEI层，并且其后反应尽可能少，因此电池性能最大化。电解质稳定性的问题随着阴极的操作电位增加而变得更明显，因为在较高电压下越来越少的材料为电化学稳定的。当操作电位小于3伏时，存在相对大量的可用电池电解质溶剂。随着较新阴极材料被开发，操作电位已提高到超过4伏(相对于Li/Li+)。在这些电位下，许多电解质溶剂无法使用，因为其电化学地降解。更为较新的阴极材料(如富锂和分层型)具有4.5伏或更高(相较于Li/Li+)的操作电位。在这些电位下，极难发现形成良好SEI层且具有良好循环稳定性的电池电解质溶液。即使碳酸亚乙酯也容易在这些电位下发生降解。在一个方面中，本专利技术为电池电解质溶液，其包含至少一种溶解于锂盐在其中可溶的非水性溶剂相中的锂盐，其中至少10重量％的非水性溶剂相为(2,2,3,3-四氟丙基)碳酸甲酯。本专利技术此外为包含阳极、阴极、安置于阳极与阴极之间的分离器以及与阳极和阴极的非水性电池电解质溶液接触的电池，其中电池电解质溶液包含至少一种溶解于锂盐在其中可溶的非水性溶剂中的锂盐，且非水性溶剂相的至少10重量％为(2,2,3,3-四氟丙基)碳酸甲酯。已发现本专利技术的电解质溶液在锂电池中形成有效且稳定的SEI层。根据本专利技术的锂电池具有极良好能量和功率密度，以及极好的倍率性能。本专利技术的显著优点在于循环性能。在通过多次充放电循环之后，本专利技术的电池保持明显高比例的其初始容量。本专利技术的电解质溶液在电池中具有特定优点，其中在电池阴极中的至少一种阴极材料具有相较于Li/Li+至少4.5V的工作电压。因此，本专利技术的优选的电池具有包含此类阴极材料的阴极。当(2,2,3,3-四氟丙基)碳酸甲酯以与一或多种其它溶剂的混合物形式存在时，获得尤其良好的结果。一种此类混合物为(2,2,3,3-四氟丙基)碳酸甲酯、氟乙烯碳酸酯以及碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯中的任一者或两者的混合物。在此类实施例中，这些组分在一起可构成溶剂相的总重量的80％或更大。电池电解质溶液的主要组分为至少一种锂盐和包括(2,2,3,3-四氟丙基)碳酸甲酯的非水性溶剂相。出于本专利技术的目的，“溶剂相”包括除锂盐外的电池电解质溶液的所有组分。(2,2,3,3-四氟丙基)碳酸甲酯构成溶剂相的至少10重量％。(2,2,3,3-四氟丙基)碳酸甲酯具有以下结构：锂盐可为适合于电池使用的任何锂盐，包括无机锂盐，如LiAsF6、LiPF6、LiB(C2O4)2、LiBF4、LiBF2C2O4、LiClO4、LiBrO4和LiIO4，以及有机锂盐，如LiB(C6H5)4、LiCH3SO3、LiN(SO2C2F5)2和LiCF3SO3。LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiCF3SO3和LiN(SO2CF3)2为优选的类型，且LiPF6为尤其优选的锂盐。锂盐适当地以每升电解质溶液至少0.5摩尔、优选地至少0.75摩尔达至3摩尔、更优选地达至1.5摩尔、更优选地达至1.25摩尔、且在一些实施例中达至1.1摩尔的浓度存在。在一些实施例中，量为1.05到1.25摩尔/升。在一些实施例中，(2,2,3,3-四氟丙基)碳酸甲酯为非水性溶剂相的唯一组分。在其它实施例中，非水性溶剂相含有(2,2,3,3-四氟丙基)碳酸乙酯以及一或多种其它组分。在此类实施例中，(2,2,3,3-四氟丙基)碳酸甲酯构成非水性溶剂相的至少10重量％。除(2,2,3,3-四氟丙基)碳酸甲酯之外，非水性溶剂相可包括一或多种用于锂盐的额外溶剂。此类额外溶剂优选地以存在的相对比例与(2,2,3,3-四氟丙基)碳酸甲酯可混溶。此类额外溶剂的实例包括例如一或多种线性碳酸烷基酯、环状碳酸酯、环状酯、线性酯、环状醚、烷基醚、腈、砜、环丁砜、硅氧烷和磺内酯。可使用前述类型中的任何两种或更多种的混合物。环状酯、线性碳酸烷基酯和环状碳酸酯是优选类型的非水性溶剂。适合的线性碳酸烷基酯包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯等。适合的环状碳酸酯包括碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯、4-氟乙烯碳酸酯、3,4-二氟乙烯碳酸酯等。适合的环状酯包括例如γ-丁内酯和γ-戊内酯。环状醚包括四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、四氢吡喃等。烷基醚包括二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷等。腈包括单腈，如乙腈和丙腈；二腈，如戊二腈；以及其衍生物。砜包括对称砜，如二甲基砜、二乙基砜等；不对称砜，如乙基甲基砜、丙基甲基砜等；以及其衍生物。环丁砜包括四亚甲基环丁砜等。在一些实施例中，非水性溶剂相为包括(2,2,3,3-四氟丙基)碳酸甲酯和至少一种其它碳酸盐溶剂的混合物。此类非水性溶剂相中的碳酸酯溶剂可为例如碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、4-氟乙烯碳酸酯、3,4-二氟乙烯碳酸酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯中的一或多种。(2,2,3,3-四氟丙基)碳酸甲酯构成此类非水性溶剂相的至少10重量％，优选地至少20重量％并且更优选地至少30重量％。(2,2,3,3-四氟丙基)碳酸甲酯可构成此类非水性溶剂相的至多99重量％，优选地至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包含溶解于非水性溶剂相中的至少一种锂盐的电池电解质溶液，其中至少10重量％的所述非水性溶剂相为(2,2,3,3‑四氟丙基)碳酸甲酯。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.27 US 62/0034111.一种包含溶解于非水性溶剂相中的至少一种锂盐的电池电解质溶液，其中至少10重量％的所述非水性溶剂相为(2,2,3,3-四氟丙基)碳酸甲酯。2.根据权利要求1所述的电池电解质溶液，其中所述非水性溶剂相包括线性碳酸烷基酯、环状碳酸酯、环状酯、线性酯、环醚、烷基醚、腈、砜、环丁砜、硅氧烷和磺内酯中的一或多种。3.根据权利要求1所述的电池电解质溶液，其中所述非水性溶剂相含有碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、4-氟乙烯碳酸酯、3,4-二氟乙烯碳酸酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯中的一或多种。4.根据权利要求1所述的电池电解质溶液，其中所述非水性溶剂相包括4-氟乙烯碳酸酯。5.根据权利要求1所述的电池电解质溶液，其中所述非水性溶剂混合物含有a)30到95重量％(2,2,3,3-四氟丙基)碳酸甲酯，和b)5到30重量％4-氟乙烯碳酸酯，所述重量按组分a)和b)的组合重量计。6.根据权利要求1所述的电池电解质溶液，其中所述溶剂含有a)85到95重量％(2,2,3,3-四氟丙基)碳酸甲酯和5到15重量％4-氟乙烯碳酸酯，所述重量按组分a)和b)的组合重量计。7.根据权利要求5或6所述的电池电解质溶液，其中组分a)和b)构成所述非水性溶剂相的95到100重量％。8.根据权利要求1所述的电池电解质溶液，其中所述溶剂含有a)30到85重量％(2,2,3,3-四氟丙基)碳酸甲酯、b)5到30重量％4-氟乙烯碳酸酯和c)10到60重量％选自碳酸二甲酯和碳酸二乙酯中的一或多者的线性碳酸烷基...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪琳，D·A·布鲁纳，R·B·香卡，M·M·扬基，
申请(专利权)人：陶氏环球技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US