作为锂离子电池的电解质组分的腈和胺制造技术

本发明专利技术涉及电解质，其包含100重量份的非质子溶剂，1‑50重量份的含锂导电盐，5‑100重量份的碳酸亚乙烯酯，0.5‑20重量份的腈，和0.1‑10重量份的胺。本发明专利技术还涉及以及包含阴极、阳极、隔板和所述电解质的锂离子电池。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】作为锂离子电池的电解质组分的腈和胺本专利技术涉及一种电解质，其包含非质子溶剂、含锂的导电盐、碳酸亚乙烯酯、腈和胺，还涉及锂离子电池。锂离子电池是移动应用中最有希望的体系之一。其使用领域的范围是从高价值的电子设备到电动汽车的电池。已经广泛地描述了基于环状/脂肪族碳酸酯的锂离子电池的电解质原溶液，其是形成绝大多数基础电解质组合物的基础的主要成分。碳酸亚乙烯酯(VC)作为成膜添加剂被旨在用来支撑固体电解质界面(SEI)的构造，其通常的用量为2-10wt量％。US7476469还描述了用于由薄的无定形/微晶硅层组成的阳极材料的具有更高VC分数的原溶液。Gu-YeonKim和J.R.Dahn，JournaloftheElectrochemicalSociety，162(3)A437-A447(2015)描述了使用某些腈(琥珀腈SN、己二腈AN、庚二腈PN)作为NMC442//石墨全电池的电解质添加剂。描述了在容量损失方面的改善以及在60℃下循环实验中气体形成的最小化。此外，在添加SN后，观察到了电解质氧化稳定性的改善。因此，其造成了NMC442阴极材料(>4.4V)的循环稳定性的改善。DE10027626描述了与现有技术相关的使用三丁基胺作为用于清除H2O和HF的电解质添加剂。三丁基胺不是氧化稳定的，并在相对于Li/Li+的约3.5V下不可逆地分解。作为电解质添加剂，三丁基胺有助于通过稳定导电盐LiPF6来提高电池的储存稳定性，如DE69027143所述。US8551661使用了取代/未取代的胺，例如三烷基胺、芳基胺和杂环胺作为第一可能的添加剂，与作为第二添加剂的Li(C2O4)BF2组合。此添加剂组合在被用于碳酸酯基的电解质混合物中是，表现出了增强的循环稳定性和改善的压延老化特性。由于在循环过程中含Si阳极材料的体积严重膨胀，含有含Si的阳极材料的锂离子电池的循环稳定性仍然不足。由于单个电解质成分的电化学分解而在初始循环中形成的SEI层不能承受严重的机械负荷。SEI层的累进的重新形成导致单个电解质组分的耗尽/消耗，并因此随着循环次数的增加，电池的容量持续下降。本专利技术的一个主题是电解质，其包含100重量份的非质子溶剂，1-50重量份的含锂导电盐，5-100重量份的碳酸亚乙烯酯，0.5-20重量份的腈，和0.1-10重量份的胺。令人惊讶的是，已经发现，通过使用腈和胺的组合作为富含VC的原电解质溶液中的添加剂，可以显著地改善锂离子电池循环期间的容量保持。所述的连续容量保持事实上要好于所选的参比电解质混合物，从文献中已知的含Si阳极的电解质组合物开始[Kawashima,A.等人，JournalofTheElectrochemicalSociety2011,158,A798-A801；Aurbach,D.等人，Langmuir2012,28,965-976]。所述参比电解质混合物由碳酸甲乙酯(EMC)和氟代碳酸亚乙酯(FEC)和少量VC组成。优选使用的腈是优选含有2-20个碳原子，更特别是4-12个碳原子的单羧酸或多元羧酸的腈。优选的是脂族饱和一元羧酸的腈，如乙酸、丙酸、丁酸、戊酸和己酸，以及具有至多18个碳原子的脂族酸的腈，更特别是戊腈(VN)。还优选诸如丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸和辛二酸的脂族饱和二元羧酸的二腈。还优选的是具有至多18个碳原子的脂族饱和一元羧酸的甲硅烷基化的腈，更特别是由US20140356735已知的3-(氟代二甲基硅基)丁腈(FSN)。优选腈的沸点在1013hPa至少是120℃，更优选在1013hPa下至少是150℃。所述电解质优选包含1-10重量份，更特别是2-8重量份的腈。所述胺优选选自于脂族和芳族的伯、仲和叔胺。可以使用具有伯、仲和叔胺官能团的单胺，也可以是多胺。优选的单胺具有通式(I)NR1R2R3(I),其中R1、R2和R3是H或具有1-30个碳原子的单价烃基，其可以由选自于F-、Cl-和OR4的取代基取代，其中非相邻的-CH2-单元可以用选自于-C(＝O)-和-O-的单元替代，和R4是具有1-10个碳原子的烷基。所述单价的烃基R1、R2和R3可以是线性、环状、支化、芳香、饱和或不饱和的。所述烃基R1、R2和R3优选具有1-20个碳原子，特别优选具有1-6个碳原子的烷基、烷基芳基、芳基烷基和苯基。如果R1、R2和R3中的两个或三个是相互连接的，它们可以形成单环或双环的烃环。优选叔胺，其中在通式(I)中R1、R2和R3是单价的更特别是未取代的具有1-30个，优选2-10个碳原子的烃基。优选的多胺具有通式(II)R52N-(CR62)a-(NR7-(CR62)b)c-NR52(II),其中R5、R6和R7是H或具有1-18个碳原子的烃基，其可以由选自于F-、Cl-和OH的取代基取代，其中非相邻的-CH2-单元可以用选自于-C(＝O)-和-O-的单元替代，a和b是1-6的整数，和c是0或1-40的整数。a和b优选是2或3。c优选是1-6的整数。优选a和b是相同的。特别优选的通式(II)的多胺(A)的实例如下：二亚乙基三胺(H2N-CH2CH2-NH-CH2CH2-NH2)三亚乙基四胺(H2N-CH2CH2-(NH-CH2CH2-)2-NH2)四亚乙基五胺(H2N-CH2CH2-(NH-CH2CH2-)3-NH2)五亚乙基六胺(H2N-CH2CH2-(NH-CH2CH2-)4-NH2)六亚乙基七胺(H2N-CH2CH2-(NH-CH2CH2-)5-NH2)上述胺的混合物，作为工业产品由市售购得的这类产品，例如(BASFSE)。其他优选的单胺和多胺的实例是辛胺、壬胺、癸胺、十一烷胺、十二烷胺(月桂胺)、三丁胺、三异辛胺、十三烷胺、十三烷胺(异构体混合物)、十四烷胺(肉豆蔻胺)、十五烷胺、十六烷胺(鲸蜡基胺)、十七烷胺、十八烷胺(硬脂基胺)、4-己基苯胺、4-庚基苯胺、4-辛基苯胺、2,6-二异丙基苯胺、4-乙氧基苯胺、N-甲基苯胺、N-乙基苯胺、N-丙基苯胺、N-丁基苯胺、N-戊基苯胺、N-己基苯胺、N-辛基苯胺、N-环己基苯胺、二环己胺、对甲苯胺、二氢吲哚、2-苯基乙胺、1-苯基乙胺、N-甲基癸胺、苄胺、N,N-二甲基苄胺、1-甲基咪唑、2-乙基己胺、二丁胺、二己胺、二(2-乙基己基胺)、3,3'-二甲基-4,4'-二胺基二环己基甲烷、4,4'-二胺基二环己基甲烷、双十三烷基胺(异构体混合物)、异佛尔酮二胺、N,N,N’,N’-四甲基-1,6-己二胺、N,N-二甲基环己基胺、八亚甲基二胺、2,6-二甲苯胺、4,7,10-三氧杂十三烷-1,13-二胺、4,9-二氧杂十二烷-1,12-二胺、二-(2-甲氧基乙基)胺、双(2-二甲基胺基乙基)醚、聚醚胺(BASFSE)、2-(二异丙基胺基)乙胺、五甲基二亚乙基三胺、N-(3-胺基丙基)咪唑、1,2-二甲基咪唑、2,2'-二吗啉二乙醚、二甲基胺基乙氧基乙醇、双(2-二甲基胺基乙基)醚、–s-三嗪(BASFAG)、1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯(DBU)、3-(2-胺基乙基氨基)丙胺、3-(环己基胺基)丙胺、二亚丙基三胺、N4-胺(N,N'-双(3-胺丙基)-乙二胺)、AMIXM(BASFAG)(＝高沸点吗本文档来自技高网...

【技术保护点】
电解质，其包含100重量份的非质子溶剂，1‑50重量份的含锂导电盐，5‑100重量份的碳酸亚乙烯酯，0.5‑20重量份的腈，和0.1‑10重量份的胺。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.28 DE 102015218634.21.电解质，其包含100重量份的非质子溶剂，1-50重量份的含锂导电盐，5-100重量份的碳酸亚乙烯酯，0.5-20重量份的腈，和0.1-10重量份的胺。2.根据权利要求1的电解质，其中使用了含有2-20个碳原子的单羧酸或多羧酸的腈。3.根据前述权利要求之一的电解质，其包含1-10重量份的腈。4.根据前述权利要求之一的电解质，其中使用了通式(I)的单胺NR1R2R3(I),其中R1、R2和R3是H或具有1-30个碳原子的单价烃基，其可以由选自于F-、Cl-和OR4的取代基取代，其中非相邻的-CH2-单元可以用选自于-C(＝O)-和-O-的单元替代，和R4是具有1-10个碳原子的烷基。5.根据前述权利要求之一的电解质，其中使用了通式(II)的多胺R52N-(CR62)a-(NR7-(CR62)b)c-NR52(II),其中R5、R6和R7是H或具有1-18个碳原子的烃基，其可以由选自于...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·布劳恩林，F·多伊贝尔，M·克劳茨尔，
申请(专利权)人：瓦克化学股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE