包含路易斯酸：路易斯碱复合物电解质添加剂的电化学电池制造技术

本发明专利技术提供了一种电解质溶液，其包含溶剂；电解质盐；和由以下通式I表示的LA：LB复合物：[(FnA)x‑L]  (I)在式I中，A为硼或磷，F为氟，L为非质子有机胺，n为3或5，当n＝3时，A为硼，并且当n＝5时，A为磷，x为1至3的整数，并且非质子有机胺L中的至少一个N原子直接键合到A。基于电解质溶液的总重量计，LA：LB复合物以在0.01重量％和5.0重量％之间的量存在于溶液中。

Electrochemical cell comprising Lewis acid: Lewis base compound electrolyte additive

The invention provides an electrolyte solution, which comprises a solvent; electrolyte salt; and by the following LA:LB compound represented by general formula I: [(FnA) x L] (I) in I, A for boron or phosphorus, F fluorine, L is non proton organic amine, N 3 or 5, when n = 3, A for boron, and when n = 5, A P, X is an integer of 1 to 3, and the non proton organic amine L in at least one of the N atoms directly bonded to A. Based on the total weight of the electrolyte solution, the LA:LB complex is present in the solution between 0.01 wt.% and 5 wt.%.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及用于电化学电池的电解质溶液。
技术介绍
已经引入各种电解质组合物以用于在电化学电池中使用。此类组合物在例如美国8,765,294B2；美国8,241,787B2；美国6,045,948A；和BrettL，Lucht等人，电化学学会杂志152卷第7期，A1361-A1365(2005)(JournalofTheElectrochemicalSociety，152(7)，A1361-A1365(2005))中有所描述。
技术实现思路
在一些实施方案中，提供电解质溶液。电解质溶液包含溶剂；电解质盐；和由以下通式I表示的LA：LB复合物：[(FnA)x-L](I)在式I中，A为硼或磷，F为氟，L为非质子有机胺，n为3或5，当n＝3时，A为硼，并且当n＝5时，A为磷，x为1至3的整数，并且非质子有机胺L中的至少一个N原子直接键合到A。基于电解质溶液的总重量计，LA：LB复合物以在0.01重量％和5.0重量％之间的量存在于溶液中。在一些实施方案中，提供制备电解质溶液的方法。该方法包括将溶剂、电解质盐和LA：LB复合物混合。LA：LB复合物由以下通式(I)表示：[(FnA)x-L](I)在式I中，A为硼或磷，F为氟，L为非质子有机胺，n为3或5，当n＝3时，A为硼，并且当n＝5时，A为磷，x为1至3的整数，并且非质子有机胺L中的至少一个N原子直接键合到A。基于电解质溶液的总重量计，LA：LB复合物以在0.01重量％和5.0重量％之间的量存在于溶液中。在一些实施方案中，提供电化学电池。电化学电池包括正极、负极和如上所述的电解质溶液。在一些实施方案中，提供电解质溶液。电解质溶液包含溶剂；电解质盐；和由以下通式I表示的LA：LB复合物：[(FnA)x-L](I)在式I中，A为硼或磷，F为氟，L为非质子杂芳胺，n为3或5，当n＝3时，A为硼，并且当n＝5时，A为磷，x为1至3的整数，并且非质子杂芳胺L中的至少一个N原子直接键合到A。基于总重量计，LA：LB复合物以在0.01重量％和5.0重量％之间的量存在于溶液中。上述
技术实现思路
非意在描述本公开的每种实施方式的每一个公开的实施方案。接下来的附图说明以及具体实施方式对示例性的实施方案作出更具体的说明。附图说明图1示出示例性锂离子电化学电池的示意性剖视图。图2示出在55℃下在2.8V至4.2V之间以80mA循环的石墨/NMC111电池的容量对循环次数的曲线。图3示出在55℃下在2.8V至4.4V之间以80mA循环的石墨/NMC442电池的容量对循环次数的曲线。具体实施方式最广泛使用的锂离子蓄电池电解质具有受限的热和高电压稳定性。电解质的热降解和电化学降解被认为是锂离子蓄电池性能随着时间推移而降低的主要原因。许多与高级锂离子电池相关的性能和安全问题是电解质与高反应性正极或负极之间发生了不期望反应的直接或间接结果。此类反应导致循环寿命缩短、容量衰减、气体产生(可导致电池膨胀或排气)、阻抗增大以及倍率容量降低。通常，将电极驱动至更高的电压极值或者使电池暴露在更高的温度下加速了这些不期望的反应并且使相关问题更严重。在极端滥用的情况下，不受控制的反应放热可能导致电池的热失控和灾难性崩解。稳定电极/电解质界面是控制并最小化这些不期望反应和改善锂离子蓄电池的循环寿命及电压和温度性能限制的重要因素。被设计成以钝化界面的方式选择性地与电极表面反应、键合到电极表面或在电极表面处自组织的电解质添加剂代表实现这个目标的最简单且可能成本效益最好的方式中的一个。通用电解质溶剂和添加剂(例如，碳酸乙二酯(EC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、2-碳酸氟乙烯酯(FEC)和双乙二酸硼酸锂(LiBOB))对负极SEI(固体电解质界面)层的稳定性的作用已经被很好地记录。然而，存在对电解质添加剂的以下持续需求：所述电解质添加剂能够进一步改善锂离子电池的高温性能和稳定性(例如＞55℃)，为能量密度增加而提供高压(例如＞4.2V)下电解质的稳定性，并且使得能够使用高压电极。如本文所用，单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数指代，除非所述内容清楚地表示其它含义。如本说明书和所附实施方案中所用，除非内容清楚指示其它含义，否则术语“或”的含义一般来讲包括“和/或”的含义。如本文所用，通过端点表述的数值范围包括该范围内所包含的所有数值(如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.8、4和5)。如本文所用，“化学计量的LA：LB复合物”是指这样的复合物，该复合物的组成元素基本上以复合物的式指示的精确比例存在。如本文所用，“非质子有机胺”意指这样的有机化合物，其包含氮并且其中不存在直接键合到氮或直接键合到可任选地存在于化合物中的其它杂原子(诸如O和S)的氢原子。除非另外指明，否则说明书和实施方案中使用的表示数量或成分、特性量度等的全部数值在所有情况下都应理解成由术语“约”修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和附加实施方案列表中列出的数值参数可以随本领域的技术人员使用本公开的教导内容寻求获得的特性而变化。在最低程度上，并且在不试图将等同原则的应用限制到受权利要求书保护的实施方案的范围内的前提下，至少应当根据报告的数值的有效数位并通过惯常的四舍五入法来解释每一个数值参数。一般来讲，在一些实施方案中，本公开涉及一类路易斯酸：路易斯碱(LA：LB)复合物，该复合物可用作电化学电池(例如，锂离子电化学电池)的电解质的性能增强添加剂。当在电解质中以相对低添加量(例如，＜总电解质溶液的5重量％)使用时，这些复合物可以提供电化学电池中的性能益处。例如，相对于包含已知添加剂的已知电解质，具有包含本公开的LA：LB复合物的电解质的电化学电池可表现出改善的高温存储性能、改善的库仑效率、改善的充电终点容量滑移、较小的阻抗增长，减少的气体产生和改善的充放电循环。此外，本公开的LA：LB复合物可显示在环境空气中的相对较高稳定性，因此与已知LA：LB复合物(例如，BF3-乙醚和BF3-碳酸二甲酯，其在空气中迅速水解以产生可见白色烟雾(由于HF形成))相比，提供改善的处理方便性和改善的安全性。另外，本LA：LB复合物在低添加量时的意料不到的效率可引起每个电化学电池的总电解质添加剂成本的减少。实际上，材料成本的减少是在新应用(例如电动车辆、可再生能源存储装置)中采用锂离子蓄电池技术的重要因素。在一些实施方案中，本公开涉及用于电化学电池的电解质溶液。电解质溶液可包含溶剂、一种或多种盐和一种或多种LA：LB复合物。在各种实施方案中，电解质溶液可包含一种或多种溶剂。在一些实施方案中，溶剂可包含一种或多种有机碳酸酯。合适溶剂的示例包括碳酸亚乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸亚丙酯、氟代碳酸亚乙酯、四氢呋喃(THF)、乙腈、γ-丁内酯、环丁砜、乙酸乙酯或它们的组合。在一些实施方案中，还可采用含电解质溶剂的有机聚合物，该电解质溶剂可包含固体聚合物电解质或凝胶聚合物电解质。有机聚合物可包括聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、环氧乙烷/环氧丙烷共聚物、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物和聚[双((甲氧基乙氧基)乙氧基)磷腈](MEEP)或它们的组合。基于电解质溶液的总重量计，溶剂可以在15重量％和98重量％之间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电解质溶液，所述电解质溶液包含：溶剂；电解质盐；和由以下通式I表示的LA∶LB复合物：[(FnA)x‑L]  (I)其中A为硼或磷，F为氟，L为非质子有机胺，n为3或5，当n＝3时，A为硼，并且当n＝5时，A为磷，x为1至3的整数，并且所述非质子有机胺L中的至少一个N原子直接键合到A，并且其中基于所述电解质溶液的总重量计，所述LA∶LB复合物以在0.01重量％和5.0重量％之间的量存在于所述溶液中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.04 US 62/111,8041.一种电解质溶液，所述电解质溶液包含：溶剂；电解质盐；和由以下通式I表示的LA∶LB复合物：[(FnA)x-L](I)其中A为硼或磷，F为氟，L为非质子有机胺，n为3或5，当n＝3时，A为硼，并且当n＝5时，A为磷，x为1至3的整数，并且所述非质子有机胺L中的至少一个N原子直接键合到A，并且其中基于所述电解质溶液的总重量计，所述LA∶LB复合物以在0.01重量％和5.0重量％之间的量存在于所述溶液中。2.根据权利要求1所述的电解质溶液，其中所述非质子有机胺包含具有非键合电子对的至少一个氮原子，所述非键合电子对可用于与路易斯酸的空轨道键合。3.根据前述权利要求中任一项所述的电解质溶液，其中所述非质子有机胺包括叔胺。4.根据前述权利要求中任一项所述的电解质溶液，其中所述非质子有机胺包括杂芳胺。5.根据前述权利要求中任一项所述的电解质溶液，其中基于通式I的化学计量，过量路易斯酸或路易斯碱以小于5mol％存在于所述电解质溶液中。6.根据前述权利要求中任一项所述的电解质溶液，其中所述溶剂包含有机碳酸酯。7.根据前述权利要求中任一项所述的电解质溶液，其中所述溶剂包含碳酸亚乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸丙烯酯、氟代碳酸亚乙酯、四氢呋喃(THF)、γ-丁内酯、环丁砜、乙酸乙酯或乙腈。8.根据前述权利要求中任一项所述的电解质溶液，其中基于所述电解质溶液的总重量计，所述溶剂以在15重量％和98重量％之间的量存在于所述溶液中。9.根据前述权利要求中任一项所述的电解质溶液，其中所述电解质盐包含锂盐。10.根据前述权利要求中任一项所述的电解质溶液，其中所述电解质盐包含LiPF6、LiBF4、LiClO4、双(草酸)硼酸锂、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiAsF6、LiC(SO2CF3)3、LiN(SO2F)2、LiN(SO2F)(SO2CF3)或LiN(SO2F)(SO2C4F9)。11.根据前述权利要求中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖昂，威廉·M·拉曼纳，杰弗里·R·达恩，聂梦云，凯·A·史密斯，文森特·J·谢弗里耶，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US