非水性电解质组合物制造技术

本披露涉及包含氟化的酯溶剂、非氟化的碳酸酯、锂/硼化合物以及锂盐的电解质组合物。包含该电解质溶剂的电化学电池具有增加的循环寿命。

Nonaqueous electrolyte composition

The disclosure relates to an electrolyte composition comprising fluorinated ester solvents, non fluorinated carbonates, lithium / boron compounds, and lithium salts. An electrochemical cell comprising the electrolyte solvent has an increased cycle life.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】非水性电解质组合物相关申请的交叉引用本申请要求于2014年9月19日提交的美国专利申请号14/490785的权益，将该专利申请以其全文通过援引方式并入本申请。本披露的领域本披露针对含有氟化的化合物、非氟化的碳酸酯、锂/硼化合物以及锂盐的电解质组合物。这些电解质组合物在电化学电池如锂离子电池组中是有用的。背景碳酸酯化合物目前作为电解质溶剂用于含有由碱金属、碱土金属、或包含这些金属的化合物制成的电极的非水性电池组例如锂离子电池组。目前的锂离子电池组电解质典型地含有一种或多种直链碳酸酯，如碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、或碳酸二乙酯；和环状碳酸酯，如碳酸亚乙酯。然而，在对比Li/Li+参比电极高于4.25V的阴极电势下，这些电解质可分解，这可导致电池组性能的损失。此外，由于这些电解质的低沸点和高可燃性，使用这些电解质存在安全性问题。已经研究了各种途径以克服通常使用的非水性电解质的限制。例如，添加剂如环状羧酸酐已经与某些电解质溶剂组合使用(参见例如Jeon等人的美国专利申请公开号2010/0273064A1)。此外，已经研究了各种氟化的羧酸酯电解质溶剂用于锂离子电池组(参见例如Nakamura等人的JP4/328,915-B2、JP3/444,607-B2以及美国专利号8,097,368)。虽然这些电解质可以在具有高电势阴极如4V尖晶石LiMn2O4阴极的锂离子电池组中使用，但是循环性能可能受到限制，特别是在高温下。尽管如上所述的本领域的努力，依然需要电解质及其组合物，当在锂离子电池组、特别是用高电势阴极(即，最高达约5V)运行的此类电池组中使用时，这些电解质及其组合物将具有改善的高温循环性能。披露概述本披露涉及一种电解质组合物，该电解质组合物包含：a)至少一种由R1COOR2表示的氟化的化合物；b)非氟化的碳酸酯；c)锂/硼化合物；以及d)锂盐；其中R1和R2独立地表示直链或支链烷基；R1和R2中的碳原子之和为2至7；R1和/或R2中至少两个氢原子被氟原子替代；并且R1和R2都不含有-CH2F或-CHF-基团。本披露还涉及包含所披露的电解质组合物的电化学电池以及包含该电化学电池的电子设备。详细说明从阅读以下详细说明，本披露的特征和优点将更容易被本领域普通技术人员理解。应理解的是，为清楚起见以上和以下在不同实施例的上下文中描述的本披露的某些特征也可以组合地在单一元素中提供。相反地，为简洁起见在单一实施例的上下文中描述的本披露的不同特征也可以被分开地或者以任何子组合提供。此外，除非上下文另外明确阐述，否则对单数的提及也可以包括复数(例如，“一个/一种(a)”和“一个/一种(an)”可以指的是一个/一种或多个/多种)。除非另外明确表明，否则在本申请中指定的各个范围中的数值的使用被陈述为近似值，如同在所阐述范围内的最小值和最大值都在词“约”后。以这种方式，在所阐述范围之上和之下的轻微变化可以用于实现与这些范围内的值基本相同的结果。此外，这些范围的披露旨在作为包括在最小值与最大值之间的每个值的连续范围。如在此使用的：如在此使用的术语“电解质组合物”指的是适合于用作电化学电池中的电解质的化学组合物。如在此使用的术语“电解质盐”指的是至少部分地可溶于该电解质组合物中并且至少部分地在该电解质组合物中离解成离子以形成导电电解质组合物的离子盐。术语“阳极”指的是电化学电池的电极，在该电极处发生氧化。在原电池如电池组中，阳极是带负电的电极。在二次(即，可充电的)电池组中，阳极是在放电过程中发生氧化并且在充电过程中发生还原的电极。术语“阴极”指的是电化学电池的电极，在该电极处发生还原。在原电池如电池组中，阴极是带正电的电极。在二次(即，可充电的)电池组中，阴极是在放电过程中发生还原并且在充电过程中发生氧化的电极。术语“锂离子电池组”指的是一种类型的可充电的电池组，其中锂离子在放电过程中从阳极移动至阴极并且在充电过程中从阴极移动至阳极。在锂与锂离子之间的平衡电势是参比电极的电势，该参比电极使用与含有锂盐(该锂盐在足以给出约1摩尔/升的锂离子浓度的浓度下)的非水性电解质接触的锂金属，并且经受足够小的电流使得该参比电极的电势没有从其平衡值(Li/Li+)显著地改变。此种Li/Li+参比电极的电势在此被指定为0.0V的值。阳极或阴极的电势是指在阳极或阴极与Li/Li+参比电极之间的电势差。在此，电压是指在电池的阴极与阳极之间的电压差，其电极都不可以在0.0V的电势下运行。术语“锂/硼化合物”指的是在经验式中具有锂和硼二者的化合物。锂和硼不一定直接彼此键合，而是存在于同一种化合物中。已经发现，包含该氟化的化合物、该非氟化的碳酸酯以及该锂/硼化合物或基本上由其组成的电解质组合物可以提供具有高的能量密度、降低的排气电势(off-gassingpotential)以及长的充电/再充电寿命的二次电池组。该电解质组合物包含以下各项或基本上由其组成：a)至少一种由R1COOR2表示的氟化的化合物；b)非氟化的碳酸酯；c)锂/硼化合物；以及d)锂盐；其中R1和R2独立地表示直链或支链烷基；R1和R2中的碳原子之和为2至7；R1和R2中至少两个氢被氟替代；并且R1和R2都不含有-CH2F或-CHF-基团。在某些实施例中，R1是-CH3、C2H5或C3H7，并且R2含有氟。在其他实施例中，该电解质组合物进一步包含按重量计最高达10％的碳酸氟代亚乙酯。短语“基本上由......组成”是指该电解质组合物可以含有作为a)和b)列出的组分连同任选的碳酸氟代亚乙酯作为溶剂。该电解质组合物不含或基本上不含为氟化的碳酸酯的溶剂或没有作为a)或b)组分之一列出的其他溶剂或碳酸氟代亚乙酯。“基本上不含”是指一种具体的组分以基于该电解质组合物的总重量按重量计小于5％、或按重量计小于3％、或按重量计小于1％或按重量计小于0.5％存在。此外，语言的基本上由......组成是指该电解质组合物不含或基本上不含不是锂盐的其他电解质盐。在本披露中，这些组分a)该至少一种氟化的化合物、b)该非氟化的碳酸酯、c)该锂/硼化合物以及e)该任选的碳酸氟代亚乙酯是以各种按重量计百分比存在于该电解质组合物中。除非另外说明，否则按重量计百分比的值是以基于该电解质组合物的总重量的按重量计百分比给出的。该至少一种氟化的化合物R1COOR2的合适实例可包括CH3COOCH2CF2H(2,2-二氟乙基乙酸酯，CAS号1550-44-3)、CH3COOCH2CF3(2,2,2-三氟乙基乙酸酯，CAS号406-95-1)、CH3CH2COOCH2CF2H(2,2-二氟乙基丙酸酯，CAS号1133129-90-4)、CH3COOCH2CH2CF2H(3,3-二氟丙基乙酸酯)、CH3CH2COOCH2CH2CF2H(3,3-二氟丙基丙酸酯)、F2CHCH2COOCH3、F2CHCH2COOCH2CH3、HCF2CH2CH2COOCH2CH3(乙基4,4-二氟丁酸酯，CAS号1240725-43-2)或其组合。在一个实施例中，该氟化的化合物是2,2-二氟乙基乙酸酯(CH3COOCH2CF2H)。该至少一种氟化的化合物以基于该电解质组合物的总重量按重量计从5％至90％的范围存在于该电解质组合物中。在其他实施例中，该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电解质组合物，包含：a)至少一种由R

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.19 US 14/4907851.一种电解质组合物，包含：a)至少一种由R1COOR2表示的氟化的化合物；b)非氟化的碳酸酯；c)锂/硼化合物；以及d)锂盐；其中R1和R2独立地表示直链或支链烷基；R1和R2中的碳原子之和为2至7；R1和/或R2中至少两个氢原子被氟原子替代；并且R1和R2都不含有-CH2F或-CHF-基团。2.如权利要求1所述的电解质组合物，其中该电解质组合物进一步包含按重量计最高达10％的碳酸氟代亚乙酯。3.如权利要求1所述的电解质组合物，其中该非氟化的碳酸酯是环状碳酸酯。4.如权利要求1所述的电解质组合物，其中R1是-CH3、C2H5或C3H7，并且R2含有氟。5.如权利要求1所述的电解质组合物，其中该氟化的化合物是CH3CO2CH2CF2H、CH3CH2CO2CH2CF2H、F2CHCH2CO2CH3、F2CHCH2CO2CH2CH3、CH3CO2CH2CH2CF2H、CH3CH2CO2CH2CH2CF2H、F2CHCH2CH2CO2CH2CH3、CH3CO2CH2CF3、或其组合。6.如权利要求1所述的电解质组合物，其中该非氟化的碳酸酯是碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸亚丁酯、或其组合。7.如权利要求1所述的电解质组合物，其中该锂/硼化合物是四氟硼酸锂，双(草酸)硼酸锂，二氟(草酸)硼酸锂，Li2B12F12-xHx，其中x是0至8，或其组合。8.如权利要求1所述的电解质组合物，其中该锂盐是六氟磷酸锂(LiPF6)、三(五氟乙基)三氟磷酸锂(LiPF3(C2F5)3)、双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锂、双(全氟乙磺酰基)酰亚胺锂、(氟磺酰基)(九氟丁磺酰基)酰亚胺锂、双(氟磺酰基)酰亚胺锂、高氯酸锂、六氟砷酸锂、三氟甲磺酸锂、三(三氟甲磺酰基)甲基化锂、或其组合。9.如权利要求1所述的电解质组合物，其中该组合物包含：a)按重量计从5％至90％范围内的2,2-二氟乙基乙酸酯；b)按重量计从10％至80％范围内的碳酸亚乙酯；c)按重量计从0.1％至10％范围内的双(草酸)硼酸锂；以及d)六氟磷酸锂；其中所有的按重量计百分比均基于该组...

【专利技术属性】
技术研发人员：SE伯克哈特，K考塔基斯，MG勒洛夫斯，CJ杜布瓦，
申请(专利权)人：索尔维公司，
类型：发明
国别省市：比利时,BE