包含氟化碳酸盐的电解质组合物以及包含其的电池制造技术

披露了包括含有芳基的某些氟化碳酸酯的电解质组合物以及包含这种电解质组合物的电池，特别是具有高额定电压的电池。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含氟化碳酸盐的电解质组合物以及包含其的电池本申请要求2014年12月18日提交的美国临时申请号62/093,768以及2015年2月24日提交的欧洲申请号15156244.4的优先权，出于所有目的这些申请的全部内容通过援引方式并入本申请。
本专利技术涉及包括含有芳基的氟碳酸盐的电解质组合物。本专利技术还涉及包括此种电解质组合物的电池，特别是具有高额定电压的电池。专利技术背景电池，包括锂离子电池、锂空气电池以及锂硫电池，是众所周知的用于储存电能的可充电装置。锂离子电池包括阴极、阳极、插入在阴极与阳极之间的隔膜、以及含有溶剂、导电盐、以及通常一种或多种添加剂的电解质组合物。阴极和阳极通常通过以下方式制备：将包含活性电极材料(例如阴极活性材料和阳极活性材料(取决于电极的最终应用))、粘合剂、溶剂、以及任选一种或多种添加剂的组合物施用于基材上，然后干燥并且压缩模制。目前用于锂二次电池、特别是锂离子电池的额定电压通常高达3.7V。这通常对应于4.2V的充电截止电压。在高于此点的电压下，电解质体系通常因为该电解质体系的组分(例如初始充电时一个或多个电极的表面上的溶剂、导电盐、和添加剂，特别是被认为形成保护层(通常称为“固体电解质中间相(SEI)”)的添加剂材料)不能耐受这样的高电压而劣化。然而，本领域中期望的是能够在较高电压(通常为3.9V或4.1V，或甚至高达4.7V)下操作的电池，因此适用于高压电池的电解质体系和/或此种电解质体系的组分的开发是本领域所需要的。在充电截止电压方面，此种高压电池具有高于4.2V、特别地至少4.25V的充电截止电压。另外，本领域一般要求用于电池、特别是用于锂离子电池的在技术上有利的电解质体系。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种适用于电池、特别是具有高额定电压的电池的电解质组合物或该电解质组合物的组分。本专利技术的另一个目的是提供一种新的电解质组合物体系，该体系可以在电池、特别是锂离子电池的阴极和阳极的表面上提供有效的保护。本专利技术的再一个目的是提供一种用于电池的电解质体系，其中将电极(特别是阴极)与电解质组合物之间的界面电阻最小化。本专利技术的还另一个目的是提供一种适用于电池(尤其是具有大于4.2V、特别地至少4.25V的充电截止电压的二次电池)的电解质组合物或其组分。因此本专利技术涉及一种电池，该电池包括阴极、阳极、和电解质组合物，具有大于3.7V且不大于4.7V的额定电压，其中所述电解质组合物包含至少一种溶剂、至少一种导电盐、和具有通式(I)的化合物，R1R2CF-O-C(O)-O-R3(I)其中R1和R2独立地为H、F、烷基、环烷基、亚烷基-芳基、或亚烷基-杂芳基；和其中R3为芳基或亚烷基-芳基。因此本专利技术的另一方面涉及一种电池，该电池包括阴极、阳极、和电解质组合物，具有大于4.2V的充电截止电压，其中电解质组合物包含至少一种溶剂、至少一种导电盐、和具有通式(I)的化合物，R1R2CF-O-C(O)-O-R3(I)其中R1和R2独立地为H、F、烷基、环烷基、亚烷基-芳基、或亚烷基-杂芳基；和其中R3为芳基或亚烷基-芳基。出人意料地发现，本专利技术的具有通式(I)化合物可以有利地用于电池、特别是在高额定电压下操作的那些电池的电解质组合物。进一步地，已经发现包含具有通式(I)化合物的电解质组合物在保护电池、特别是锂离子电池的一个或多个电极表面上具有有利的功能。本专利技术的另外的优点包括电解质组合物中的高离子导电性和低粘度。此外，发现根据本专利技术的电解质组合物可以显示出电极与电解质组合物之间足够低的界面电阻。在本专利技术中，术语“烷基”旨在特别地表示基于饱和烃的基团的任选取代的链，如，具体地，C1-C6烷基。举例而言，可以提及的是甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、叔丁基、戊基、异戊基和己基。烷基可以被例如卤素、芳基、或杂芳基任选地取代。在本专利技术中，术语“环烷基”旨在特别地表示基于饱和烃的基团的任选取代的环。举例而言，可以提及的是环丙基、环丁基、环戊基、和环己基。环烷基可以例如被卤素、芳基、或杂芳基任选地取代。在本专利技术中，术语“芳基”旨在特别地表示衍生自芳香核的任何官能团或取代基。具体地，这些芳基可以具有6至20个碳原子，优选6至12个碳原子，其中该芳基的一些或所有氢原子可能被或可能不被其他基团(尤其是卤素、烷基、烷氧基、芳基、或羟基)取代。优选地，芳基为C6-C10芳香核，特别是苯基或萘基。在本专利技术中，芳基可以被卤化，特别地可以是氟化的。在本专利技术中，术语“杂芳基”旨在特别地表示衍生自芳香核的任何化合物，其中核中的至少一个原子是杂原子；优选地，该至少一个杂原子是O、S、或N。杂芳基的具体实例是噻吩、呋喃、三唑、吡唑、吡啶、嘧啶、噁唑、噻唑、和异噁唑。在本专利技术中，“卤代”应理解为具体表示以下化学基团的至少一个氢原子已经被卤原子取代，该卤原子优选地选自氟和氯、更优选地氟。如果所有氢原子已被卤原子取代，那么该卤化的化学基团是全卤代的。例如，“卤代烷基”包括(全)氟代烷基，例如(全)氟代甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲-丁基或叔-丁基；以及例如-CF3、-C2F5、七氟异丙基(-CF(CF3)2)、六氟异丙基(-CH(CF3)2)或-CF2(CF2)4CF3。“卤代芳基”的非限制性实例包括-C6F5。在本专利技术中，R3优选为芳基或亚烷基-芳基，更优选地R3为苯基或苄基，最优选地R3为苯基。在本专利技术中，R2优选为H。在本专利技术中，R1优选为H或烷基，更优选R1为甲基。在本专利技术的优选实施例中，具有通式(I)的化合物是碳酸(1-氟乙基)苯基酯。本专利技术中具有通式(I)的化合物通常包括在用于电池的电解质组合物中。不希望被任何理论束缚，具有通式(I)的化合物被认为在高额定电压的操作下不会劣化。在本专利技术中，术语“额定电压”被理解为特别地表示用于指定电池单元、电池或电化学系统的电压的合适近似值，并且通常表示给定电压范围的中点值。在本专利技术中，术语“高额定电压”旨在特别地表示电池的正常电压高于3.7V。在本专利技术中，额定电压通常至少为3.9V。额定电压通常不大于4.7V、优选地不大于4.5V、更优选地不大于4.1V。额定电压的具体范围为至少为3.9V且不大于4.1V。在本专利技术中，具有高额定电压的电池通常具有高充电截止电压，例如充电截止电压大于4.2V、优选地至少4.25V、更优选至少4.3V、还更优选至少4.4V。在本专利技术中，具有高额定电压的电池可以具有至少4.25V、特别是至少4.5V、尤其是至少4.9V的截止电压。具有高额定电压的电池的充电截止电压的上限可以不大于5.0V。在本专利技术中，术语“充电截止电压”被理解为特别地表示电池被认为是充满电的电压。在本专利技术中，术语“放电截止电压”被理解为特别地表示电池被认为是完全放电的电压。通常选择充电和放电截止电压，以便实现电池的最大有效容量。包括至少一个电池的一些电子装置(例如手机)通常被设计成当电池的工作电压达到充电或放电截止电压时关闭。此外，不希望受任何理论的束缚，可以通过在电解质组合物中加入具有通式(I)化合物来实现电极与电解质组合物之间足够低的界面电阻。相对于该电解质组合物的总重量，电解质组合物中具有通式(I)化合物的浓度通常是0.1wt％到5wt％、优选0.2wt％到1.5wt本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池，该电池包括阴极、阳极、和电解质组合物，具有大于3.7V且不大于4.7V的额定电压，其中该电解质组合物包含至少一种溶剂、至少一种导电盐、和具有通式(I)的化合物，R

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.24 EP 15156244.4;2014.12.18 US 62/093,7681.一种电池，该电池包括阴极、阳极、和电解质组合物，具有大于3.7V且不大于4.7V的额定电压，其中该电解质组合物包含至少一种溶剂、至少一种导电盐、和具有通式(I)的化合物，R1R2CF-O-C(O)-O-R3(I)其中R1和R2独立地为H、F、烷基、环烷基、亚烷基-芳基、或亚烷基-杂芳基；并且其中R3为芳基或亚烷基-芳基。2.根据权利要求1所述的电池，其中，R3为苯基或苄基，优选地R3为苯基。3.根据权利要求1或2所述的电池，其中R2为H。4.根据权利要求1至3中任一项所述的电池，其中R1为H或烷基，优选地，R1为甲基。5.根据权利要求1至4中任一项所述的电池，其中，R1为甲基，R2为H，R3为苯基，并且该化合物为碳酸(1-氟乙基)苯基酯。6.根据权利要求1至5中任一项所述的电池，其中，相对于该电解质组合物的总重量，该具有通式(I)化合物的浓度是从0.1wt％至5wt％、优选地从0.2wt％至1.5wt％。7.根据权利要求1至6中任一项所述的电池，其中，该阴极包括至少一种活性电极材料，该活性电极材料选自具有尖晶石结构的锂基复合金属氧化物，优选LiMn2O4、或LixMn2-yM′yA4(其中，0.95≤x≤1.1，0≤y≤0.5，M′为Ni，并且A为氧原子)。8.根据权利要求1至7中任一项所述的电池，具有至少3.9V且不大于4.1V的额...

【专利技术属性】
技术研发人员：金学秀，JH李，JA崔，MH崔，EJ文，
申请(专利权)人：索尔维公司，
类型：发明
国别省市：比利时,BE