含有草酸磷酸锂的非水电解质组合物制造技术

本文描述了一种电解质组合物，该电解质组合物包含：a)用于电解质盐的氟化溶剂；b)由式LiPF(6‑2q)(Ox)q表示的草酸盐，其中Ox是草酸根部分，并且q是1、2或3；以及c)任选地，至少一种电解质盐。在一些实施例中，该电解质组合物包含从0.001至5范围内的Ox/P摩尔比。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。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含有草酸磷酸锂的非水电解质组合物相关申请的交叉引用本申请要求于2015年8月4日提交的美国专利申请号62/200,905的权益，将该专利申请以其全文通过援引方式并入本申请。
本文的披露涉及包含草酸磷锂的电解质组合物，这些电解质组合物可用于诸如锂离子电池组的电化学电池中。
技术介绍
包含由碱金属、碱土金属或含有这些金属的化合物制成的电极的电池组(例如锂离子电池组)通常包含用于电池组中所用的电解质的非水溶剂。电解质溶剂在电池组中起着重要的作用，为电解质在电池组的电极之间的移动提供介质。具有电解质的溶剂配方通常包含增强电池组性能和安全性的添加剂，因此合适的溶剂必须溶解该解电解质和添加剂。在有源电池组系统中普遍存在的条件下，溶剂也必须是稳定的。锂离子电池组中使用的电解质溶剂通常掺有有机碳酸酯化合物或混合物，并且通常包含一种或多种直链碳酸酯，例如碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯或碳酸二乙酯。也可以包括环状碳酸酯，例如碳酸亚乙酯。然而，在高于约4.35V的阴极电势下，这些电解质溶剂可能分解，这可能导致电池组性能的损失。已经对多种方法进行了研究以克服常用的非水电解质溶剂的限制。尽管这些电解质溶剂可用于具有高阴极电势特别是电压高于约4.35V的阴极电势(例如LiCoO2或LiNixMnyCozO2，其中x+y+z为约1)的锂离子电池组中，但是循环性能(即，有效地对电池组进行多次放电和充电至满容量的能力)可受到限制。当用于锂离子电池组，特别是以高阴极电势(从约4.1V至约5V)操作的这种电池组时，仍然需要将具有改善的性能的电解质溶剂配方。
技术实现思路
在一个方面，本申请披露了一种包含氟化溶剂和草酸磷酸锂的电解质组合物，该电解质组合物适用于电池组中，其中该电池组的循环性能与不含本文所披露的组合物的电池组的循环性能相比具有令人意外的改善。在一个实施例中，本文提供了一种电解质组合物，其包含：a)氟化溶剂；b)由下式表示的草酸盐：LiPF(6-2q)(Ox)q其中Ox是草酸根(C2O4)部分，并且q是1、2或3；以及c)任选的至少一种电解质盐。在一些实施例中，该电解质组合物包含在从约0.001至约5范围内的Ox/P摩尔比。在一些实施例中，该电解质组合物包含在从约0.1至约0.5范围内的Ox/P摩尔比。在一些实施例中，该电解质组合物进一步包含双(草酸)硼酸锂，并且该电解质组合物的Ox/B摩尔比大于2。在一些实施例中，该草酸盐包括三(草酸)磷酸锂。在一些实施例中，存在电解质盐，并且该电解质盐包括LiPF6。在一个实施例中，该氟化溶剂是选自氟化的非环状羧酸酯、氟化的非环状碳酸酯和氟化的非环状醚的至少一种氟化溶剂。在一些实施例中，该氟化的非环状羧酸酯包括2,2-二氟乙基乙酸酯。在一些实施例中，该电解质组合物进一步包含：i)由下式表示的环状磺内酯：其中每个A独立地为氢、氟、或任选地氟化的烷基、乙烯基、烯丙基、乙炔基或炔丙基；ii)由下式表示的环状硫酸酯：其中每个B独立地为氢或任选地氟化的乙烯基、烯丙基、乙炔基、炔丙基或C1-C3烷基；iii)选自由式(I)至式(VIII)表示的化合物组成的组的环状羧酸酐：其中R7至R14各自独立地为H，F，任选地被F、烷氧基和/或硫代烷基取代基取代的直链或支链C1至C10烷基，直链或支链C2至C10烯基或C6至C10芳基；或它们的组合。在另一个实施例中，本文提供了一种包含本文所披露的电解质组合物的电化学电池。在另一个实施例中，该电化学电池是锂离子电池组。在再一个实施例中，该电化学电池是在大于约4.1V的电势下操作的锂离子电池组。在又一个实施例中，披露了一种形成电解质组合物的方法，该方法包括合并以下成分的步骤：a)氟化溶剂；b)由下式表示的草酸盐：LiPF(6-2q)(Ox)q其中Ox是草酸根部分，并且q是1、2或3；c)以及任选地，至少一种电解质盐。所披露的专利技术的其他方面可以是内含的或可以通过本文所提供的披露来理解，虽然这些方面没有在本申请的单个实例中明确描述，也未具体或完整地体现，但本领域的普通技术人员可通过本申请中提供的描述、实例和权利要求书的全部内容(即，该说明书全篇)而综合获得。具体实施方式如上文和贯穿本披露所用，除非另外指明，否则以下术语应如下被定义：如本文所用，术语“电解质组合物”是指至少包含用于电解质盐的溶剂和电解质盐的化学组合物，其中该组合物能够在电化学电池中供应电解质。电解质组合物可以包含其他组分例如添加剂以增强电池组在安全性、可靠性和或效率方面的性能。如本文所用，术语“电解质盐”是指离子盐，其至少部分地可溶于电解质组合物的溶剂中并且在电解质组合物的溶剂中至少部分地解离成离子，以形成导电电解质组合物。如本文所定义，“电解质溶剂”是用于包含氟化溶剂的电解质组合物的一种溶剂或溶剂混合物。术语“阳极”是指电化学电池的发生氧化的电极。在二次(即，可充电的)电池组中，阳极是在放电期间发生氧化并且在充电期间发生还原的电极。术语“阴极”是指电化学电池的发生还原的电极。在二次(即，可充电的)电池组中，阴极是在放电期间发生还原并且在充电期间发生氧化的电极。术语“锂离子电池组”是指一种类型的可充电电池组，其中锂离子在放电期间从阳极移动至阴极并且在充电期间从阴极移动至阳极。如本文所用，术语“草酸根与磷的比率”或“Ox/P比率”意指电解质组合物中草酸根部分的摩尔数与电解质组合物中存在的来自所有添加组分的磷的总摩尔数的比率。如本文所用，术语“草酸根与硼的比率”或“Ox/B比率”意指电解质组合物中草酸根部分的摩尔数与电解质组合物中存在的来自所有添加组分的硼的总摩尔数的比率。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。这种Li/Li+参比电极的电势在此被分配0.0V的值。阳极或阴极的电势意指在阳极或阴极与Li/Li+参比电极之间的电势差。本文的电压意指在电池的阴极与阳极之间的电压差，电池的电极都不可以在0.0V的电势下操作。如本文所用，术语“烷基”是指不含不饱和度的直链或支链烃基。如本文所用，术语“氟烷基”是指其中至少一个氢被氟替换的烷基。本文披露了电解质组合物，这些电解质组合物包含：a)氟化溶剂；b)由下式表示的草酸盐：LiPF(6-2q)(Ox)q其中Ox是草酸根(C2O4)部分，并且q是1、2或3；和c)任选的至少一种电解质盐。该电解质组合物包含在从约0.001至约5范围内的草酸根部分与磷(“Ox/P”)摩尔比。在一些实施例中，该电解质组合物的Ox/P摩尔比在从约0.01至约5的范围内，或从约0.01至约3的范围内，或例如从约0.01至约1的范围内，或例如从约0.1至约0.5的范围内，或例如从约0.001至约3的范围内，或例如从约1至约3的范围内，或例如从约2至约3的范围内，或例如从约2至约5的范围内。本文所述的电解质组合物包含由式LiPF(6-2q)(Ox)q给出的草酸磷酸锂化合物，其中Ox是草酸根(C2O4)部分，并且q是1、2或3。当q＝3时，草酸磷酸锂是三(草酸)磷酸锂LiP(Ox)3，本文缩写为LiTOP。当q＝2时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电解质组合物，包含：a)氟化溶剂；b)由下式表示的草酸盐：LiPF(6‑2q)(Ox)q其中Ox是草酸根部分，并且q是1、2或3；以及c)任选地，至少一种电解质盐。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.04 US 62/2009051.一种电解质组合物，包含：a)氟化溶剂；b)由下式表示的草酸盐：LiPF(6-2q)(Ox)q其中Ox是草酸根部分，并且q是1、2或3；以及c)任选地，至少一种电解质盐。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包含在从约0.001至约5范围内的Ox/P摩尔比。3.如权利要求2所述的电解质组合物，其中该Ox/P摩尔比在从约0.1至约0.5的范围内。4.如权利要求2所述的电解质组合物，其中该电解质组合物进一步包含双(草酸)硼酸锂，并且该电解质组合物的Ox/B摩尔比大于2。5.如权利要求1所述的电解质组合物，其中该草酸盐包括三(草酸)磷酸锂。6.如权利要求1所述的电解质组合物，其中该氟化溶剂是：a)由下式表示的氟化的非环状羧酸酯：R1-COO-R2，b)由下式表示的氟化的非环状碳酸酯：R3-OCOO-R4，c)由下式表示的氟化的非环状醚：R5-O-R6，或它们的混合物；其中i)R1是H、烷基、或氟烷基；ii)R3和R5各自独立地是氟烷基并且可以是彼此相同或不同的；iii)R2、R4和R6各自独立地是烷基或氟烷基并且可以是彼此相同或不同的；iv)R1和R2中的任何一个或两者包括氟；并且v)各自作为一对的R1和R2、R3和R4、以及R5和R6包含至少两个碳原子但不超过七个碳原子。7.如权利要求6所述的电解质组合物，其中各自作为一对的R1和R2、R3和R4、以及R5和R6进一步包含至少两个氟原子，其前提是R1、R2、R3、R4、R5和R6均不含FCH2-基团或-FCH-基团。8.如权利要求6所述的电解质组合物，其中该氟化的非环状羧酸酯包括2,2-二氟乙基乙酸酯。9.如权利要求1所述的电解质组合物，其中存在该电解质盐，并且该电解质盐包括LiPF6。10.如权利要求1所述的电解质组合物，进一步包含至少一种环状碳酸酯。11.如权利要求10所述的电解质组合物，其中该环状碳酸酯包括氟代碳酸亚乙酯和/或碳酸亚乙酯。12.如权利要求1所述的电解质组合物，其中该组合物进一步包含：i)由下式表示的环状磺内酯：其中每个A独立地为氢、氟、或任选地氟化的烷基、乙烯基、烯丙基、乙炔基或炔丙基；ii)由下式表示的环状硫酸酯：其中每个B独立地为氢或任选地氟化的乙烯基、烯丙基、乙炔基、炔丙基或C1-C3烷基；iii)选自由式(I)至式(VIII)表示的化合物组成的组的环状羧酸酐：其中R7至R14各自独立地为H，F，任选地被F、烷氧基和/或硫代烷基取代基取代的直链或支链C1至C10烷基，直链或支链C2至C10烯基或C6至C10芳基；或它们的组合。13.如权利要求12所述的电解质组合物，其中该环状磺内酯包括1,3-丙烷磺内酯。14.一种电化学电池，包括：(a)壳体；(b)设置在该壳体中并且彼此离子导电接触的阳极和阴极；(c)设置在该壳体中并且在该阳极与该阴极之间提供离子导电路径的如权利要求1所述的电解质组合物；以及(d)该阳极与该阴极之间的多孔隔膜。15.如权利要求14所述的电化学电池，其中该电化学电池是锂离子电池组。16.如权利要求15所述的电化学电池，其中该阴极包含展示出在对...

【专利技术属性】
技术研发人员：SD亚瑟，SE伯克哈特，K考塔基斯，B利维波利斯，JJ刘，MG勒洛夫斯，
申请(专利权)人：索尔维公司，
类型：发明
国别省市：比利时,BE