用于锂离子电池的电解质制剂制造技术

本发明专利技术公开了包含添加剂或添加剂的组合的电解质溶液，所述电解质溶液为锂离子电池组电池提供了低温性能和高温稳定性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于锂离子电池的电解质制剂专利技术背景本专利技术属于电池
，并且更具体地涉及能够同时实现锂离子电池组(也称作锂离子电池)的低温和高温运行的电解质制剂。锂离子电池组的某些应用需要宽的运行温度范围。通常，锂离子电池组的功率容量由于以下因素中的一种或多种所致在低温下遭受：1)电解质的粘度增大，导致较慢的锂离子扩散；2)电解质的离子电导率降低；3)阳极(也称作负极(anode))上的固体电解质相界面(SEI)的离子电导率降低；和4)锂离子通过电极材料，尤其是阳极材料的扩散速率降低。在过去，对于与在低温运行锂离子电池组相关的问题的解决方案包括将具有极低熔点和/或低粘度的溶剂添加至电解质制剂中。这样的额外溶剂可以有助于防止电解质溶液免于冻结或在低温具有显著增加的粘度。然而，这样的额外溶剂趋于对锂离子电池组的高温性能有损害，并且特别是对在循环或储存时的高温稳定性有损害。已知电解质制剂的缺点中的某一些通过本文公开的专利技术的实施方案得到解决，例如通过在没有显著降低在储存时的高温稳定性的情况下改善在低温的动力性能解决。专利技术简述根据本专利技术的某些实施方案，电解质制剂包括锂盐、有机溶剂和添加剂。添加剂包括选自由以下各项组成的组中的添加剂盐：碳酸盐，高氯酸盐，六氟磷酸盐，草酸盐和硝酸盐。添加剂盐不同于所述锂盐。在一些实施方案中，添加剂盐是碳酸锂、碳酸钠或碳酸钾。在一些实施方案中，添加剂盐是高氯酸锂或高氯酸钠。在一些实施方案中，添加剂盐是六氟磷酸钠或六氟磷酸铯。在一些实施方案中，添加剂盐是草酸锂、草酸钠、草酸铯或1-(4，5-二氢-1，3-噻唑-2-基)哌啶草酸盐。在一些实施方案中，添加剂盐是硝酸钠或硝酸铯。在一些实施方案中，包含双(草酸合)硼酸锂、硝酸铯、马来酸酐、三(三甲基甲硅烷基)磷酸(tris(trimethylsilyl)phosphate)、多磷酸三甲基甲硅烷基酯(trimethylsilylpolyphosphate)、异氰酸4-氟苯酯、1，4-丁烷磺内酯作为第二添加剂。附图的多个视图的简述图1A和1B示出了组装成容纳有由本专利技术某些实施方案的制剂制成的电解质溶液和对照电解质溶液的电池组电池的低温和高温电化学性能表征。图2A和2B示出了组装成容纳有由本专利技术某些实施方案的制剂制成的电解质溶液和对照电解质溶液的电池组电池的低温和高温电化学性能表征。图3A和3B示出了组装成容纳有由本专利技术某些实施方案的制剂制成的电解质溶液和对照电解质溶液的电池组电池的低温和高温电化学性能表征。图4A和4B示出了组装成容纳有由本专利技术某些实施方案的制剂制成的电解质溶液和对照电解质溶液的电池组电池的低温和高温电化学性能表征。专利技术详述以下定义适用于根据本专利技术的一些实施方案描述的一些方面。这些定义同样可以扩大到本文中。每个术语都在整个说明书、附图和实施例中得到了进一步解释和举例说明。在本说明书中的术语的任何解释应该考虑在本文中提出的全部描述、附图和实施例。除非上下文清楚地另外指出，否则单数术语“一个”、“一种”和“所述”包括复数。因此，例如，一个对象的提及可以包括多个对象，除非上下文清楚地另外指出。术语“基本上地”和“基本上的”指的是相当大的程度或范围。当与事件或情况联合使用时，该术语可以指在其中事件或情况准确发生的场合，也可以指在其中事件或情况接近近似发生的场合，如解释在本文中所描述的实施方案的典型的公差水平或可变性。术语“约”是指近似接近给定值的值的范围以便解释在本文中所描述的实施方案的典型的公差水平、测量精确度或其他可变性。倍率“C”是指(取决于上下文)作为相对于电池组(处于基本上完全充电的状态)将在一小时内基本上完全放电的“1C”电流值的分数或倍数的放电电流，或者作为相对于电池组(处于基本上完全放电的状态)将在一小时内基本上完全充电的“1C”电流值的分数或倍数的充电电流。在一定程度上，某些电池组特性可以随着温度变化，这样的特性在室温(约25℃)下规定，除非上下文另有明确指明。本文中呈现的范围包括它们的端点。因此，例如，范围1至3包括数值1和3以及中间值。术语“NMC”通常是指含有LiNixMnyCozOw的阴极(也称作正极(cathode))材料，并且包括但不限于含有LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2的阴极材料。根据本专利技术实施方案实施的锂离子电池组包括阳极、阴极和设置在阳极和阴极之间的隔体。所述电池组还包括电解质制剂，其设置在阳极和阴极之间。电解质制剂可以包括一种或多种溶剂和一种或多种含锂盐。常规溶剂的实例包括用于锂离子电池组中的非水电解质溶剂，包括碳酸酯，如碳酸乙二酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸丙二酯、碳酸甲丙酯和碳酸二乙酯。锂离子电池组的运行基于锂离子嵌入阳极和阴极的宿主材料中以及从该宿主材料脱嵌。考虑了电池组的其他实施方式，如基于转化化学的那些。电池组的电压基于阳极和阴极的氧化还原电势，其中锂离子在前者中在较低电势并且在后者中在较高电势被接纳或释放。其他合适的阴极材料的实例包括磷酸盐、氟磷酸盐、氟硫酸盐、氟硅酸盐、尖晶石、富锂层状氧化物和复合层状氧化物。合适阴极材料的其他实例包括：尖晶石结构锂金属氧化物(例如，LiMn2O4)、层状结构锂金属氧化物(例如，LiNixMnyCozO2)、富锂层状结构锂金属氧化物(例如，Li2MnO3-LiNixMnyCoO2)、锂金属硅酸盐(例如，Li2FeSiO4)、锂金属磷酸盐(例如，LiFePO4)、金属氟化物、金属氧化物、硫和金属硫化物。合适阳极材料的实例包括在锂离子电池组中使用的常规阳极材料，如锂、石墨(“LixC6”)，以及其他基于碳、硅或氧化物的阳极材料。在使用常规电解质制剂的许多锂离子电池组中，电解质溶液内的组分有利于在初始电池组循环期间在电极上或附近原位形成保护膜。这被称为固体电解质相界面(SEI)层。阳极SEI可以抑制电解质组分的进一步还原分解。在锂离子电池组中，低温性能通过测量面积比阻抗(ASI)进行表征，其包括由于电极材料、在那些材料上形成的SEI层和主体电解质性质所致的贡献。由于这是阻抗的量度，所以低ASI值是期望的。高温性能通过在高温储存之后测量ASI的变化进行表征。同样，在储存之后在ASI方面的小变化是期望的，因为这样的小变化将指示在高温储存的同时电池具有稳定性。在高温下，电池组电池稳定性可能会受损。在高温下的不稳定性据信由于：1)电解质与活性材料的反应性增加；2)LiPF6的分解加快，其产生可以与电解质和电极活性材料二者具有反应性的分解产物。由分解产物推动的寄生反应可能导致电池容量的损失以及任何SEI的进一步分解。不具有添加剂的常规电解质制剂可以显示良好低温性能(如通过低的面积比阻抗所显示的)，因为形成薄和/或差的SEI。类似地，由于相同原因(薄和/或差的SEI)，具有传统添加剂的电解质制剂也可以显示良好的低温性能。因此，可接受的低温性能利用某些添加剂明显地获得，即使这些添加剂不形成期望的SEI。然而，这些制剂显示极差的高温稳定性(如通过在高温储存之后的高的面积比阻抗显示的)。因此，明显可接受的低温性能不转化成可接受的宽运行温度性能。本文公开的电解质制剂的实施方案解决实现低温动力和高温稳定性二者的问题。电解质制剂中存在的某些电解质添加剂提供对于低温性能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电解质制剂，所述电解质制剂包含：有机溶剂；锂盐，所述锂盐以适合将锂离子传导通过所述电解质制剂的浓度存在；和选自由以下各项组成的组中的添加剂盐：碳酸盐，高氯酸盐，六氟磷酸盐，草酸盐和硝酸盐；其中所述添加剂盐不同于所述锂盐。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.22 US 14/746,7371.一种电解质制剂，所述电解质制剂包含：有机溶剂；锂盐，所述锂盐以适合将锂离子传导通过所述电解质制剂的浓度存在；和选自由以下各项组成的组中的添加剂盐：碳酸盐，高氯酸盐，六氟磷酸盐，草酸盐和硝酸盐；其中所述添加剂盐不同于所述锂盐。2.根据权利要求1所述的电解质制剂，其中所述添加剂盐是碳酸锂、碳酸钠或碳酸钾。3.根据权利要求1所述的电解质制剂，其中所述添加剂盐是高氯酸锂或高氯酸钠。4.根据权利要求1所述的电解质制剂，其中所述添加剂盐是六氟磷酸钠或六氟磷酸铯。5.根据权利要求1所述的电解质制剂，其中所述添加剂盐是草酸锂、草酸钠、草酸铯或1-(4，5-二氢-1，3-噻唑-2-基)哌啶草酸盐。6.根据权利要求1所述的电解质制剂，其中所述添加剂盐是硝酸钠或硝酸铯。7.根据权利要求2至5中任一项所述的电解质制剂，所述电解质制剂还...

【专利技术属性】
技术研发人员：程岗，朱晔，戴德里·斯特兰德，布特罗斯·哈勒克，伯恩哈德·M·麦茨，
申请(专利权)人：野猫技术开发公司，江森自控科技公司，
类型：发明
国别省市：美国,US