电解质和含有该电解质的电池组单元制造技术

描述了一种用于特别是含锂的电化学电池的电解质材料（18），包含基于有机溶剂或聚合物的电解质材料（18）以及至少一种导电盐，其中规定第3、第4或第5主族的元素的全氟烷氧基化物、特别是全氟烷氧基锂作为导电盐。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电解质和含有该电解质的电池组单元本专利技术涉及电解质和含有该电解质的电池组单元及其根据独立权利要求的前序部分所述的用途。现有技术为了能够生产具有显著更高能量密度的电池组，目前对现有锂离子电池组的进一步开发以及固体电池组的建立加强研究。锂离子电池组通常含有石墨作为阳极材料。石墨具有的优点是，在电池组单元的放电过程期间提供的电荷量与先前在充电过程期间存储在电池组中的电荷量之比，其也被称为所谓的“库仑效率”，足够好地供实际使用。在第一充电/放电循环期间在石墨表面上形成保护层，也被称为所谓的固体电解质界面（SEI），这归因于电池组单元的电解质在石墨的表面上的分解。该保护层阻止在随后的充电/放电循环时电解质在石墨表面上的进一步分解。由于石墨在充电/放电循环期间其体积仅略微膨胀（大约10％），一次形成的SEI保持稳定地附着在石墨表面上并且阻止另外的电解质进入石墨表面。然而，为了能够提供更具效能的电池组，如其例如为电动车辆能够行驶足够距离所需，对具有更高存储容量的阳极材料进行研究。作为阳极材料尤其可以考虑硅，其虽然具有更高的电容量，但与石墨相比，在充电/放电循环方面的循环稳定性显著更小。虽然SEI形式的保护层同样地在第一充电/放电循环时在作为阳极材料的硅的表面上形成。然而，在充电/放电循环期间，与石墨阳极相比，硅阳极表现出显著更大程度的体积膨胀。因此在充电/放电循环期间由于硅阳极的体积膨胀，在一次形成的保护层SEI内出现裂缝，这可能例如导致SEI剥落。这产生的结果是，在每个充电/放电循环时，电解质与硅阳极表面再次发生接触。这导致电解质的进一步分解，其随每个充电/放电循环继续进行下去并且导致锂离子的不可逆的损失并因此导致电池组单元的容量持续下降。因此，硅阳极的循环稳定性以及由此它的库伦效率在较长时间内显著小于石墨阳极。就此而言，从US2015/0079484中已知，电池组单元的电解质可以搀杂有全氟铝酸盐或硅酸盐。此外，从US2014/0162143中已知，全氟化的镁化合物用于电化学电池的电解质溶液中。
技术实现思路
本专利技术涉及用于电池组单元的电解质以及含有该电解质的电池组单元及其具有独立权利要求的表征性特征的用途。这基于：本专利技术的电解质材料除了例如由一种有机溶剂或有机溶剂的混合物或由可离子导电的合适的聚合物基质形成的电解质材料外还包含至少一种导电盐，其中所述至少一种导电盐是化学元素周期表的第3、4或5主族的元素的全氟烷氧基化物。使用这种类型的全氟化的化合物是有利的，因为在试验中已显示，在保护层SEI中嵌入电解质中所含的氟化锂导致电池组单元的相应阳极的循环稳定性的提高，因为氟化锂即使在电池组单元的运行条件下也是相应保护层SEI的热力学稳定的组分。在电池组单元中，例如形成氟化锂，当电解质包含例如氟代碳酸乙烯酯（FEC）作为电解质添加剂时，在运行期间由其形成氟化锂。如果现在从一开始就向电解质材料添加基于全氟烷氧基化物的导电盐，则该导电盐在嵌入所形成的保护层SEI时稳定其在相应电池组单元的运行期间的距离。因此，避免了电池组单元的运行期间电解质材料的持续分解。从属权利要求涉及本专利技术的其它有利的实施方案。因此，当使用有机溶剂，像例如碳酸二甲酯或碳酸亚乙酯作为电解质基质时，是有利的，因为常见的、特别是基于锂的导电盐易溶于这些有机溶剂中，所述导电盐适于确保电池组单元的阳极和阴极之间的例如锂离子的离子传输。在不是基于使用液体电解质，而是固体电解质的固体电池组中，可以规定，例如，传导锂离子或含有锂离子的聚合物材料作为电解质基质。在这种情况下，特别是聚环氧乙烷（PEO），以及聚碳酸酯，如聚三亚甲基碳酸酯，聚磺酸酯，如聚(4-苯乙烯磺酸钠)或三烷氧基硅烷如低聚(环氧乙烷)官能化的三烷氧基硅烷是合适的。另外，还有共聚物例如是聚环氧乙烷和聚三甲基碳酸酯的共聚物、聚(乙二醇)乙醚甲基丙烯酸酯，聚环氧乙烷和聚苯乙烯的嵌段共聚物以及与聚环氧乙烷交联的聚乙烯基苯硼酸-聚合物。此外，当电解质材料含有第一和第二导电盐时，其中第一导电盐材料上不同于第二导电盐是有利的。根据本专利技术，化学元素周期表的第3、第4或第5主族的元素的全氟烷氧基化物可用作第一导电盐。在这里，特别是铝、硅或铋的全氟烷氧基化物是合适的，因为这些在电池组单元的保护层SEI内形成特别是长期稳定的热力学稳定的化合物。在这些化合物中，特别是四(全氟-叔丁氧基)铝酸锂是合适的。通过在电解质材料内混合两种不同的导电盐可以实现，即例如，技术上更容易可得且成本更有利的第二导电盐像例如六氟磷酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、双(草酸)硼酸锂或三氟甲磺酸锂用于在电池组单元的阳极和阴极之间的例如锂离子的实际离子传输，而添加少量的第一导电盐就足以使在阳极上所形成的保护层足够稳定化。所以特别优选的是添加<10重量％的第一导电盐，优选<5重量％的第一导电盐，且特别是电解质的<2重量％。本专利技术此外涉及包含阳极、阴极和电解质材料的电池组单元，其中根据本专利技术的电解质材料用作电解质材料。这有利地允许使用含硅电极材料来生产阳极。因此，该阳极可以是例如锂和硅的混合化合物，或者电池组单元的阳极可以由元素或掺杂硅制成。在这类电池组单元的运行期间，由于在阳极中使用硅，在运行中出现的阳极较高的体积变化，关于它们对处于阳极上的SEI的稳定性的影响通过使用具有呈导电盐形式的第3、第4或第5主族的元素的全氟烷氧基化物的电解质材料可被足够良好地补偿。本专利技术电解质材料或本专利技术电池组单元有利地用于锂离子电池组、含硅电池组或固体电池组中。这些可例如用于移动应用中像电动车辆、插电式混合动力车辆、混合动力车辆、电驱动两轮车中以及移动电信设备中和便携式计算机中。此外，用于例如以再生方式产生的电能的固定存储是可行的。实施例的简述根据本专利技术的电解质材料或包含该电解质材料的电池组单元的有利实施方案在附图中阐释并且在下面的描述中更详细地阐明。其中：图1示出具有根据本专利技术的电解质材料的电池组单元的示意图。图1示意性地示出了电池组单元10。该电池组单元包含阳极12，阳极12例如与用于阳极12的外部电接触的金属放电器(Ableiter)12a导电接触。此外，设置阴极14，阴极14在其方面与用作阴极14的外部电接触的第二放电器14a导电接触。例如，第一和第二放电器12a、14a与电池组单元10的在图中未示出的相应电池组终端导电连接。此外，例如，在阳极12和阴极14之间设置隔板16，其用于阳极12与阴极14的电绝缘。此外电解质18处于阳极12和阴极14之间，其用于阳极12和阴极14之间的离子传输。阳极12、阴极14和隔板16以及电解质材料18例如处于壳体20中，在壳体20中它们受到保护以免受环境影响。在第一充电/放电循环期间，例如通过电解质18的组分的分解，在阳极12的表面上形成例如固体电解质界面SEI形式的保护层22。在这种情况下，阳极12可例如由硅或也由硅合金或硅复合物（例如包含硅和碳）制成。为了能够相应地稳定保护层22，除了例如有机溶剂如碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯或碳酸二乙酯形式的电解质基质外，根据本专利技术的电解质材料18另外含有基于化学元素周期表的第3、第4或第5主族的元素的全氟烷氧基化物的至少一种导电盐。特别地，在此是铝、硅或铋的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于特别是含锂的电化学电池的电解质材料，其包含基于有机溶剂或聚合物的电解质材料（18）以及至少一种导电盐，其特征在于，规定第3、第4或第5主族的元素的全氟烷氧基化物、特别是全氟烷氧基锂作为导电盐。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.07 DE 102016200079.91.用于特别是含锂的电化学电池的电解质材料，其包含基于有机溶剂或聚合物的电解质材料（18）以及至少一种导电盐，其特征在于，规定第3、第4或第5主族的元素的全氟烷氧基化物、特别是全氟烷氧基锂作为导电盐。2.根据权利要求1所述的电解质材料，其特征在于，所述电解质材料（18）包含碳酸亚乙酯或碳酸二甲酯或含锂离子的聚合物。3.根据权利要求1或2所述的电解质材料，其特征在于，规定第一和第二导电盐，其中所述第一导电盐在其组成上不同于所述第二导电盐。4.根据权利要求3所述的电解质材料，其特征在于，所述第一导电盐是铝、硅或铋的四全氟烷氧基化物。5.根据权利要求3或4所述的电解质材料，其特征在于，所述第二导电盐是六氟磷酸锂或三氟甲磺酸锂。6.根据前述权利要求中任一项所述的电解质材料，其特征在于，所述第一导电盐是四(全...

【专利技术属性】
技术研发人员：P弗马，A贡泽，M韦德迈尔，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE