提供了一种用于具有电极的电化学电池的电解质体系以及制备电解质体系的方法，该电极包含含硫属元素的电活性材料。电解质体系包括溶解在一种或多种溶剂中的一种或多种锂盐。电解质中盐的浓度大于或等于约2M至小于或等于约5M。包括电解质体系的电化学电池具有大于或等于约0.8V至小于或等于约1.8V的最小电位和大于或等于约2.5V至小于或等于约3V的最大充电电位。
Electrolyte System for Lithium-Sulphur Element Batteries
【技术实现步骤摘要】
用于锂-硫属元素电池的电解质体系
技术介绍
该部分提供与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。本公开涉及用于电化学电池的电解质体系以及与电解质体系的制备相关的方法，该电化学电池具有包括含硫属元素的电活性材料的电极。通过
技术介绍
的方式，高能量密度电化学电池诸如锂离子电池和锂硫硫属元素电池可用于各种消费产品和车辆，例如混合动力电动车辆(HEV)和电动车辆(EV)。典型的锂离子和锂硫硫属元素电池包括第一电极、第二电极、电解质材料和隔膜。一个电极用作正极或阴极，另一个电极用作负极或阳极。通常，堆叠的锂离子电池电连接以增加总输出。常规的可再充电锂离子电池和锂硫硫属元素电池通过在负极和正极之间来回可逆地传递锂离子来操作。电绝缘隔膜和电解质设置在负极和正极之间。电解质适合于传导锂离子，并且可以是固体(例如，固态扩散)或液体形式。锂离子在电池充电期间从阴极(正极)移动到阳极(负极)，在电池放电时沿相反方向移动。许多不同的材料可用于制造锂离子电池和锂硫属元素电池(例如，锂-硫硫属元素电池，锂硒硫属元素电池)的组件。通过非限制性示例的方式，用于锂离子电池的阴极材料通常包含可以嵌入锂离子或与锂离子形成合金的电活性材料。电解质通常含有一种或多种锂盐，其可以在非水溶剂中溶解和离子化，例如，碳酸酯基溶剂体系或醚基溶剂体系。常见的负极材料包括锂嵌入材料或合金主体材料，如碳基材料，诸如锂石墨插层化合物，或锂-硅化合物，锂合金，钛酸锂Li4+xTi5O12，其中0≤x≤3，诸如Li4Ti5O12(LTO)。负极也可以由含锂材料制成，诸如金属锂，使得电化学电池被认为是锂金属电池组或电池。具有包括硝酸锂(LiNO3)的电解质的电化学电池，特别是锂-硫属元素电池组通常具有约1.8V的最小电压，因为硝酸锂(LiNO3)分解并在之后变为气态。该最小电压可能导致约15％的能量损失。尽管如此，硝酸锂(LiNO3)通常被包含在锂硫属元素可再充电电池的电解质中，以诱导电化学电池的成功循环。此外，电解质体系通常可以限于醚基溶剂，与例如碳酸酯基电解质相反，因为活性自由基硫属元素的负面影响，特别是对于硫基电池，可以在碳酸酯基电解质存在下形成。因此，需要开发用于锂-硫属元素可再充电电池的材料，特别是具有增加的能量密度和所需的氧化还原反应水平的锂-硫和锂硒硫属元素电池。
技术实现思路
本部分提供了对本公开的总体概述，并未全面公开其全部范围或其所有特征。在各个方面，本公开提供一种循环锂离子的电化学电池。电化学电池可以包括电极和电解质体系，电极包含含硫属元素的电活性材料，电解质体系包括选自由以下构成的组的一种或多种锂盐：双(氟磺酰基)亚胺锂(LiN(FSO2)2)、双(三氟甲烷)磺酰亚胺锂盐(LI(CF3SO2)2)、六氟磷酸锂(LiPF6)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、碘化锂(LiI)、溴化锂(LiBr)、硫氰酸锂(LiSCN)、二氟(草酸根)合硼酸锂(LiBF2(C2O4))、LiPF3(C2F5)3、LiPF4(CF3)2、四氟(草酸根)合磷酸锂(LiPF4(C2O4))、LiPF3(CF3)3、LiSO3CF3及其组合；以及选自由以下构成的组的一种或多种溶剂：环状碳酸酯、线性碳酸酯、脂族羧酸酯、γ-内酯、链状结构醚、环醚及其组合。电解质体系可以基本上不含硝酸锂(LiNO3)；以及，电化学电池可以具有大于或等于约0.8V至小于或等于约1.8V的最小充电电位。一方面，电化学电池可以具有大于或等于约2.5V至小于或等于约3V的最大充电电位。一方面，一种或多种锂盐在电解质体系中的浓度可以大于或等于约2M至小于或等于约5M。一方面，环状碳酸酯可选自由碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯、氟代碳酸亚乙酯(FEC)及其组合构成的组；线性碳酸酯可选自由碳酸二甲酯(DMC)、二碳酸二甲酯(DMDC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)及其组合构成的组；脂族羧酸酯可选自由甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯及其组合构成的组；γ-内酯可选自由γ-丁内酯、γ-戊内酯及其组合构成的组；链状结构醚可选自由1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷及其组合构成的组；以及，环醚可以选自由1,3-二氧戊环、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃及其组合构成的组。一方面，含硫属元素的电活性材料可以包括元素硫或含硫活性材料。一方面，含硫属元素的电活性材料可包括元素硒或含硒活性材料。一方面，在电化学电池的电极中循环锂离子25个循环之后，电化学电池可具有小于或等于约10％的库仑容量损失。在另一个变型中，本公开提供了另一种循环锂离子的示例电化学电池。电化学电池可以包括包含含硫属元素的电活性材料的正极；隔膜；包含负电活性材料的负极；以及电解质体系，该电解质体系包含选自由以下构成的组的一种或多种锂盐：双(氟磺酰基)亚胺锂(LiN(FSO2)2)、双(三氟甲烷)磺酰亚胺锂盐(LI(CF3SO2)2)、六氟磷酸锂(LiPF6)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、碘化锂(LiI)、溴化锂(LiBr)、硫氰酸锂(LiSCN)、二氟(草酸根)合硼酸锂(LiBF2(C2O4))、LiPF3(C2F5)3、LiPF4(CF3)2、四氟(草酸根)合磷酸锂(LiPF4(C2O4))、LiPF3(CF3)3、LiSO3CF3及其组合；以及选自由以下构成的组的一种或多种溶剂：碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯、氟代碳酸亚乙酯(FEC)、碳酸二甲酯(DMC)、二碳酸二甲酯(DMDC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷、1,3-二氧戊环、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃及其组合。电解质体系可以基本上不含硝酸锂(LiNO3)；以及，电化学电池具有大于或等于约0.8V至小于或等于约1.8V的最小充电电位和大于或等于约2.5V至小于或等于约3V的最大充电电位。一方面，一种或多种锂盐在电解质体系中的浓度大于或等于约2M至小于或等于约5M。一方面，含硫属元素的电活性材料可包括元素硫或含硫活性材料。一方面，含硫属元素的电活性材料可包括元素硒或含硒活性材料。一方面，在电化学电池的电极中循环锂离子25个循环之后，电化学电池可具有小于或等于约10％的库仑容量损失。在另一个变型中，本公开提供了一种制备改善或增强能量密度并促进电化学电池的稳定循环性能的电解质体系的方法，该电化学电池包括含有含硫属元素的电活性材料的电极。电化学电池具有大于或等于约0.8V至小于或等于约1.8V的最小充电电位和大于或等于约2.5V至小于或等于约3V的最大充电电位。该方法可包括混合选自由以下构成的组的一种或多种锂盐：双(氟磺酰基)亚胺锂(LiN(FSO2)2)、双(三氟甲烷)磺酰亚胺锂盐(LI(CF3SO2)2)、六氟磷酸锂(LiPF6)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、碘化锂(LiI)、溴化锂(LiBr)、硫氰酸锂(LiSCN)、二氟(草酸根)合硼酸锂(LiBF2(C2本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种循环锂离子的电化学电池，其包括：包括含硫属元素的电活性材料的电极；以及电解质体系，其包括：选自由以下构成的组的一种或多种锂盐：双(氟磺酰基)亚胺锂(LiN(FSO2)2)，双(三氟甲烷)磺酰亚胺锂盐(LI(CF3SO2)2)、六氟磷酸锂(LiPF6)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、碘化锂(LiI)、溴化锂(LiBr)、硫氰酸锂(LiSCN)、二氟(草酸根合)硼酸锂(LiBF2(C2O4))、LiPF3(C2F5)3、LiPF4(CF3)2、四氟(草酸根)合磷酸锂(LiPF4(C2O4))、LiPF3(CF3)3、LiSO3CF3及其组合；以及选自由以下构成的组的一种或多种溶剂：环状碳酸酯、线性碳酸酯、脂族羧酸酯，γ‑内酯、链状结构醚、环醚及其组合，其中所述电解质体系基本上不含硝酸锂(LiNO3)，并且所述电化学电池具有大于或等于约0.8V至小于或等于约1.8V的最小充电电位。
【技术特征摘要】
2017.12.28 US 15/8562921.一种循环锂离子的电化学电池，其包括：包括含硫属元素的电活性材料的电极；以及电解质体系，其包括：选自由以下构成的组的一种或多种锂盐：双(氟磺酰基)亚胺锂(LiN(FSO2)2)，双(三氟甲烷)磺酰亚胺锂盐(LI(CF3SO2)2)、六氟磷酸锂(LiPF6)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、碘化锂(LiI)、溴化锂(LiBr)、硫氰酸锂(LiSCN)、二氟(草酸根合)硼酸锂(LiBF2(C2O4))、LiPF3(C2F5)3、LiPF4(CF3)2、四氟(草酸根)合磷酸锂(LiPF4(C2O4))、LiPF3(CF3)3、LiSO3CF3及其组合；以及选自由以下构成的组的一种或多种溶剂：环状碳酸酯、线性碳酸酯、脂族羧酸酯，γ-内酯、链状结构醚、环醚及其组合，其中所述电解质体系基本上不含硝酸锂(LiNO3)，并且所述电化学电池具有大于或等于约0.8V至小于或等于约1.8V的最小充电电位。2.如权利要求1所述的电化学电池，其中所述电化学电池具有大于或等于约2.5V至小于或等于约3V的最大充电电位...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·蔡，杨黎，康宁，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US
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