用于能量存储设备的非水溶剂电解质制剂制造技术

本文提供了改进的电解质制剂。改进的性能可以实现为改进的循环放电速率、改进的容量、改进的库仑效率或改进的循环容量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于能量存储设备的非水溶剂电解质制剂通过引用并入任何优先权申请本申请要求于2017年11月17日提交的题为“NON-AQUEOUSSOLVENTELECTROLYTEANDITSFORMULATIONFORDRYBATTERYELECTRODES”的美国临时专利申请第62/588,174号的权益，其全部公开内容通过引用并入本文。
本专利技术总体上涉及能量存储设备，并且具体涉及用于能量存储设备中的改进的电解质制剂(electrolyteformulation，电解质配方)。
技术介绍
电能存储电池广泛用于向电子、机电、电化学和其他有用的设备提供电力。这种电池包括一次化学电池、二次(可再充电)电池、燃料电池和各种电容器，包括超级电容器。对于增强能量存储、增加电力容量和拓宽现实生活用例，增加包括电容器的能量存储设备的操作电压和温度是合乎需要的。锂离子电池作为电源已被广泛应用于许多商业和工业用例，例如消费类设备、生产设备和电池驱动的车辆等。然而，对能量存储设备的需求正在持续、快速增长。例如，汽车工业正在开发依靠紧凑且高效的能量存储装置的车辆，例如插电式混合动力车辆和纯电动车辆。锂离子电池非常适合于满足未来的需求，然而，需要改进能量密度以提供寿命更长的电池，该电池可以在单次充电中行驶更远。电解质是常规锂离子电池中决定这些电池的电化学性能和安全性的关键组分之一。电极和电解质之间的相容性部分地控制电池的性能。此外，由于电极变得更厚和/或更重，所以电解质系统在电池中在实现高性能方面起重要作用。
技术实现思路
为了概述本专利技术和相对于现有技术所实现的优点，本文描述了本专利技术的某些目的和优点。并非所有这些目的或优点都可以在本专利技术的任何特定实施例中实现。因此，例如，本领域技术人员将认识到，本专利技术可以以实现或优化本文所教导的一个优点或一组优点的方式来实现或实施，而不必实现本文所教导或建议的其他目的或优点。在第一方面，一种能量存储设备可以包括如本文所提供的一种改进的电解质制剂。在一些实现方式中，该能量存储设备是锂离子电池。一个实施例是一种能量存储设备，其包含：包括正极活性材料的正极；包括负极活性材料的负极；在正极和负极之间的间隔件(separator)；以及包括锂盐和非水电解质溶剂制剂的电解质，该非水电解质溶剂制剂包括碳酸乙烯酯(EC)和附加溶剂，附加溶剂选自碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸丙烯酯(PC)中的至少一种，其中EC与附加溶剂的体积比为约1:2至约1:4。另一个实施例是一种形成能量存储设备的方法。该方法可以包括：提供壳体，将正极、负极以及正极和负极之间的间隔件放置到壳体中，其中正极和负极中的至少一个不含溶剂残余物；以及将包括锂盐和非水电解质溶剂制剂的电解质放置到壳体中，非水电解质溶剂制剂包括碳酸乙烯酯(EC)和附加溶剂，附加溶剂选自碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸丙烯酯(PC)中的至少一种，其中EC与附加溶剂的体积比为约1:2至约1:4。所有这些实施例旨在本文所公开的本专利技术的范围内。从下面参照附图对优选实施例的详细描述中，本专利技术的这些和其他实施例对于本领域的技术人员将变得显而易见，本专利技术不限于所公开的任何特定优选实施例。附图说明图1描绘了示出具有改进的电解质制剂的能量存储设备的示例性实施例的纵向截面图。图2描绘了具有改进的电解质制剂的能量存储设备的实施例。图3A和图3B示出了根据示例1的半电池形式的天然石墨电极的(图3A)充电和放电容量以及(图3B)库仑效率。图4A和图4B示出了在根据示例1的半电池配置中通过干电池电极(图4A)工艺1和(图4B)工艺2制备的人造石墨电极的充电和放电容量。图5示出了根据示例1的半电池配置中根据工艺3制备的人造石墨电极的充电和放电容量。图6A和图6B示出了根据示例1的半电池形式的片状人造石墨电极的(图6A)充电和放电容量以及(图6B)库仑效率。图7A和图7B示出了根据示例1的NMC/石墨全电池的(图7A)充电和放电容量以及(图7B)库仑效率。图8A、图8B、图8C示出了根据示例2的具有制剂1和3的电解质的NMC811/石墨全电池和NMC622/石墨全电池的(图8A和图8B)充电和放电容量以及(图8C)库仑效率。图9A和图9B示出了根据示例2的具有制剂1的电解质的NMC622/石墨全电池的(图9A)放电和(图9B)充电容量保持。图10A和图10B示出了根据示例2的具有制剂3的电解质的NMC622/石墨全电池的(图10A)放电和(图10B)充电容量保持。具体实施方式定义如本文所使用，术语“电池”和“电容器”将被赋予其对于本领域普通技术人员的普通和惯用含义。术语“电池”和“电容器”彼此是非排他性的。电容器或电池可以指可单独操作或作为多电池系统的组件操作的单个电化学电池。如本文所使用，能量存储设备的电压是单个电池或电容器电池的操作电压。电压可以超过额定电压或在负载下低于额定电压，或根据制造公差。如本文所提供，“自支撑”电极膜或活性层是并入粘合剂基质结构的电极膜或层，该粘合剂基质结构足以支撑膜或层并维持其形状，使得电极膜或层可以为自立式的。当并入能量存储设备中时，自支撑电极膜或活性层是并入此类粘合剂基质结构的自支撑电极膜或活性层。通常，取决于所采用的方法，这样的电极膜或活性层足够坚固以在没有任何外部支撑元件(诸如，集电体或其他膜)的能量存储设备制造工艺中采用。例如，“自支撑”电极膜可以具有足够的强度以在没有其他支撑元件的情况下在电极制造工艺中被卷绕、处理和展开。如本文所提供，“无溶剂”电极膜是不包含可检测的加工溶剂、加工溶剂残余物或加工溶剂杂质的电极膜。加工溶剂或传统溶剂包括有机溶剂。干电极膜(诸如正极电极膜或负极电极膜)，可以是无溶剂的。“湿”电极或“湿工艺”电极是通过至少一个涉及活性材料、粘合剂和加工溶剂、加工溶剂残余物和/或加工溶剂杂质的浆液的步骤制备的电极。湿电极可选地包括添加剂。说明本专利技术的各种实施例涉及用于具有改进性能的能量存储设备的电解质制剂。在一个实施例中，能量存储设备可以是基于锂离子的电池。一个实施例是具有改进的非水电解质溶剂共混物的能量存储设备。改进的电解质可以改进电解质的物理和化学特性，诸如粘度、润湿性和导电性。电解质的性能影响可部分归因于物理性质(诸如粘度和润湿性)以及化学或电化学性质(诸如电极表面(例如石墨表面)上溶剂的反应性)。活性材料颗粒的形状也可以起作用。例如，石墨材料的颗粒可以是球形石墨(也称为“马铃薯形”石墨)或片状石墨。在一个实施例中，电解质组合物强化电极(特别是干加工电池电极)的电化学性能。本公开提供用于相对厚或高负载电池电极的电解质组合物。可以将本文所提供的改进的电解质制剂的放电速率性能与典型的锂离子电池电解质进行比较。在一个实施例中，改进的电解质制剂可以包括锂盐和电解质溶剂(诸如非水或有机溶剂的混合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能量存储设备，包括：/n正极，包括正极活性材料；/n负极，包括负极活性材料；/n间隔件，在所述正极和所述负极之间；以及/n电解质，包括锂盐和非水电解质溶剂制剂，所述非水电解质溶剂制剂包括碳酸乙烯酯(EC)和附加溶剂，所述附加溶剂选自碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸丙烯酯(PC)中的至少一种，其中，EC与所述附加溶剂的体积比为约1:2至约1:4。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171117 US 62/588,1741.一种能量存储设备，包括：
正极，包括正极活性材料；
负极，包括负极活性材料；
间隔件，在所述正极和所述负极之间；以及
电解质，包括锂盐和非水电解质溶剂制剂，所述非水电解质溶剂制剂包括碳酸乙烯酯(EC)和附加溶剂，所述附加溶剂选自碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸丙烯酯(PC)中的至少一种，其中，EC与所述附加溶剂的体积比为约1:2至约1:4。


2.根据权利要求1所述的能量存储设备，其中，所述溶剂包括体积比为1:2:0.1:0.02的EC/EMC/DMC/PC。


3.根据权利要求1所述的能量存储设备，其中，所述溶剂包括体积比为1:3的EC/DMC。


4.根据权利要求1所述的能量存储设备，其中，所述溶剂包括体积比为1:2.4的EC/EMC。


5.根据权利要求1所述的能量存储设备，其中，所述溶剂包括体积比为1:0.5:3的EC/EMC/DMC。


6.根据权利要求1所述的能量存储设备，其中，所述溶剂包括体积比为1:1:1的EC/EMC/DMC。


7.根据权利要求1所述的能量存储设备，其中，所述溶剂包括体积比为1:4的EC/EMC。


8.根据权利要求1所述的能量存储设备，其中，所述溶剂包括体积比为1:4的EC/DMC。


9.根据权利要求1所述的能量存储设备，其中，所述负极活性材料包括天然石墨。


10.根据权利要求1所述的能量存储设备，其中，所述负极活性材料包括表面改性人造石墨。


11.根据权利要求1所述的能量存储设备，其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：申俊昊，希厄·明赫·东，黃忠琼，
申请(专利权)人：麦斯韦尔技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US