经过改良的可充电电池及其生产制造技术

本发明专利技术公开了一种电化学电池，其包含基于碳酸盐：腈型溶剂混合物的电解液。电解液可包含碱盐和/或至少一种聚合物添加剂。碱盐阳离子可以是锂阳离子和/或碱盐阴离子可包含草酸硼酸基团。电解液可进一步包含一种或多种电解液添加剂，所述添加剂可以是SEI改良添加剂。阳极可包含碳。阳极可以是碱金属阳极。本发明专利技术的工作电压和能量密度性能与目前市场领先的电池单元的性能处于同一水平，因此这些公开的改良不会以牺牲电池性能为代价。使用本发明专利技术公开的电池电解液可以使先进锂离子电池电极实现稳定循环，扩大工作温度范围，并通过使电解液比传统的LiPF

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】经过改良的可充电电池及其生产
本专利技术涉及可充电电化学电池电芯。具体地说，本专利技术涉及电化学电池在成本、安全性和工作温度范围方面的改良。
技术介绍
高性能低成本电池对许多应用都有利，例如：电动汽车或电网的储能应用。目前，市场领先的电池技术是锂离子电池技术。最先进的电池采用的是石墨基阳极、金属氧化物阴极和有机电解液。在商业上，优选的阴极配方是基于镍钴锰氧化物(NCM)的配方。然而，由于钴的年供应量有限，使这种阴极配方的发展前景受到了阻碍，这也是电池产量预期未来增长的一个已知的瓶颈。在商业上，优选的电解液配方是基于碳酸盐溶剂与LiPF6电解液盐的混合物。然而，这些溶剂的可燃性较高，存在着安全隐患，每年都会引起大量电池火灾事故。此外，LiPF6电解液盐的化学稳定性较低，限制了电池的工作温度范围，使得必须对电池组进行复杂而昂贵的热管理。为了改进电池的工作温度范围，我们应将化学稳定性较低的LiPF6电解液盐换成更稳定的电解液盐，这样至少可以获得类似的电解液电导率。本专利技术的目的是利用最先进的电池电芯来解决上述问题。本专利技术的工作电压和能量密度性能与目前市场领先的电池电芯的性能处于同一水平，因此这些公开的改良并不会以牺牲电池性能为代价。本专利技术公开的电池电解液的效用源自于三个方面：i)使先进的锂离子电池电极可以稳定循环；ii)可扩大锂离子电池的工作温度范围；iii)通过使电解液比传统的LiPF6电解液盐在碳酸盐溶剂中的反应性和挥发性更低，从而提高电池的安全性。因此，本专利技术有利于工业和商业。专利
技术实现思路
本专利技术公开了一种经过改良的用于电化学电池的电解液配方。所述电解液可包含基于碳酸盐：腈型溶剂混合物的电解液。电解液可包含碱盐。电解液可包含一种或多种聚合物添加剂。碱盐阳离子可以是锂阳离子。碱盐阴离子可包含草酸硼酸基团。碱盐可以是二氟(草酸)硼酸锂(LiDFOB)。电解液可包含一种或多种电解液添加剂。电解液添加剂可以是SEI改良添加剂。腈型溶剂可包含丙二腈(MLN)。腈型溶剂可包含丁二腈(SCN)。腈型溶剂可以是丁二腈(SCN)。腈型溶剂可包含MLN和SCN的混合物。碳酸盐型溶剂可以是碳酸二甲酯(DMC)。电解液添加剂可以是氟代碳酸乙烯酯(FEC)。聚合物添加剂可以是聚(甲基乙烯基醚-丙氨酸-马来酸酐)。所述电解液可用于电化学电芯中。电化学电芯还可以包含阴极和阳极。阴极可包含LiMnxFe1-xPO4(LMFP或LFMP)、磷酸铁锂(LFP)、锂钴氧化物(LCO)、锂锰氧化物(LMO)和/或锂镍锰钴氧化物(NMC)。阳极可包含碳、钛酸锂(LTO)、锡/钴合金和/或硅/碳。碳可以是石墨和/或硬碳。阳极可包含金属碱金属。金属碱金属可以是金属锂。电化学电芯可用于装置中。表1总结了本专利技术公开的电解液配方的益处。同时获得这些益处对于电池生产非常有利，并且发现这样的电解液配方非常具有挑战性。与目前可行的锂离子电池的能量密度相比，由于所公开的电解液配方能够同时支持先进阴极材料(例如：LMFP)以及基于金属碱金属的阳极(例如：金属锂基阳极)的稳定循环，因此使改良的电芯级能量密度变得可行。表1：本专利技术所公开的电解液配方所能带来的益处汇总附图说明图1:LMFP阴极相对于充放电循环次数的放电容量演变，其中电解液溶剂包含体积比为1:1的DMC:SCN、重量百分比为2％的FEC电解液添加剂、1摩尔的LiDFOB盐，图中还指出了电解液中是否加入了重量百分比为12％的聚(甲基乙烯基醚-丙氨酸-马来酸酐)聚合物。纵轴被标准化为第一次循环的容量。图2:LMFP阴极相对于充放电循环次数的放电容量演变，其中电解液溶剂包括体积比为1:1的DMC:SCN、重量百分比为12％的聚(甲基乙烯基醚-丙氨酸-马来酸酐)聚合物添加剂、1摩尔的LiDFOB盐，所使用的电解液添加剂如图所示。纵轴被标准化为第一次循环的容量。图3：石墨阳极相对于充放电循环次数的放电容量演变，其中电解液液剂包含体积比为1:1的DMC:SCN、重量百分比为12％的聚(甲基乙烯基醚-丙氨酸-马来酸酐)聚合物添加剂、重量百分比为2％的FEC电解液添加剂和1摩尔的LiDFOB盐。纵轴被标准化为第一次循环的容量。图4：由金属锂阳极和LMFP阴极组成的电芯相对于充放电循环次数的放电容量演变。电解液溶剂包含体积比为1:1的DMC:SCN、重量百分比为12％的聚(甲基乙烯基醚-丙氨酸-马来酸酐)聚合物添加剂、1摩尔的LiDFOB盐和重量百分比为2％的FEC电解液添加剂。纵轴被标准化为第一次循环的容量。图5：由金属锂阳极和LMFP阴极组成的电芯相对于充放电循环次数的充电时间演变。电解液溶剂包含体积比为1:1的DMC:SCN、重量百分比为12％的聚(甲基乙烯基醚-丙氨酸-马来酸酐)聚合物添加剂、1摩尔的LiDFOB盐和重量百分比为2％的FEC电解液添加剂。纵轴被标准化为第一次循环的容量。具体实施方式参照附图，此处公开了本专利技术的详细实施例。我们在此公开本专利技术所包含的电解液配方。所述电解液可用于电化学电芯中。电化学电芯可至少包括阳极、阴极和至少部分位于阳极和阴极之间的电解液。电化学电芯还可以进一步包含阳极和阴极之间的隔膜。电化学电芯还可以进一步包含一个或多个载荷子(集电器)。阳极和/或阴极也可以是载荷子。电化学电芯可进一步包括外壳。所述电解液的电解液盐可包含碱盐。碱盐的碱金属阳离子可包含锂阳离子。碱盐的阴离子可包含草酸硼酸盐基团。碱盐的阴离子可进一步包含一个或多个卤素基团。根据本专利技术，电解液盐的一个优选示例是二氟(草酸)硼酸锂(LiDFOB)，其包含草酸硼酸基团，并且其中碱金属是Li，卤素是F。我们发现LiDFOB在高温下可以保持稳定，比LiPF6对水的敏感度低，适用于4.2V或更高电压的电池充电。优选地，电解液中碱盐的摩尔浓度介于0.01和5摩尔之间，更优选地介于0.1和2摩尔之间，更优选地介于0.5和1.5摩尔之间，并且最优选在0.67和1.2摩尔之间，更优选地在0.9和1.1摩尔之间，最优选地在约1摩尔之间。根据本专利技术，还可以使用其他碱盐和摩尔浓度。在这里，碱金属包括但不限于Li、Na、K、Rb、Cs和Fr。在这里，卤素包括但不限于F、Cl、Br、I和At。此处公开的电解液可进一步包含碳酸盐：腈型溶剂混合物。根据本专利技术，碳酸盐型溶剂的一个优选示例是碳酸二甲酯(DMC)。根据本专利技术，也可以使用其它碳酸盐型溶剂。根据本专利技术，腈型溶剂的一个优选示例是丁二腈(CN(CH2)2CN或SCN)。根据本专利技术，腈型溶剂的一个优选实例是丙二腈(CN(CH2)CN或MLN)。根据本专利技术，腈型溶剂可包含单一腈溶剂、腈溶剂的混合物或腈与其他溶剂的混合物。根据本专利技术，也可以使用其它腈型溶剂。优选地，碳酸盐：腈型溶剂体积混合比在0.001:1与1:0.001之间，更优选地，在0.01:1与1:0.01之间，更优选地，在0.1:1与0.5:1与1:0.5之间，更优选地，在0.9:1与1:0.9之间，最优选地约为1:1。众所周知，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电化学电芯的电解液，其包括碳酸盐:腈型溶剂混合物的电解液，其中所述电解液包含碱盐和至少一种聚合物添加剂。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181004 FI 201858361.一种用于电化学电芯的电解液，其包括碳酸盐:腈型溶剂混合物的电解液，其中所述电解液包含碱盐和至少一种聚合物添加剂。


2.根据权利要求1所述的电解液，其中腈型溶剂包含丁二腈(SCN)和/或丙二腈(MLN)。


3.根据权利要求1-2中任一权利要求所述的电解液，其中碳酸盐型溶剂为碳酸二甲酯(DMC)。


4.一种用于电化学电芯的电解液，其包括碳酸二甲酯(DMC)：丁二腈(SCN)溶剂混合物的电解液，碳酸二甲酯(DMC)：丙二腈(MLN)溶剂混合物的电解液或碳酸二甲酯(DMC)：(丁二腈(SCN)：丙二腈(MLN))溶剂混合物的电解液，其中所述电解液还包含碱盐。


5.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的电解液，其中碱盐阳离子为锂阳离子。


6.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的电解液电芯，其中碱盐阴离子包含草酸硼酸基团。


7.根据权利要求1-6中任一权利要求所述的电解液，其中碱盐为二氟(草酸)硼酸锂(LiDFOB)。


8.根据权利要求1-7中任一权利要求所述的电解液，其中所述电解液包含一种或多种电解液添加剂。


9.根据权利要求8所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·科瓦奇，D·布朗，
申请(专利权)人：博比特电池有限公司，
类型：发明
国别省市：芬兰;FI