具有氟化非环状碳酸酯和氟化环状碳酸酯的电解质组合物制造技术

本文披露了一种电化学电池，其包括阳极、阴极和电解质组合物，其中所述阳极包括作为阳极活性材料的至少碳材料和硅材料的组合；并且所述电解质组合物包含溶剂，基于该电解质的总重量从0.5wt.％至70wt.％的氟化非环状碳酸酯化合物，基于该电解质的总重量从0.5wt.％至10wt.％的氟化环状碳酸酯化合物；以及电解质盐。盐。盐。

Electrolyte composition with fluorinated acyclic carbonate and fluorinated acyclic carbonate

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有氟化非环状碳酸酯和氟化环状碳酸酯的电解质组合物
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年12月3日提交的欧洲专利申请号19213036.7的优先权，出于所有目的将此申请的全部内容通过援引方式并入本文。


[0003]本专利技术涉及一种电解质组合物，其包含氟化非环状碳酸酯化合物和氟化环状碳酸酯化合物的组合。
[0004]该电解质组合物可用于电化学电池，如锂离子电池、尤其是含有硅及其衍生物作为阳极材料的那些。

技术介绍

[0005]锂离子电池是主导的电池技术，因为它们提供有效且高的能量存储以及高的功率密度，并且因此它们主导了便携式电子设备中使用的电池的市场。然而，大规模应用(像固定型能量存储和电动车辆)仍要求在能量密度、供应功率和循环寿命方面进一步改进现有技术。
[0006]由于硅的高理论比容量(3580mAh/g，比典型的石墨阳极材料(372mAh/g)高近十倍)、合适的锂嵌入电压和成本竞争力，使用硅作为锂离子电池的阳极材料已经引起了极大的关注。硅作为阳极材料的一个缺点是其在循环过程中体积膨胀大(大于300％)，这导致硅颗粒的破裂和粉碎，从而由于活性材料的损失和不良的电接触而导致动力学缓慢和循环寿命差。
[0007]与单独使用纯硅相比，在具有其他元素的复合材料中使用硅导致复合材料示出较低的阳极容量值，但它示出较好的容量保持率和良好的循环寿命。代表性的硅复合材料是硅
‑
碳(Si/C)和氧化硅
‑
碳(SiO
a<br/>/C，其中0&lt;a&lt;2)。碳可被视为稀释剂/缓冲剂，其减轻了硅复合材料的总体积膨胀。该解决方案在研究人员和电池制造商中广受欢迎。
[0008]Myung
‑
Jin Chun,Hyungmin Park,Soojin Park和Nam
‑
Soon Choi,RSC Adv.[RSC进展],2013,3,21320报道了使用氟代碳酸亚乙酯(FEC)作为电解质组分引入碳涂覆的多孔Si阳极。在30℃和60℃的温度下的循环性能得到改善。然而，FEC在高于环境温度的温度下分解得更快。第一个结果是添加FEC不足以有效改善高温循环。第二个结果是FEC分解时会产生气体，这可能会产生膨胀问题。
[0009]因此，非常希望提供一种电解质组合物，其将改善锂离子电池、尤其是包含硅碳复合材料作为阳极材料的锂离子电池的循环性能。技术需求是改善高温(典型地45℃)下的循环性能，同时保持环境温度(典型地25℃)下的循环性能。

技术实现思路

[0010]本专利技术的一个主题是一种电化学电池，其包括阳极、阴极和电解质组合物，其中所述阳极包括作为阳极活性材料的至少碳材料和硅材料的组合；并且所述电解质组合物包
含：
[0011]‑
溶剂；
[0012]‑
基于该电解质的总重量，从0.5wt.％至70wt.％的具有以下通式的氟化非环状碳酸酯化合物
[0013]R1‑
OCOO
‑
R2[0014]其中R1是C1
‑
C4烷基，并且R2是C1
‑
C4氟烷基，
[0015]‑
基于该电解质的总重量，从0.5wt.％至10wt.％的氟化环状碳酸酯化合物；以及
[0016]‑
电解质盐。
[0017]在另一方面，披露了一种包括如以上定义的电化学电池的电子设备、运输设备、或电信设备。
[0018]此外，本专利技术的另一个主题是以下项的组合作为电解质组合物中的添加剂，以改善电化学电池在高温下的循环性能的用途：
[0019]‑
基于该电解质的总重量，从0.5wt.％至70wt.％的具有以下通式的氟化非环状碳酸酯化合物
[0020]R1‑
OCOO
‑
R2[0021]其中R1是C1
‑
C4烷基，并且R2是C1
‑
C4氟烷基，
[0022]‑
基于该电解质的总重量，从0.5wt.％至10wt.％的氟化环状碳酸酯化合物，
[0023]该电化学电池包括作为阳极活性材料的至少碳材料和硅材料的组合。
附图说明
[0024]图1示出含有实例的电解质配制品的电池在室温(25℃)下的循环性能(放电容量和容量保持率)。
[0025]图2示出含有实例的电解质配制品的电池在高温(45℃)下的循环性能(放电容量和容量保持率)。
[0026]图3示出根据实例的电池在60℃下储存后的容量保持率和容量恢复率。
具体实施方式
[0027]如本文所用并且除非另有说明，术语“烷基”是指含有从1至20个碳、优选从1至6个碳、更优选从1至4个碳并且不含不饱和度的直链或支链、直链或环状烃基。直链烷基的实例包括甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基和十二烷基。直链烷基的支链异构体的实例包括异丙基、异丁基、叔丁基、仲丁基、异戊基、新戊基、异己基、新己基和异辛基。环状烷基的实例包括环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基和环辛基。
[0028]如本文所用并且除非另有说明，术语“氟烷基”是指其中至少一个氢被氟替换的烷基。
[0029]如本文所用并且除非另有说明，术语“烯基”是指如关于如本文所定义的烷基所述的直链或支链、直链或环状基团，除了至少一个双键存在于两个碳原子之间之外。烯基的实例包括乙烯基、环己烯基、环戊烯基、环己二烯基和丁二烯基。
[0030]如本文所用并且除非另有说明，术语“炔基”是指如关于如本文所定义的烷基所述的直链或支链、直链或环状基团，除了至少一个三键存在于两个碳原子之间之外。
[0031]除非另外说明，否则所有的百分比都是重量百分比并且是基于电解质组合物的总重量。
[0032]在锂与锂离子之间的平衡电势是参比电极的电势，该参比电极使用与含有锂盐(其浓度为足以给出约1摩尔/升的锂离子浓度)的电解质组合物接触的锂金属，并且经受足够小的电流使得该参比电极的电势没有从其平衡值(Li/Li
+
)显著地改变。此种Li/Li
+
参比电极的电势在此被指定为0.0V的值。阳极或阴极的电势意指在阳极或阴极与Li/Li
+
参比电极之间的电势差。本文的电压意指在电池单元的阴极与阳极之间的电压差，电池单元的电极都不可以在0.0V的电势下操作。
[0033]如本文所用，术语“SEI”是指在电极的活性材料上形成的固体电解质中间相层。锂离子二次电化学电池以未充电的状态组装并且必须充电(称为化成的过程)以供使用。在锂离子二次电化学电池的前几次充电事件(电池化成)期间，电解质的组分被还原或以其他方式分解或结合到负极活性材料的表面上并被氧化或以其他方式分解或结合到正极活性材料的表面上，在这些活性材料上电化学形成固体
‑
电解质本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电化学电池，其包括阳极、阴极和电解质组合物，其中所述阳极包括作为阳极活性材料的至少碳材料和硅材料的组合；并且所述电解质组合物包含：
‑
溶剂；
‑
基于该电解质的总重量，从0.5wt.％至70wt.％的具有以下通式的氟化非环状碳酸酯化合物R1‑
OCOO
‑
R2其中R1是C1
‑
C4烷基，并且R2是C1
‑
C4氟烷基，
‑
基于该电解质的总重量，从0.5wt.％至10wt.％的氟化环状碳酸酯化合物；以及
‑
电解质盐。2.根据权利要求1所述的电化学电池，其中，该阳极是选自Si/C、SiO
a
/C和Si/SiO
a
/C的复合材料，其中0&lt;a&lt;2。3.根据权利要求1或权利要求2所述的电化学电池，其中，所述氟化非环状碳酸酯选自由以下组成的组：甲基2,2
‑
二氟乙基碳酸酯、甲基2,2,2
‑
三氟乙基碳酸酯、甲基2,2,3,3
‑
四氟丙基碳酸酯、乙基2,2
‑
二氟乙基碳酸酯、乙基2,2,2
‑
三氟乙基碳酸酯、及其混合物。4.根据权利要求3所述的电化学电池，其中，所述氟化非环状碳酸酯是甲基2,2,2
‑
三氟乙基碳酸酯。5.根据权利要求3所述的电化学电池，其中，所述氟化非环状碳酸酯是甲基2,2
‑
二氟乙基碳酸酯。6.根据权利要求1至5中任一项所述的电化学电池，其中，基于该电解质的总重量，该氟化非环状碳酸酯化合物的含量为从0.5wt.％至10wt.％、优选从1wt.％至9wt.％、并且更优选从2wt.％至5wt.％。7.根据权利要求1至6中任一项所述的电化学电池，其中，所述氟化环状碳酸酯选自由以下组成的组：4
‑
氟代碳酸亚乙酯、4,5
‑
二氟
‑
1,3
‑
二氧戊环
‑2‑
酮、4,5
‑
二氟
‑4‑
甲基
‑
1,3
‑
二氧戊环
‑2‑
酮、4,5

【专利技术属性】
技术研发人员：HC，
申请(专利权)人：索尔维公司，
类型：发明
国别省市：