锂离子电池电解质添加剂制造技术

描述了可用于降低电池电阻并改善循环寿命稳定性和高温性能的季六氢三嗪离子液体化合物添加剂；适合用于电化学能量储存装置的含有所述季六氢三嗪离子液体化合物添加剂的电解质；以及并入包括所述季六氢三嗪离子液体化合物添加剂的所述电解质的电化学能量储存装置。置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锂离子电池电解质添加剂
[0001]交叉引用
[0002]本申请要求于2020年10月5日提交的美国临时专利申请第63/087,473号的申请日的权益，其通过引用以其整体在此并入。


[0003]本公开内容涉及可用于降低电池电阻并改善循环寿命稳定性和高温性能的季六氢三嗪离子液体化合物添加剂；适合用于电化学能量储存装置中的含有所述季六氢三嗪离子液体化合物添加剂的电解质；和含有前述电解质的电化学能量储存装置。

技术介绍

[0004]Li离子电池被大量用于消费电子产品和电动车辆(EV)以及能量储存系统(ESS)和智能电网中。最近，具有在4.35V以上的电压的Li离子电池由于更高的容量和随后的能量密度益处而获得了重要性。当这些Li离子电池在它们的运行期间暴露于极端温度时，在阳极上形成的SEI(固体电解质界面)层逐渐被破坏，并因此导致更加不可逆的反应，造成容量损失。这些反应在循环期间发生在正(电)极和负(电)极上，但在更高的电压下、特别是当电池在升高的温度下运行时一般更加严重。相对于Li离子电池的当前现有技术，在消费电子产品、EV和ESS中使用的下一代Li离子电池将需要在电解质组分上的显著改进。
[0005]正离子和负离子在电池电极之间的穿梭是电解质的主要功能。历史上，研究人员专注于开发电池电极，而电解质开发有限。传统的Li离子电池使用可传输锂离子的具有大电化学窗口的基于碳酸酯的电解质。这些电解质需要功能添加剂来钝化阳极并形成稳定的SEI层。另外，将电池阴极充电到更高的电压导致增加的容量值，从而导致电池组(包，pack)和模块中更高的能量密度。
[0006]随着工业朝着用于更高能量电池的更高能量阴极材料发展，电池在宽电压窗口中的稳定、高效和安全循环是必要的。为实现这一点，电池电解质基于所讨论的应用使用各种阳极SEI形成用添加剂。这种可调节性使得能够开发用于Li离子单元电池(cell)的高电压稳定性和安全性的不同的添加剂。开发允许Li离子单元电池在高电压下安全运行的电解质添加剂对于实现这些高能量密度电池和电池组是至关重要的。
[0007]以前，已经将三嗪化合物加入电解质以从非水电解质除去酸和水。已知六氢三嗪在石油和天然气工业中作为H2S清除剂。理论上，具有相同官能团的分子可用作电解质添加剂，允许Li离子单元电池、特别是具有高电压阴极的Li离子单元电池的安全和稳定操作。
[0008]Novolyte Technologies的美国专利第7,867,294B2号已经报道了三嗪化合物用于除去非水电解质中的酸和水的用途。Amperex Technology Limited的中国专利CN103078140 B已经介绍了在锂离子二次电池电解质中使用三嗪化合物以抑制电解质和阴极材料之间的氧化反应和改善在高温和高压下的循环性能。Xerox Corporation的美国专利申请第2019/0225815A1号演示了在电子器件中使用六氢三嗪化合物以保护导电材料。
[0009]基于以上讨论，需要开发基于三嗪官能团的新的分子以赋予电解质必要的特性。
具有如下文更详细描述的季六氢三嗪离子液体化合物的电解质具有高的离子导电性(电导率)，并且适合用作用于电化学装置、特别是锂离子电池的电解质。

技术实现思路

[0010]提供本
技术实现思路
以便以简化的形式介绍一些概念，这些概念在下文在具体实施方式中进一步描述。本
技术实现思路
和前述
技术介绍
并不旨在识别所要求保护的主题的关键方面或必要方面。此外，本
技术实现思路
不旨在作为确定所要求保护的主题的范围的限制。
[0011]在本文中描述的一些实施方式中，用于电化学能量储存装置的电解质一般包括：季六氢三嗪离子液体化合物添加剂；非质子有机溶剂体系；金属盐；和至少一种另外的添加剂。
[0012]在本文中描述的一些实施方式中，用于电化学能量储存装置的电解质一般包括：季六氢三嗪离子液体化合物添加剂；非质子有机溶剂体系；金属盐；和至少一种另外的添加剂，其中所述六氢三嗪离子液体化合物为取代的三嗪分子。
[0013]在本文中描述的一些实施方式中，用于电化学能量储存装置的电解质一般包括：季六氢三嗪离子液体化合物添加剂；非质子有机溶剂体系；金属盐；和至少一种另外的添加剂；其中所述非质子有机溶剂为开链或环状的碳酸酯、羧酸酯、亚硝酸酯、醚、砜、亚砜、酮、内酯、二氧戊环(类)、甘醇二甲醚(类)、冠醚、硅氧烷、磷酸酯、亚磷酸酯、单磷腈或聚磷腈、或其任意混合物。
[0014]在本文中描述的一些实施方式中，用于电化学能量储存装置的电解质一般包括：季六氢三嗪离子液体化合物添加剂；非质子有机溶剂；金属盐；和至少一种另外的添加剂；其中所述金属盐的阳离子组分是铝、镁、或碱金属如锂或钠。
[0015]在本文中描述的一些实施方式中，用于电化学能量储存装置的电解质一般包括：季六氢三嗪离子液体化合物添加剂；非质子有机溶剂；金属盐；和至少一种另外的添加剂；其中所述另外的添加剂包含：含有至少一个不饱和碳
‑
碳键的化合物、羧酸酐、含硫化合物、含磷化合物、含硼化合物、含硅化合物、或其任意混合物。
[0016]在考虑本文中的具体实施方式和附图后，本文中描述的技术的这些和其它方面将明晰。然而，应理解，所要求保护的主题的范围应当由所授权的权利要求来确定，而不是由给定的主题是否解决
技术介绍
中所述的任意或所有问题或包括
技术实现思路
中记载的任意特征或方面来确定。
附图说明
[0017]参考附图描述所公开技术的非限制性和非穷举性实施方式、包括优选的实施方式，其中除非另有说明，否则贯穿各个视图，相似的附图标记指代相似的部分。
[0018]图1显示了在200mAh NMC622
‑
Gr单元电池中测试的根据本文中描述的多种实施方式配置的电解质的dQ/dV曲线；
[0019]图2显示了在200mAh NMC622
‑
Gr单元电池中测试的具有根据本文中描述的多种实施方式配置的电解质的单元电池在室温(RT)下的循环寿命特性；和
[0020]图3显示了在200mAh NMC622
‑
Gr单元电池中测试的具有根据本文中描述的多种实施方式配置的电解质的单元电池在45℃下的循环寿命特性。
具体实施方式
[0021]下文参考附图更全面地描述实施方式，附图形成其一部分并且通过图示的方式显示了具体的示例性实施方式。足够详细地公开这些实施方式以使本领域技术人员能够实践所要求保护的主题。然而，实施方式可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文中阐述的实施方式。因此，以下具体实施方式不应以限制性意义理解。
[0022]所公开的技术总体上涉及锂离子(Li离子)电池电解质。特别地，本公开内容涉及季六氢三嗪离子液体化合物添加剂，含有这些添加剂材料的电解质，和含有所述电解质的电化学能量储存装置。
[0023]本公开内容描述了具有如下电解质添加剂的Li离子电池电解质：所述电解质添加剂可改善Li离子电池中的高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.电化学能量储存装置电解质，其包含：非质子有机溶剂体系；金属盐；和至少一种根据下式的季六氢三嗪离子液体化合物添加剂：其中：R1、R2和R3独立地为C1‑
C
12
取代的或未取代的烷基或C6‑
C
14
芳基；其中的氢原子各自未被取代或独立地被卤素、烷基、烷氧基、全氟化烷基、甲硅烷基、甲硅烷氧基、硅烷、亚砜、酰胺、偶氮、醚或硫醚中的任一种取代；L独立地选自氢、C1‑
C
12
烷基、烯基、烷氧基、C6‑
C
14
芳基、炔基、烷基甲硅烷氧基、烷基卤根、甲硅烷基、酯、羰基或全氟基团；和X
ˉ
为离子液体化合物的阴离子，其选自卤根、铝酸根、砷酸根、氰根、硫氰酸根、腈、苯甲酸根、氯酸根、亚氯酸根、铬酸根、硫酸根、亚硫酸根、硅酸根、硫代硫酸根、草酸根、乙酸根、甲酸根、氢氧根、硝酸根、磷酸根、酰亚胺、硼酸根或膦嗪。2.权利要求1所述的电解质，其中所述至少一种季六氢三嗪离子液体化合物添加剂选自：1,3,5
‑
三嗪烷(13TMS
‑
TFSI)3；1,3,5
‑
三嗪烷(13TMOS
‑
TFSI)3；1,3,5
‑
三嗪烷(13TEOS
‑
TFSI)3；1,3,5
‑
三嗪烷(1
‑
炔丙基
‑
TFSI)3；1,3,5
‑
三嗪烷(1
‑
烯丙基
‑
TFSI)3；1,3,5
‑
三嗪烷(13
‑
对氟苯基
‑
TFSI)3；1,3,5
‑
三嗪烷(13
‑
对氰基苯基
‑
TFSI)3；1,3,5
‑
三嗪烷(13CF3‑
TFSI)3；和1,3,5
‑
三嗪烷(13
‑
缩水甘油基
‑
TFSI)3。3.权利要求1所述的电解质，其中所述至少一种季六氢三嗪离子液体化合物添加剂以所述电解质的0.01重量％约10重量％的范围存在于所述电解质中。4.权利要求1所述的电解质，其中所述非质子有机溶剂体系包含开链或环状的碳酸酯、羧酸酯、亚硝酸酯、醚、砜、酮、内酯、二氧戊环、甘醇二甲醚、冠醚、硅氧烷、磷酸酯、亚磷酸酯、单磷腈或聚磷腈、或其任意混合物。5.权利要求1所述的电解质，其中所述非质子有机溶剂体系以所述电解质的60重量％至90重量％的范围存在于所述电解质中。6.权利要求1所述的电解质，其中所述金属盐的阳离子组分是碱金属。7.权利要求6所述的电解质，其中所述碱金属是锂或钠。8.权利要求1所述的电解质，其中所述金属盐的阳离子组分是铝或镁。9.权利要求1所述的电解质，其中所述金属盐以所述电解质的10重量％至30重量％的范围存在于所述电解质中。10.权利要求1所述的电解质，其进一步包含至少一种第二添加剂。11.权利要求10所述的电解质，其中所述第二添加剂包含：含硫化合物、含磷化合物、含
硼化合物、含硅化合物、含氟化合物、含氮化合物、含有至少一个不饱和碳
‑
碳键的化合物、羧酸酐、或其任意混合物。12.权利要求10所述的电解质，其中所述第二添加剂包含部分或完全卤代的磷酸酯化合物、离子液体、或其混合物。13.权利要求12所述的电解质，其中所述第二添加剂包含卤代的磷酸酯化合物，并且所述卤代的磷酸酯化合物为4
‑
氟苯基二苯基磷酸酯、3,5
‑
二氟苯基二苯基磷酸酯、4
‑
氯苯基二苯基磷酸酯、三氟苯基磷酸酯、七氟丁基二苯基磷酸酯、三氟乙基二苯基磷酸酯、双三氟乙基苯基磷酸酯、或苯基双(三氟乙基)磷酸酯。14.权利要求12所述的电解质，其中所述第二添加剂包含离子液体，并且所述离子液体为三(N
‑
乙基
‑
N
‑
甲基吡咯烷鎓)硫代磷酸酯双(三氟甲基磺酰基)亚胺盐、三(N
‑
乙基
‑
N
‑
甲基吡咯烷鎓)磷酸酯双(三氟甲基磺酰基)亚胺盐、三(N
‑
乙基
‑
N
‑
甲基哌啶鎓)硫代磷酸酯双(三氟甲基磺酰基)亚胺盐、或三(N
‑
乙基
‑
N
‑
甲基哌啶鎓)磷酸酯双(三氟甲基磺酰基)亚胺盐。15.权利要求10所述的电解质，其中所述第二添加剂以所述电解质的0.01重量％至10重量％的范围存在于所述电解质中。16.电化学能量储存装置，其包括：阴极；阳极；根据权利要求1所述的电解质；和隔板。17.权利要求16所述的装置，其中所述阴极包含锂金属氧化物、尖晶石、橄榄石、碳包覆的橄榄石、钒氧化物、过氧化锂、硫、多硫化物、锂一氟化碳、或其任意两种或更多种的混合物。18.权利要求17所述的装置，其中所述阴极包含锂金属氧化物，并且所述锂金属氧化物为LiCoO2、LiNiO2、LiNi
x
Co
y
Met
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【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：诺姆斯科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：