用于电池单元的高浓度锂离子电解质制造技术

本公开涉及用于电池单元的高浓度锂离子电解质。描述了用于含锂电池单元的电解质。该电解质可包含溶剂，该溶剂包括至少一种不含碳酸酯的酯化合物。该电解质还可包含一种或多种锂盐，其中该锂盐在该电解质中具有大于或约2摩尔/升的浓度。该电解质还可进一步包含稀释剂，该稀释剂包括芳族氟碳化合物。该稀释剂包括芳族氟碳化合物。该稀释剂包括芳族氟碳化合物。

【技术实现步骤摘要】
用于电池单元的高浓度锂离子电解质
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2022年4月18日提交的美国专利申请号17/659,611的优先权，该申请的公开内容全文以引用方式并入本文用于所有目的。


[0003]本技术涉及结合到二次电池单元中的电解质。更具体地，本技术涉及特征在于结合到锂离子二次电池单元中的高浓度锂离子的电解质。

技术介绍

[0004]用于锂离子电池单元的常规电解质通常包含无机锂盐，通常为六氟磷酸锂，在碳酸酯溶剂中浓缩至1摩尔/升至2摩尔/升。这些常规电解质由于其相对廉价的组分和其性能的可预测性，已被使用多年。然而，这些常规电解质具有许多缺点，随着在大量再充电循环中需要经济、安全的电力的电池供电的电子设备的激增，这些缺点越来越难以忽略。这些缺点包括二氧化碳和挥发性有机化合物等气体的释放，这些气体会使电池单元膨胀，并且在最坏的情况下，会导致火灾和爆炸。因此，正在努力开发用于锂离子电池单元的电解质，该电解质与常规电解质相比，具有显著降低的挥发性和易燃性。
[0005]降低电解质挥发性和易燃性的一种方法是将电解质中的锂盐浓缩至常规的1摩尔/升至2摩尔/升范围以上。如图1所示，常规电解质中的锂盐浓度留下大量过量的游离溶剂，这些游离溶剂可用于挥发并与其他电池部件(诸如电池单元的电极)发生反应。相比之下，当锂盐在电解质中的浓度更高时，存在的游离溶剂分子更少，因为如图2所示，更多的游离溶剂分子与锂盐的离子结合在溶剂聚集体中。因为聚集的溶剂比游离溶剂更不可能挥发并与其他电池部件发生反应，所以浓缩电解质比浓度较低的常规电解质更不易挥发且更不易燃。
[0006]遗憾的是，浓缩电解质具有其自身的缺点，这些缺点需要在其能够以商业规模采用之前得到解决。这些缺点包括当所需锂盐的量大大超过常规电解质所需的量时，电解质的成本增加。这些缺点还包括当盐在电解质中浓度变高时，粘度增加导致锂离子电导率降低。电解质的较低电导率增加了电池单元的电阻，这继而增加了单元的内部电阻并降低了单元的倍率性能。在能够以商业规模采用以提供用于电子设备和其他应用的安全、持久的锂离子电池单元之前，浓缩电解质的这些和其他缺点必须得到解决。

技术实现思路

[0007]本技术的实施方案包括用于含锂电池单元的电解质。这些电解质包含溶剂，该溶剂包括至少一种不含碳酸酯(carbonate)的酯化合物。这些电解质还包含一种或多种锂盐，其中这些锂盐在电解质中具有大于或约2摩尔/升的浓度。这些电解质还包含稀释剂，该稀释剂包括氟化有机化合物。
[0008]在另外的实施方案中，电解质中的一种或多种锂盐的特征可在于溶剂中的过饱和
浓度。在进一步的实施方案中，至少一种不含碳酸酯的酯化合物可包括丙酸烷基酯和丁酸烷基酯中的至少一者。在更进一步的实施方案中，该丙酸烷基酯可包括丙酸乙酯、丙酸丙酯或丙酸丁酯，并且该丁酸烷基酯可包括丁酸乙酯、丁酸丙酯或丁酸丁酯。在又一些实施方案中，一种或多种锂盐可包括以下中的一者或多者：LiPF6、LiAsF6、LiBF4、LiSbF6、LiAlCl4、LiClO4、LiBrO4、LiIO4、LiCF3SO3、LiC4F9SO3、LiCF3COO、LiN(CF3CO)2、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)、LiC(CF3SO2)3、LiN(SO2F)2、LiPF4(CF3)、LiPF4(C2F5)、LiPF4(CF3SO2)2、LiPF4(C2F5SO2)2和LiBF2(C2F5SO2)2。在再进一步的实施方案中，电解质的特征可在于在23℃下粘度小于或约20cP。在又一些实施方案中，稀释剂占电解质的体积百分比大于10vol.％。在更多实施方案中，电解质还包含含磷添加剂，该含磷添加剂占电解质的重量百分比的小于或约2wt.％。在还更多实施方案中，含磷添加剂可具有下式：
[0009][0010]本技术的实施方案包括可包含在含锂电池单元中的另外的电解质。这些电解质包含溶剂，该溶剂包括至少一种不含碳酸酯的酯化合物。这些电解质还包含一种或多种锂盐，其中这些锂盐在电解质中的浓度大于或约2摩尔/升。这些电解质还进一步包含稀释剂，该稀释剂包括氟化有机化合物。这些电解质还进一步包含含磷添加剂，该含磷添加剂占电解质的重量百分比小于或约2wt.％。电解质的特征在于在23℃下粘度小于或约20cP。
[0011]在另外的实施方案中，至少一种不含碳酸酯的酯化合物可包括丙酸烷基酯和丁酸烷基酯中的至少一者。在进一步的实施方案中，电解质中的一种或多种锂盐可包括以下中的一者或多者：LiPF6、LiAsF6、LiBF4、LiSbF6、LiAlCl4、LiClO4、LiBrO4、LiIO4、LiCF3SO3、LiC4F9SO3、LiCF3COO、LiN(CF3CO)2、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)、LiC(CF3SO2)3、LiN(SO2F)2、LiPF4(CF3)、LiPF4(C2F5)、LiPF4(CF3SO2)2、LiPF4(C2F5SO2)2和LiBF2(C2F5SO2)2。在又一些实施方案中，含磷添加剂可具有下式：
[0012][0013]在更多实施方案中，电解质可包含小于或约5wt.％的含碳酸酯(carbonate)化合物。
[0014]本技术的实施方案还进一步包括含锂电池单元。这些电池单元包括正极、负极和含锂电解质。该含锂电解质包含溶剂，该溶剂包括至少一种不含碳酸酯的酯化合物。该电解质还包含具有大于或约2摩尔/升的浓度的至少一种锂盐和包括氟化有机化合物的稀释剂。
[0015]在另外的实施方案中，至少一种不含碳酸酯的酯化合物可包括丙酸烷基酯和丁酸烷基酯中的至少一者。在进一步的实施方案中，含锂电解质的特征可在于在23℃下粘度小于或约20cP。在更进一步的实施方案中，含锂电解质可包含含磷添加剂，该含磷添加剂占含锂电解质的小于或约2wt.％。在又一些实施方案中，含锂电池单元的特征在于85℃下工作8小时之后，膨胀体积百分比小于或约10vol.％。在更多实施方案中，电池单元的特征可在于在大于或约600次充电循环之后，电池单元阻抗的变化小于或约40％。
[0016]本技术的实施方案包括电池单元电解质，这些电池单元电解质高度浓缩在锂离子中以降低电池单元的电阻抗(R
ss
)并减少电池单元的R
ss
在多次充电循环中的增长。在实施方案中，电解质包含溶剂和稀释剂的组合，该组合允许电解质保持高浓度的锂离子，而基本上不会增加电解质粘度，这种粘度的增加会减慢锂离子通过电解质的传输。溶剂和稀释剂的该组合还减少了电解质中可引发副反应并导致电池单元膨胀的游离溶剂的量。在进一步的实施方案中，电解质包含含磷添加剂，与不用该添加剂配制的电解质相比，该含磷添加剂使电解质在更多的充电循环中保持稳定。这些和其他实施方案，以及其许多优点和特征，结合以下描述和附图以更详细地描述。
附图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于含锂电池单元的电解质，所述电解质包含：溶剂，所述溶剂包括至少一种不含碳酸酯的酯化合物；一种或多种锂盐，其中，所述锂盐在所述电解质中具有大于或约2摩尔/升的浓度；和稀释剂，所述稀释剂包括氟化有机化合物。2.根据权利要求1所述的电解质，其中，所述一种或多种锂盐的特征在于在所述溶剂中的过饱和浓度。3.根据权利要求1所述的电解质，其中，所述至少一种不含碳酸酯的酯化合物包括丙酸烷基酯和丁酸烷基酯中的至少一者。4.根据权利要求3所述的电解质，其中，所述丙酸烷基酯包括丙酸乙酯、丙酸丙酯或丙酸丁酯，并且其中，所述丁酸烷基酯包括丁酸乙酯、丁酸丙酯或丁酸丁酯。5.根据权利要求1所述的电解质，其中，所述一种或多种锂盐包括以下各项中的一者或多者：LiPF6、LiAsF6、LiBF4、LiSbF6、LiAlCl4、LiClO4、LiBrO4、LiIO4、LiCF3SO3、LiC4F9SO3、LiCF3COO、LiN(CF3CO)2、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)、LiC(CF3SO2)3、LiN(SO2F)2、LiPF4(CF3)、LiPF4(C2F5)、LiPF4(CF3SO2)2、LiPF4(C2F5SO2)2和LiBF2(C2F5SO2)2。6.根据权利要求1所述的电解质，其中，所述电解质的特征在于在23℃下粘度小于或约20cP。7.根据权利要求1所述的电解质，其中，所述稀释剂占所述电解质的体积百分比大于或约10vol.％。8.根据权利要求1所述的电解质，其中，所述电解质还包含含磷添加剂，所述含磷添加剂占所述电解质的重量百分比小于或约2wt.％。9.根据权利要求8所述的电解质，其中，所述含磷添加剂具有下式：10.一种用于含锂电池单元的电解质，所述电解质包含：溶剂，所述溶剂包括至少一种不含碳酸酯的酯化合物；一种或多种锂盐，其中，所述锂盐在所述电解质中具有大于或约2摩尔/升的浓度；稀释剂，所述稀释剂包括氟化有机化合物；和含磷添加剂，所述含磷添加剂占所述电解质的重量百分比小于或约2wt.％，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：申又澈，尹相荣，赵宪玖，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：