可再充电锂离子电池中电解质的添加剂制造技术

本发明专利技术涉及一种减小可再充电锂电池在充电和放电时的电容量损失的方法，包括：(i)将酯化脂肪族二元羧酸加入至电池中的无水电解质，所述电解质包含一种有机溶剂和一种导电盐。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种减少可再充电锂离子电池在充放电循环中的容量损失的方法，其中将有机酯加入到电池的电解质中。进一步地，本专利技术的主题涉及电池的电解质和包含所述电解质的电池。
技术介绍
二次电池，特别是锂离子二次电池，由于其高能量密度和高容量而作为用于便携式信息设备的能量存储器。这种电池还可以用于工具、电动车辆和混合驱动车辆。在电容量和能量密度方面对这类电池有较高要求。这类电池应特别在充电/放电的循环中保持稳定，即保持尽可能小的电容量损失。总所周知，二次电池，例如可再充电的锂离子电池，在充电/放电循环中会出现电容量降低或内阻抗增加。根据可信理论，可由电池中电解质沉积在电极上而形成的覆盖层 (SEI (固态电解质界面))导致了这样的电容量降低。这种覆盖层增加了电池的内阻抗，导致电容量降低。DE 10 2006 025 471 Al提出在电解质中加入硅化合物以阻止所述覆盖层的形成。用于稳定的目的，还提出额外地使用无环的单羧酸酯化合物，如甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、醋酸仲丁酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯和丙酸乙酯。DE 10 2006 055 770 Al提出通过将含有二(草酸)硼酸锂的电解质溶解于合适的溶剂中来增加稳定性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，减少可再充电锂离子电池在充放电循环中的电容量损失，而不使用上述提及的现有技术中的化合物。为解决在可再充电锂离子电池充/放电时减少电容量损失的这一问题，一种或多种酯化脂肪族二元羧酸被加入到 电池的电解质中。因此，本专利技术的主题涉及一种减少可再充电锂离子电池在充/放电中的电容量损失的方法，包括步骤⑴(i)将酯化脂肪族二元羧酸加入至电池中的无水电解质，所述电解质包含至少一种有机溶剂和一种导电盐。本专利技术的另一主题还涉及一种用于可再充电锂离子电池的包含至少一种酯化脂肪族二元羧酸的电解质，以及一种含有上述电解质的可再充电锂离子电池。术语“锂离子电池”包含诸如“锂离子二次电池”、“锂电池”、“锂离子蓄电池”和“锂离子电池单元”的概念。这表示术语“锂离子电池”被用作上述常用现有术语的统称。根据本专利技术，将脂肪二元羧酸加入到电解质中减少了充电和放电循环过程中的电容量损失。术语“加入”与术语例如“添加”、“混合”和“注入”含义相同。电容量的损失在首次充/放电循环期间特别明显，因为在此循环过程中在电极上形成了上述覆盖层。在一个实施方案中，本专利技术的方法的特点是，在首次充电和放电以及第二次充电和放电之后减少电容量损失。电池的电容量损失是不可逆转的，其可通过测定电池在首次充电和放电之后的电容量，以及电池在第二次充电和放电之后的电容量而被确定。技术人员已知合适的方法。在所述方法一个实施方案中，电容量损失可以表达为电容量损失百分比， (Q1-Q2)^lOO0VQ1,其中Q1为首次充电和放电之后的电容量，Q2为第二次充电后的电容量。 对于后续每次循环，可以类似地确定相应的电容量损失。在一个实施方案中，选用酯化二羧酸，从而当酯化二羧酸加入到电解质中，电池工作中，其电容量的损失比电解质中不含有酯化二羧酸的电池工作时的电容量损失低。优选地，选用酯化二羧酸，从而电池的不可逆电容量损失是不含酯化二羧酸的电池在工作时的不可逆电容量损失的至多90%，优选90%，更优选至多85%。即使对所述电容量损失的改良表面上显得微小，比如1_5%，但也认为是显著的进止 /J/ O因为电容量损失通常与电池内阻抗的增加成正比，电容量损失也可以间接地通过测定内阻抗的增加来表达。电容量损失也可以通过充/放电时电池上施加的电压或可提取的电流来表达。术语“减少电容量损失的方法”与术语“减少内阻抗增加的方法” 、“减少电压损失的方法”和“减少电流损失的方法”具有相同的含义。因此，在一个实施方案中，也可以测定电池的电压损失，从而替代测定电容量损失。在本专利技术的方法的一个实施方案中，电容量损失被表达为电压损失，(U1-^*100%/^，其中U1是首次充电和放电之后的电压，U2是第二次充电后的电压。对于后续每一次循环，都可以相应地确定电压损失。在本专利技术的方法的一个实施方案中，选用酯化脂肪族二元羧酸，使得被表达为 (U1-U2)^lOO0VU1的电压损失小于10%，其中U1是首次充电和放电之后的电压，U2是第二次充电后的电压。在本专利技术方法的另一个实施方案中，选用酯化脂肪族二元羧酸，使得被表达为 (U1-U2)^lOO0VU1的电压损失小于5%，其中U1是首次充电和放电之后的电压，U2是第二次充电后的电压。在本专利技术的方法的另一个实施方案中，选用酯化脂肪族二元羧酸，使得被表达为 (U1-U2)^lOO0VU1的电压损失小于1%，其中U1是首次充电和放电之后的电压，U2是第二次充电后的电压。电容量损失尤其可由于锂离子电池的电解质中酯化脂肪族二元酸的加入而被抵消，所述酯化脂肪族二元羧酸具有R1-OOC-(CH2)x-COO-R2的结构，其中X是0_12之间的偶数，并且R1和R2是支链或非支链的烷基，各自独立地含有1-8个碳原子。本专利技术所用的酯是本领域技术人员商业上可获得的和/或通过传统方法可制备的,例如通过相应的醇来酯化二羧酸。可以用对称的酯，即具有相同醇组分的酯。在该实施方案中，RJPR2是相同的。也可以用不对称的酯。这类酯具有不同的酯组分，即R1和R2是不同的。可以采用单一的酯，也可以采用两种或多种酯的混合物。在一个实施方案中，所述酯为二羧酸酯，如草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、 庚二酸、壬二酸、辛二酸或癸二酸。在一个实施方案中，己二酸酯用作为二羧酸酯。可以采用现有技术中公知的己二酸酯，即己二酸二甲酯、己二酸二乙酯、己二酸二丙酯、己二酸二丁酯、己二酸二戊酯或己二酸二己酯。上述化合物在现有技术中用作增塑剂，而在本专利技术中被用于减少可再充电锂离子电池在充/放电过程中的电容量损失。例如，DE 699 04 932 T2公开了一种用于制备用在电化学电池中的隔膜或电极的增塑剂。这种增塑剂被用于形成多孔聚合物结构。其公开了己二酸二甲酯、己二酸二乙酯、 己二酸二丙酯、己二酸二丁酯和己二酸二辛酯是合适的增塑剂。琥珀酸二甲酯、辛二酸二甲酯和癸二酸二甲酯也同样适用。增塑剂在激活电化学电池之前被去除，例如采用萃取的方式。DE 699 11 751 T2公开了一种层压形式的可再充电电池结构。利用一种具有至多六个碳原子的醇组分的己二酸酯形成所述结构。在形成所述结构的过程中使用己二酸二甲酯、己二酸二乙酯、己二酸二丙酯、己二酸二丁酯、己二酸二戊酯或己二酸二己酯作为增塑剂。该文献的实施例中公开了己二酸二甲酯(DMA)被从电池结构 移除，也能够在电池的电解质中保留5-20wt%的含量。实施例1和II显示了，含有DMA的电池结构比不含有DMA的结构在首次循环之后具有更大的初始损失。因此，总而言之，DE’751给出了在激活电池之前去除增塑剂(酯)的启示。本专利技术的一个实施方案中使用醇组分中含有I到6个碳原子的非支链烷基的己二酸。在该实施方案中，x=4,且R1和R2是相同的，且为甲基、乙基、丙基、丁基、戍基或己基。在另Iv实施方案中，x=4,且R1和R2是相同的，且为乙基、丙基、丁基、戍基或己基。在另一个实施方案中，使用醇组分中含有3到6个碳原子的支链烷基的己二酸。另一个实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.05.19 DE 102010020992.91.一种减小可再充电锂电池在充电和放电过程中的电容量损失的方法，包括(i)将酯化脂肪族二元羧酸加入至电池中的无水电解质，所述电解质包含至少一种有机溶剂和一种导电盐。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酯化脂肪族二元羧酸的结构式为 R1-OOC-(CH2)x-COO-R2，其中，X为0_12之间的偶数，R1和R2为非支链或支链的烷基并各自独立地含有1-8个碳原子。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，R1和R2是相同的。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，1=4，且&和1 2为乙基、丙基、丁基、戊基或己基。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述酯化脂肪族二元羧酸为己二酸二乙酯或己二酸二丁酯。6.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，x=5，且所述酯化脂肪族二元羧酸选自庚二酸二甲酯、庚二酸二乙酯、庚二酸二丙酯、庚二酸二丁酯、庚二酸二戊酯或庚二酸二己酯；或x=6，且酯化脂肪族二元羧酸选自辛二酸二甲酯、辛二酸二乙酯、辛二酸二丙酯、辛二酸二丁酯、辛二酸二戊酯或辛二酸二己酯；或x=7，且酯化脂肪族二元羧酸选自壬二酸二甲酯、壬二酸二乙酯、壬二酸二丙酯、壬二酸二丁酯、壬二酸二戊酯或壬二酸二己酯；或x=8，且酯化脂肪族二元羧酸选自癸二酸二甲酯、癸二酸二乙酯、癸二酸二丙酯、癸二酸二丁酯、癸二酸二戊酯或癸二酸二己酯。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，酯化脂肪族二元羧酸被加入到电解质中的用量为相对于有机溶剂和酯化脂肪族二元羧酸总重量的O. l-20wt%,或者酯化脂肪族二元羧酸被加入到电解质中的用量为O. 5-5wt%，或者酯化脂肪族二元羧酸被加入到电解质中的用量为l_4wt%。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，导电盐选自六氟磷酸锂、六氟砷酸锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂、三氟甲烷磺酰锂、三(三氟甲基磺酰)甲基锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、四氯铝酸锂、氯化锂、双草酸硼酸锂、或它们的混合物。9.根据前述权利要求中...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾特尔·伊承尔，
申请(专利权)人：锂电池科技有限公司，
类型：
国别省市：