[发明专利]无成膜剂的电解质分隔物系统及其在电化学能量储存中的应用

说明书

本发明涉及电解质分隔物系统及其在电化学能量储存系统中的应用。

锂离子电池组是具有非常高能量密度(高达180Wh/kg)的电化学能量储存系统。特别是在便携式电子设备的领域中，例如在便携式电脑、便携式摄像机、手持式设备或移动电话(所谓手机)中使用这些锂离子电池组。其中，负极材料特别包括石墨碳、导电炭黑和合适的粘合剂材料。使用此“石墨电极”是由于其与(在所谓的“锂金属电池”中使用的)锂金属相比稳定的循环性能及非常高的操作安全性，尽管石墨碳具有相对Li/Li⁺为100-200mV的非常低的电位。在锂离子电池组充电的过程中，将锂离子引入到石墨碳中，其中锂离子在此通过接收电子而被还原。在放电的过程中，逆转此过程。通常，使用具有相对Li/Li⁺为3.8-4.2V的高电位的锂过渡金属氧化物，例如LiCoO₂、LiNiO₂或LiMn_xNi_yCo_1-x-yO₂作为正极材料。

锂离子电池组的高能量密度是可以高达4V的电极组合的高电位差的结果。这样高的电位差对使用的电解质材料提出了高的要求；例如，使用极性液体与锂盐的组合作为电解质，其中锂盐充当传导离子。在锂离子电池组的给定条件下，通常现有技术的电解质不是长期稳定的，这是因为电解质液体和锂的导电盐在负极都可以被还原。锂离子电池组技术上的耐久性是由于以下情况，即在于负极还原的过程中，常规电解质的重要组分，例如碳酸亚乙酯在石墨的表面上形成不溶于电解质(“固体电解质界面”或“SEI”)的膜，此膜允许离子传导但阻止电解质进一步还原。为了提高电导率，通常，在室温下为固体的碳酸亚乙酯与低粘度溶剂，例如碳酸二甲酯(DMC)或碳酸乙甲酯(EMC)以混合物的形式使用。这些低粘度添加剂使电解质在高温下易挥发且易燃。成膜剂和添加剂的混合物无助于电化学能量转化，但会占锂离子电池组电解质质量可观的部分。(“Primre und wiederaufladbare Lithiumbatterien”[锂原电池和可再充锂电池]，Script zum Praktikum Anorganisch-Chemische Technologie，TU Graz，2003年2月，第9，27页)。

Blomgren等人描述了在锂离子电池组中使用离子液体作为电解质材料(A.Webber，G.E.Blomgren，Advances in Lithium-Ion Batteries(2002)，185-232；G.E.Blomgren，J.Power Sources 2003，119-121，326-329)。

Covalent Associates在WO 01/093363中描述了一种由具有有机阳离子的盐或离子液体和有机溶剂、丙烯酸酯或氟聚合物以及导电盐组成的不易燃电解质。

在JP 2002373704中，Yuasa Corp.描述了由咪唑盐(Imidazolium)、锂盐和具有π键的环酯组成的非水电解质。

Mitsubishi Chemicals Industries Ltd.在JP 11307121中描述了一种由基于季咪唑或吡啶离子的离子液体和1-130％体积有机环状化合物组成的电解质。