[发明专利]电解质、电池和形成钝化层的方法

说明书

本申请是在2005年12月15日提交的申请No.11/300287的部分延续。申请No.11/300287要求在2005年1月11日提交的临时申请No.60/642,815的优选权。在先申请的公开内容在此被引入作为参考。

关于联邦赞助的研究或开发的声明

按照Argonne National Laboratory和Air Products And Chemicals，Inc.之间的协议85N14，政府具有本发明的权利。

发明背景

锂和锂离子蓄电池(secondary battery)，由于元素锂的大的还原电势和低分子量，在功率密度方面相对于已有的原电池(primary

battery)和蓄电池技术提供了巨大的改进。锂蓄电池是包括金属锂作为负极的电池。锂离子蓄电池包含锂离子主体材料(host material)作为负极。“蓄电池”意思指用于多次充电和放电的具有最小容量衰减的蓄电池。锂阳离子的小尺寸和高迁移率提供了快速再充电的可能性。这些优点使得锂离子电池理想地用于可移动电子设备(例如手机和便携式计算机)。近来，更大尺寸的锂离子电池已经开发出来并且已经应用于汽车应用(包括混合动力电动车辆市场)的用途。

以下专利为代表性的锂电池和电化学电池：

美国4,201,839公开了基于含碱金属的阳极、固体阴极和电解质的电化学电池，其中电解质是在非质子溶剂中携带的闭合型硼烷化合物(closoborane compound)。

US5,849,432公开了用于基于具有路易斯酸特征的硼化合物(例如，硼与氧、卤原子和硫连接)的液体或橡胶状聚合物电解质溶液的电解质溶剂。

US6,346,351公开了用于可再充电蓄电池的二次电解质体系(secondary electrolyte systems)，该可再充电电池具有对基于盐和溶剂混合物的正极结构的高相容性。四氟硼酸锂和六氟磷酸锂是所述盐的实例。

US6,159,640公开了用于在电子设备(如移动式电话、便携式计算机、摄像机等等)中使用的锂电池的基于氟化氨基甲酸盐的电解质体系。

US6,537,697公开了使用非水性电解质的锂蓄电池，该电解质包含四(五氟苯基)硼酸锂作为电解质盐。

(D.Aurbach，A.Zaban，Y.Ein-Eli，I.Weissman，O.Chusid，B.Markovsky，M.Levi，E.Levi，A.Schechter，E.Granot)和(S.Mori，H.Asahina，H.Suzuki，A.Yonei，K.Yokoto)描述了通过在使用碳主体阳极材料的锂金属和锂离子蓄电池中电解质的还原产生的阳极钝化现象，和在锂离子电池应用中在石墨阳极的不可逆的容量损失的原因。一般而言，在电池充电期间，对于石墨碳，溶剂和盐的一些还原反应在石墨表面在低电势时发生。这形成了电极/电解质界面层，有时被称为固体电解质界面(SEI)层，在一些情况下它是稳定的并且防止进一步的容量损失，而在其它情况下是不稳定的。该层包括溶剂和盐分解产物。使用碳酸亚乙酯作为共溶剂中之一产生稳定的钝化层，而在没有碳酸亚乙酯的情况下使用高浓度的碳酸异丙烯酯由于石墨的剥离而引起显著的不可逆的容量损失。

US5626981描述了使用少量的碳酸亚乙烯酯以改善由碳酸亚乙酯(EC)和基于EC/碳酸异丙烯酯(PC)的含有标准电解质盐溶剂形成钝化层。用这种添加剂稍微地改善了最终的可逆容量。

US5571635公开了相对于多次充电/放电循环的高可逆容量在主要是碳酸异丙烯酯的溶剂体系中是不可获得的。碳酸异丙烯酯由于它的宽液相范围和高介电常数是所希望的溶剂，但它由于共嵌入/脱落反应产生了连续的容量衰减。该专利描述了使用碳酸氟乙烯酯作为与碳酸异丙烯酯的共溶剂，当与标准电解质盐(如LiPF₆、LiBF₄、二草酸硼酸锂(LiBOB)、LiCF₃SO₃等等)使用时，其反应在结晶形石墨上形成稳定的钝化膜。它描述了与碳酸亚乙酯/碳酸异丙烯酯溶剂混合物一起使用碳酸氯乙烯酯作为用于降低不可逆容量损失添加剂。

前面指出的专利和出版物的公开内容在此被引入作为参考。