[发明专利]电解质组合物及其制备和使用方法

说明书

发明领域

本发明涉及适用于电池的电解质组合物，如锂离子电池。本发明还涉及制备和使用适用于电池的电解质组合物的方法。本发明更进一步涉及包含本文所述电解质组合物的制品(例如，电池)。

发明背景

美国专利号5,965,299(以后称为“‘299专利”)公开用表面改性的热解法二氧化硅作为组分用于“复合电解质”。‘299专利公开的复合电解质包含(i)具有从表面延伸的可聚合基团的热解法二氧化硅颗粒；(ii)可离解锂盐；和(iii)含有热解法二氧化硅颗粒和可离解锂盐的松散介质。热解法二氧化硅颗粒的可聚合基团在松散介质内可聚合成交联三维网络。参见，例如‘299专利的第3栏，第28-42行。

聚合物或胶凝电解质，如‘299专利的复合电解质，一般显示增加的电解质粘度，这导致电解质的离子扩散系数减小。相信所给电解质的增加粘度限制Li离子电池中生长的Li树枝晶体的大小，这导致电解质和Li电极之间降低的表面积作用和在Li/电解质界面减小的阻抗。

继续努力以开发提供至少一种以下益处的新电解质组合物：(1)通过电解质组合物的增加的离子扩散/电导率，并减小充电/放电循环和相对于循环的容量衰减之间的不可逆性，(2)电解质组合物内组分的稳定分散和均匀分布，和(3)容易配制(例如，形成电解质组合物的方法不需要处理步骤，如形成‘299专利的复合电解质所需的聚合步骤)。

发明概述

本发明涉及发现电解质组合物，所述组合物提供(1)优越的离子电导率，和充电/放电循环和相对于循环的容量衰减之间减小的不可逆性，(2)电解质组合物内组分的稳定分散和均匀分布，和(3)容易通过简单分散步骤制备。电解质组合物可用于多种用途，但特别用于电化学电池、电池和电容器。

因此，本发明涉及电解质组合物。在一个示例性实施方案中，电解质组合物包含官能化金属氧化物颗粒；至少一个离子对；和至少一种溶剂，其中官能化金属氧化物颗粒和至少一种离子各自独立地遍及至少一种溶剂分布。一般官能化金属氧化物颗粒和至少一个离子对各自独立均匀地遍及至少一种溶剂分布。

在另一个示例性实施方案中，电解质组合物包含官能化金属氧化物颗粒；至少一个离子对；和至少一种溶剂，其中官能化金属氧化物颗粒和至少一个离子对各自独立地遍及至少一种溶剂分布，官能化金属氧化物颗粒包含一个或多个共价结合到官能化金属氧化物颗粒的至少一部分外表面并从官能化金属氧化物颗粒的至少一部分外表面延伸的官能团，所述一个或多个官能团包含：

-M(R)_x(R′)_y

其中M包括金属或类金属；各R独立包括(i)支链或非支链、经取代或未取代的烷基，(ii)支链或非支链、经取代或未取代的烯基，或(iii)经取代或未取代的芳基；各R′独立包括(i)氢，(ii)支链或非支链、经取代或未取代的烷基，(iii)支链或非支链、经取代或未取代的烯基，或(iv)经取代或未取代的芳基；x＝0、1、2或3；y＝0、1、2或3；并且(x+y)＝1、2或3。在一个实施方案中，有机取代基通过M-O键连接到金属氧化物颗粒。

在另一个示例性实施方案中，本发明涉及一种电解质组合物，所述电解质组合物包含官能化金属氧化物颗粒；和至少一种溶剂，其中在所述官能化金属氧化物颗粒以基于电解质组合物重量至少约10％重量的量存在时，所述电解质组合物为非弹性。

在另一个示例性实施方案中，本发明涉及一种电解质组合物，所述电解质组合物包含官能化金属氧化物颗粒；和至少一种溶剂，其中电解质组合物为分散体形式。

在另一个示例性实施方案中，本发明涉及一种电解质组合物，所述电解质组合物包含官能化金属氧化物颗粒；和至少一种溶剂，其中金属氧化物颗粒捕集电解质中的杂质。这改善某些装置中电解质的性能，如电池。

在另一个示例性实施方案中，本发明涉及一种电解质组合物，所述电解质组合物包含官能化金属氧化物颗粒；和至少一种溶剂，其中官能化金属氧化物颗粒以基于电解质组合物重量约2％或更小的量存在。

在另一个示例性实施方案中，本发明涉及一种电解质组合物，所述电解质组合物包含官能化金属氧化物颗粒；至少一种溶剂；和至少一种清除剂。

本发明还涉及制备电解质组合物的方法。在一个示例性实施方案中，制备电解质组合物的方法包括使官能化金属氧化物颗粒和至少一个离子对遍布至少一种溶剂分散。制备本发明的电解质组合物的方法在分散步骤后不需要一个或多个任何其它步骤形成所给电解质组合物，例如聚合步骤和/或加热或冷却步骤。