[发明专利]电解质添加剂

说明书

本申请要求于2010年9月30日提交的序列号为61/388,100的未决美国临时专利申请的权益，在此通过引用将其全部并入本文。

本发明涉及螺铵盐作为电解质添加剂在产生电流的电池，特别是在包括Li基阳极的产生电流的电池中的用途。此外，本发明涉及包括阴极、Li基阳极和至少一种电解质的产生电流的电池，其中所述电解质含有至少一种螺铵盐。

对具有高能量密度且长期可充电的产生电流的电池存在强烈需求。这类产生电流的电池用于便携式设备如笔记本或数码相机中，且未来将在储存由可再生能源所产生的电能中起重要作用。锂在所有化学元素中具有最高的负标准电势。因此，具有Li基阳极的产生电流的电池具有极高的电池电压和极高的理论容量。出于这些原因，Li非常适用于产生电流的电池中。将Li用于产生电流的电池中所导致的一个问题是Li(例如)对水和某些溶剂具有高反应性。由于其高反应性，Li与常用的液体电解质的接触可导致Li与电解质发生反应，由此使得Li不可逆地消耗。因此，产生电流的电池的长期稳定性受到不利影响。

取决于用于产生电流的电池阴极的材料，可能发生Li的其他不希望的反应。

例如，Li/S电池组的一个问题为在阴极处所形成的聚硫化物在电解质中具有良好的溶解性。所述聚硫化物可由阴极区扩散至阳极区。在此处，所述聚硫化物还原成固体沉淀物(Li₂S₂和/或Li₂S)，从而导致活性物质在阴极处损失，并因此降低Li/S电池组的容量。硫的利用率通常为阴极中所存在硫的约60%。

上述锂-硫(Li/S)电池组为具有所希望特性的可充电电池组。在Li/S电池组中，阳极活性物质为Li金属，且阴极活性物质为硫。在放电模式中，Li⁰离解为电子和溶于电解质中的Li⁺离子。该过程称为锂脱出。在阴极处，硫首先还原成聚硫化物如Li₂S₈、Li₂S₆、Li₂S₄和Li₂S₃。这些聚硫化物可溶于电解质中。在进一步还原后，形成沉淀的Li₂S₂和Li₂S。

在Li/S电池组的充电模式中，Li⁺离子在阳极处还原成Li⁰。Li⁺离子从电解质中移除并由此沉淀在阳极上。这称为锂镀敷。Li₂S₂和Li₂S在阴极处氧化成聚硫化物(如Li₂S₄、Li₂S₆和Li₂S₈)和硫(S₈)。

Li/S电池组的理论比能量比Li离子电池组高四倍，尤其是其重量能量密度(Wh/kg)比Li离子电池组高。这是其作为汽车用可充电能源的可能用途的重要性质。此外，用作Li/S电池组阴极中的主要材料的硫比Li离子电池组中所用的Li离子嵌入化合物更廉价。

US2008/0193835A1公开了用于锂/硫电化学电池的电解质，其包含一种或多种N-O化合物和非水性电解质。所述非水性电解质可选自无环醚、环醚和聚醚以及砜类，其可进一步包含离子型电解质锂盐以提高离子传导性。所述N-O化合物可选自例如无机硝酸盐、有机硝酸盐、无机亚硝酸盐、有机亚硝酸盐。添加N-O化合物提高了Li/S电化学电池的性能。

尽管存在已对Li电池组如Li/S电池组领域进行了长期且深入的研究这一事实，然而仍需要进一步改善这类电池组以获得能进行许多次充/放电循环而不使其容量过多损失的Li电池组。

根据本发明，该目的通过一种产生电流的电池，其包括：

(a)阴极，

(b)Li基阳极，和

(c)至少一种置于所述阴极和所述阳极之间的电解质，

其中所述至少一种电解质(c)含有至少一种螺铵盐，

以及螺铵盐作为产生电流的电池的电解质中，优选在产生电流的Li基电池的电解质中，特别是在包括Li基阳极的产生电流的电池电解质中的添加剂的用途而实现。

本发明的产生电流的电池包含含有至少一种螺铵盐的电解质。所述螺铵盐对电池的循环稳定性和性能具有有利影响。

下文将对本发明进行详细描述。