[发明专利]包含非水有机溶剂四元混合物的用于锂电池的液体电解质

说明书

技术领域

本发明涉及包含溶解在非水有机溶剂四元混合物中的锂盐的用于锂电池的液体电解质。

背景技术

大体上，本发明的技术领域可定义为电解质配方和更确切地定义为其中涉及离子传导机理的液体电解质即包含液体溶剂和溶质例如传导盐的溶液的配方。

锂电池通常是由在包装中的电化学单元电池(cell)或电化学单元电池组(stack)形成的。各个电化学单元电池由被电解质隔开的正极和负极形成。

存在两类锂电池：

-一次电池或金属锂电池，其中负极由金属锂构成，和

-二次电池，其中锂保持离子状态并且其基于锂在正极和负极活性材料中的插入或抽出(或者嵌入-脱嵌)原理运行。

锂电池常规地包括确保锂电池外部电路中的电子流动和因此的电子传导的集流体。

常规的锂电池进一步包括布置在正极和负极之间的被液体电解质所浸渍的隔板。隔板通过防止正极与负极接触而防止任何短路。

目前的锂电池中使用的电解质为由其中溶解有锂盐的非水有机溶剂(大多数情况下，碳酸酯)的混合物形成的液体电解质。

就锂电池的性能而言，所用电解质的配方起到必要作用，特别是当锂电池在非常低或非常高的温度下使用时。电解质的电导率特别地制约锂电池的性能，因为其作用于在正极和负极之间的电解质中的锂离子的迁移率。

在锂电池中使用的电解质类型的选择中，还应考虑其它参数。这些特别是其在电池中的热、化学和电化学稳定性以及经济、安全和环境友好标准(特别包括液体电解质的毒性)。

目前，锂电池电解质在常规地-10℃至50℃的小的温度范围内运行而不被破坏。在该温度范围之外，电解质受到损害并且导致锂电池性能的显著恶化。

已经描述了许多意图扩展锂电池的运行范围(特别是通过改进电解质的配方)的成果。

由此已经表明，例如单酯、二酯或者碳酸酯的溶剂的使用显著地改善锂电池在高温或低温下的性能。

以下所示的表列出了锂电池中使用的主要溶剂以及它们的物理和化学性质。

该表中所列出的数据源自于特别来自如下出版物的文献：A.Collin,Solid State Ionics,134,159(2000)；Hayashi1999:K.Hayashi,Y.Nemoto,S.-I.Tobishima,J.-I.Yamachi,Electrochimica Acta,44,2337(1999)；Smart1999:M.C.Smart,B.V.Ratnakumar,S.Surampudi,J.Electrochem.Soc.,146(2),486(1999)和Xu2004:K.Xu,Chem.Rev.,104,4303(2004)。

在25℃下溶剂的物理和化学性质，M：摩尔质量，单位g.mol^-1，T_m：熔融温度，T_b：沸腾温度，T_f：闪点温度，ε_r：相对介电常数，η：动态粘度；μ：偶极矩，ρ：密度。

若干现有技术文献提出了由其中溶解有锂盐的有机溶剂混合物组成的电解质。

特别地，文献EP-A-980108描述了在低温下运行的电解质，其具有由仅包含碳酸酯溶剂的四元混合物特别是混合物EC/DMC/EMC/DEC形成的基础物。该电解质在锂电池中的使用使得其能够在低于-20℃的温度下使用，同时在环境温度下保持良好性能。

此外，目前在市场上可找到用于一次锂电池、特别是适合于由化学式MnO₂的二氧化锰制成的正极的液体电解质配方。例如，由NOVOLYTE或SAFT或MERCK以商品名LP40出售的液体电解质由溶解在分别为1/1的体积比的非水有机溶剂EC/DEC二元混合物中的1mol.L^-1浓度的锂盐LiPF₆构成。

发明内容

本发明的目的是提出在宽的温度范围内热稳定的新型液体电解质以及其在锂电池中的用途。本发明的目的特别地是提供在高温和低温下均具有高的离子电导率并且适合于一次电池和二次电池两者的新型液体电解质。

本发明的进一步目的是提供能够在宽的温度范围内特别是在等于或低于-20℃和大于或等于55℃的温度下激活(activate)和保持锂电池的电化学性质的液体电解质。

该目的趋向于通过所附权利要求实现。

附图说明