[发明专利]用于高电压和宽温度锂离子电池单元的电解质配制液

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年6月6日提交的申请号为61/656419、名称为“用于高电压和宽温度锂离子电池单元”美国临时申请的在先权利，该申请以引用的方式整体合并在本申请中。

背景技术

以式xLiMO2·(1-x)Li2MnO3、其中LiMO2中的M包括一种或多种Ni、Mn、Co或任意过渡金属作为代表的层状锂金属氧化物阴极材料，由于它们在高电压下操作时具有高的比容量特性，被认为是有前途的锂离子电池材料。相比于通常在相对于Li+/Li°低于4.3V(也即相对于锂金属电极Li+/Li°测量出的)的电压下操作的传统层状金属氧化物而言，此类阴极材料能达到比容量在170-250mAh/g的范围以内；这高于传统层状金属氧化物13-70％。然而，由于与电解质溶剂的反应性，该层状阴极材料的循环性能和速率能力会打折扣，导致高的表面和体积阻抗。因此，就产生了对能够保护阴极表面从而阻止对电池单元性能产生不利作用的电极-电解质反应的含有添加剂的电解质配制液的需求。

电压大于4.3V的锂离子电池单元的性能高度依赖于电解质的稳定性。由于电解质中的主要溶剂是环状和直链的碳酸酯，它们与阴极表面的氧化反应会导致不可逆的损失和严重的容量衰减。此类反应通常或者通过用能够被氟化的更稳定的溶剂来取代原有溶剂来进行抑制，或者通过使用能够在氧化的电极表面形成保护层的添加剂来进行抑制。

发明内容

在第一方面，提供一种电化学电池单元。该电池单元包括正电极、负电极和电解质。正电极包括稳定化的锂金属氧化物材料，锂金属氧化物材料包括一种或多种过渡金属离子。电解质通过混合包括溶剂、锂盐和磺酸内酯的配料而制得。

在第二方面，提供一种电化学电池单元。该电池单元包括正电极、负电极和电解质。正电极包括以式LiMO2表示的材料，其中M包括一种或多种过渡金属离子。电解质通过混合包括溶剂、锂盐和磺酸内酯的配料而制得。

定义

除非上下文另有明确指示，这里的术语“一”意在涵盖单数形式和复数形式。例如，术语“一种锂金属氧化物”可包括一种或多种此类氧化物。

这里的术语“大致”和“大约”以及类似术语意在表达具有在本公开内容的主题所属的领域中通常和可接受的用法相一致的宽泛含义。

术语“离子”，当指元素的离子时，表示与具体环境相关的元素的不同氧化状态。例如，元素锰的离子或“Mn离子”可以是盐例如LiMnO2中的三价Mn，也称作Mn(lll)，或者可以是盐例如Li2MnO3中的四价Mn，也称作Mn(IV)。

应该理解的是，本文中用来描述不同实施方式的术语“示例”意在表示此类实施方式是可能实施方式的实例、代表和/或展示(并且此术语并无意表示此类实施方式一定是特别的或最佳的示例)。

附图说明

参见后面的附图和描述能够更好地理解本发明。附图中的部件并不是必须按比例的，相反重点在于图示本发明的原理。

图1示出了包括LiMO2·Li2MnO3的电极的电压轮廓，其中在基础电解质中含有1wt％的丙磺酸内酯作为电解质添加剂，该基础电解质是通过在1:1(体积/体积)的碳酸乙酯和碳酸甲乙酯中溶解1M的LiPF6而制得的。

图2示出了在半电池单元中包含LiMO2·Li2MnO3的电极的循环性能。示出了两种电解质：基础电解质(◆)和含有1wt％丙磺酸内酯(▲)的基础电解质的比较结果。该电池单元在23℃下和在电压窗口为2-4.6V范围内以0.2C速率进行循环。

图3示出了具有石墨/LiMO2·Li2MnO3电极对的全电池单元的循环性能。该电池单元在23℃下以不同的充电/放电速率进行循环。

图4示出了具有石墨/LiMO2·Li2MnO3对的全电池单元的循环性能。该电池单元在23℃(◆)下和55℃(■)下以1C/1C(充电/放电)速率进行循环。

图5示出了具有石墨/LiMO2·Li2MnO3对和不同的电解质配制液的全电池单元的循环性能。该电池单元在55℃下以1C/1C(充电/放电)速率进行循环，电解质含有1wt％丙磺酸内酯(◆)，或者含有1wt％丙磺酸内酯和0.5wt％的LiTFSl(■)。

图6示出了具有石墨/NMC电极对和包含VC,LiBOB和PS作为添加剂的电解质配制液的全电池在30℃下以1C/1C(充电/放电)速率的循环性能。电压窗口是3-4.3V。

图7是示例锂离子电池的截面视图。

具体实施方式