[发明专利]作为锂离子电池中电解质用添加剂的马来腈衍生物

说明书

本发明涉及一种电解质组合物(A)，其包含：

(i)至少一种非质子有机溶剂；

(ii)至少一种导电盐；

(iii)至少一种式(I)化合物：

其中

X¹、X²、A¹和A²在下文定义；以及

(iv)任选至少一种其他添加剂。

本发明进一步涉及式(I)化合物作为电化学电池中电解质用添加剂的用途以及包含上述电解质组合物(A)、至少一个包含至少一种阴极活性材料的阴极(B)和至少一个包含至少一种阳极活性材料的阳极(C)的电化学电池。

储存电能仍是兴趣渐增的主题。有效储存电能将允许有利时产生电能且需要时使用。

蓄电池如铅蓄电池和镍镉蓄电池已知几十年。然而，已知的铅蓄电池和镍镉蓄电池具有如下缺点：较低的能量密度，记忆效应，其降低铅蓄电池和镍镉蓄电池的再充电能力及由此使用寿命。

通常也称为锂离子电池的锂离子蓄电池作为替代物使用。与基于铅或较贵重金属的蓄电池相比，它们提供更高的能量密度。

因为许多锂离子电池利用金属锂或呈0氧化态的锂或作为中间体得到它而为水敏性的。此外，所用导电盐如LiFP₆在长期操作期间为水敏性的。因此，水不为锂离子电池中使用的锂盐的可用溶剂。而有机碳酸酯、醚、酯和离子液体作为极性充分的溶剂使用。一般而言，大部分现有技术锂离子电池不包含单独溶剂，而是包含不同有机非质子溶剂的溶剂混合物。在锂离子电池的充电和放电过程中在不同电池电位下发生各种反应。已知在锂离子电池的第一次充电过程中通常在阳极上形成薄膜。该薄膜通常称为固体电解质界面(SEI)。该SEI对锂离子而言可透过且保护电解质以防与阳极直接接触，反之亦然。它通过电解质组合物的各组分如溶剂，例如碳酸酯、酯和醚以及导电盐在阳极表面上还原性分解而形成，尤其若阳极活性材料为含碳材料如石墨的话。一定量来自阴极的锂因形成该SEI而不可逆地消耗掉且不能补充。降低该不可逆消耗锂的量的一种可能性是加入容易通过还原在阳极上分解且因此在阳极表面形成薄膜的合适化合物。一种尤其合适的化合物是碳酸亚乙烯基酯，例如参见EP0683587B1和US6,413,678B1。碳酸亚乙烯基酯在锂离子电池中的石墨阳极上形成稳定SEI。

其他成膜添加剂是已知的，尤其是丙烯腈及其衍生物。Santner等，J.PowerSources，2003，119-121，第368-372报导了在碳酸亚丙酯中的丙烯腈在具有石墨阳极和LiMn₂O₄作为阴极活性材料的锂离子二次电池中作为成膜添加剂的用途。US2006/0194118A1公开了锂离子电池用电解质组合物，其含有至少一种能够与过渡金属形成螯合络合物且在约2.5-4.8V下稳定的第一添加剂。所述第一添加剂可尤其为1,2-二氰基乙烯或1,2-二氰基苯。JP2012195223A2公开了取代苄腈衍生物在锂离子电池用电解质中的用途。由EP2120279A1已知含有丙烯腈衍生物如甲基丙烯腈、2-呋喃甲腈、富马腈和四氰基乙烯的二次电池用电解溶液。US7,008,728B2描述了锂离子二次电池用电解质，其含有丙烯腈或其衍生物作为添加剂以在初次充电期间在负电极上形成有机SEI。US2004/0013946A1涉及锂离子电池用非水性电解溶液，其含有至少一种腈化合物如乙腈或1,2-二氰基苯和至少一种含S＝O基团的化合物。WO2012/029386A1公开了锂离子电池，其在电解质组合物中含有丙烯腈化合物如2-呋喃甲腈。由US2011/207000A1已知苄腈衍生物，尤其是氟代苄腈作为电化学电池用电解质中添加剂的用途。JP2003-086248A涉及二次电池用电解溶液，其含有具有与碳-碳不饱和键共轭的亲电子基团的化合物。这些化合物可尤其选自丙烯腈、甲基丙烯腈和2-氰基丙烯酸乙酯。

然而，对于提高二次电池的寿命仍存在需要，对于导致二次锂离子电池的延长寿命和循环稳定性的电解质添加剂仍存在需求。

本发明的目的是提供一种电解质组合物，其导致锂离子电池的改进寿命。本发明的另一目的是提供具有良好性能特性和长寿命的高能量密度和/或较高操作电压的锂离子电池。

该目的由一种电解质组合物(A)实现，其包含：

(i)至少一种非质子有机溶剂；

(ii)至少一种导电盐；

(iii)至少一种式(I)化合物：

其中