[发明专利]用于高能阴极材料的电解质溶液及其使用方法

说明书

本发明描述的是用于电解质的材料，其在用于蓄电池内时提供许多适宜的特性，例如在蓄电池循环到高温期间的高稳定性、高电压、高放电容量、高库伦效率以及若干充电放电循环之后放电电容和库伦效率的优异保持率。在一些实施方案中，高压电解质包含基础电解质和添加剂化合物。

技术领域

本发明涉及蓄电池(battery)技术领域，更具体地，涉及与电化学电池中高能电极一起使用的添加剂化合物的领域。

背景技术

电解质用于传递离子和抑制蓄电池中电极之间的电接触。有机碳酸盐系电解质是锂离子(“Li-离子”)蓄电池中最常用的电解质，并且近年来，业已努力发展了新的基于砜、硅烷和腈的电解质类型。不幸的是，这些传统电解质典型地不能在高电压下运行，因为它们在高于4.3V或其它高电压下是不稳定的。高电压下，传统电解质能够分解，例如，通过在阴极材料的存在下催化氧化分解而产生不适宜的影响蓄电池性能和安全的产物。当电池充电时，通过电极的还原，传统电解质可能会退化。

如下面更详细描述的那样，溶剂、盐或添加剂已经被结合到电解质中而分解形成所谓的固体电解质界面(SEI)的保护膜。取决于精确的化学体系，这种保护膜可以由有机或无机锂盐、有机分子、低聚物或聚合物构成。通常，所述电解质的若干种组分涉及SEI(例如，锂盐、溶剂和添加剂)的形成。结果，取决于不同组分的分解速率，所述SEI可以更均质或更不均质。

在过去的研究中，已经报道了包含比如烯烃、呋喃、噻吩和吡咯之类的可聚合官能基团的有机化合物形成了锂离子蓄电池阴极上的SEI。参见例如Y.-S.Lee等人的Journalof Power Sources 196(2011)6997-7001。这些添加剂在电池充电过程中可能经过聚合反应而在电极上形成钝化膜。使用这些材料对电池性能的提高是很弱的。

进一步地，特定的有机聚合物也已经被用作锂离子蓄电池的主体(bulk)电解质溶剂，原因在于与例如有机碳酸盐之类的较小有机分子相比，聚合物基溶剂的化学稳定性通常更高。然而，由于不良的离子导电率，这样的体系的实际应用受到限制。

对于高能阴极材料，电解质的稳定性仍然是挑战性的。最近，对于用于电源的更高性能和高容量锂离子次级蓄电池的需求显著地增加。锂过渡金属氧化物，例如LiCoO₂(“LCO”)和LiNi_0.33Mn_0.33Co_0.33O₂(“NMC”)是用在商业化蓄电池中的现有的高能阴极材料。但仅有约50％的LCO或NMC阴极理论容量可以用于稳定的循环寿命。为了得到更高的容量，需要在更高的电压下，例如高达约4.7V的电压，运行含有这些高能材料的蓄电池。然而，约在4.3V之上，传统电解质退化，并且这导致明显的循环寿命的退化。进一步地，所述电解质在更高的电压下的分解可以产生气体(例如CO₂、O₂、乙烯、H₂)和酸性物质，这两者会损坏蓄电池。

如本文所公开的，包含能够在高电压(至少约4.3V)下与碳基阳极一起工作的阴极活性材料的高能锂离子次级蓄电池中存在这些挑战以及其他挑战。

发明内容

某些实施方案涉及包括阳极、阴极和电解质的蓄电池，所述电解质包括锂盐、非水性溶剂以及聚合物添加剂化合物或共聚物添加剂化合物。阴极材料可以是LCO材料。聚合物或共聚物可以包括至少一个腈、酰胺、或酯基团。

某些实施方案包括制造、使用和调试所使用蓄电池的方法。尤其是，所述方法包括在高电压下使用蓄电池。

还预期了本发明的其他方面和实施方案。前述总结和下面的详细描述不意味着将本发明限制到任何特定的实施方案，而仅仅是描述本发明的一些实施方案。

附图说明

图1所示为根据本发明的一个实施方案完成的锂离子蓄电池。