[发明专利]电解质制剂

说明书

本发明公开了包括硅基阳极和电解质的电化学电池，其中所述电解质被配制成含有具有环状砜或环状亚硫酸酯化学结构的溶剂。特定的另外的溶剂和盐组合在这些电化学电池中产生优异性能。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年6月22日提交的名称为″电解质制剂(ElectrolyteFormulations)″的美国临时申请号62/183,118的优先权。本申请要求该申请的优先权及益处，并且该美国临时申请以其整体通过引用结合到本文中。

关于联邦资助的研究或发展的声明

本发明是以美国能源部授予的DOE EE0006453在政府支持下完成的。政府在本发明具有某些权利。

技术领域

本发明属于电池技术领域，并且更特别地，解决在锂离子电池组(也称作锂离子电池)中使用硅阳极(也称作负极(anode))期间遇到的难题的电解质制剂。

背景技术

锂离子电池组享有相对广泛的使用，而改善这些电池组的能量密度、容量和循环寿命的研究仍在继续。例如，硅已被用作阳极材料以改善锂离子电池的能量密度。由于硅的高理论容量(为4200mAh/g)，所以硅阳极可以对锂离子电池组提供高能量密度。然而，构成阳极的硅粒子在电池组循环期间在其体积方面可能经历巨大的变化。在锂嵌入和锂脱嵌循环时的体积变化可以大到约300％。

这些硅阳极材料的大的体积变化可能会对电池组循环寿命具有负面影响。多个机制可能会导致差的循环寿命。例如，归因于循环期间体积的大幅变化所带来的材料中的大应力，硅粒子可能会断裂。这些断裂可能会产生不再有利于循环期间的容量的电隔离的粒子片段。即使当硅粒子不完全断裂时，阳极材料中的大应力也可能会造成粒子的破裂和粒子表面的层离。这些破裂和层离可能会造成活性材料的一些部分电隔离并且不能有利于循环期间的容量。

作为失效机制的另一个实例，在硅阳极粒子的表面上形成的固体电解质相界面(SEI)趋于不是力学稳固的。结果造成这种在粒子上的薄SEI层的破裂和层离。因此，在每次循环时必需形成更多的SEI以代替裂化或层离的SEI。但是这是这不理想，因为不可逆地形成SEI消耗了电池组容量并且产生了气体产物。通常，SEI应当在最初循环时形成并且不应当需要重新形成。

因此，对于这样的用于锂离子电池组中的硅阳极的电解质制剂存在需要，其通过形成更加力学稳固的SEI而改善循环寿命。这些和其他难题可以通过本文中所述的本发明的某些实施方案得到解决。

发明内容

本发明的实施方案是能够在硅阳极上形成相对更加稳固的SEI膜的用于电解质制剂的溶剂和溶剂掺混物。在这些实施方案中的SEI膜看起来更加稳固，部分地因为含有这些材料的电池组比没有这样的溶剂掺混物的相当电池组具有更高的库伦效率和更长的循环寿命。

本发明的实施方案包括利用本文中公开的溶剂和溶剂掺混物制备这样的电解质制剂的方法、组装包括这样的利用本文中公开的溶剂和溶剂掺混物的电解质的电池组的方法以及包括这样的利用本文中公开的溶剂和溶剂掺混物的电解质的电池组。

附图说明

图1示出了相比于对照制剂，多种砜基制剂和亚硫酸酯基制剂的容量保持率测试的结果。

图2示出了各自具有根据本发明某些实施方案的电解质制剂的含有硅阳极和石墨阳极的电池(cell)的电化学表征。

具体实施方式

以下定义适用于根据本发明的一些实施方案描述的一些方面。这些定义同样可以扩大到本文中。每个术语在整个说明书、附图和实施例中得到了进一步解释和举例。在本说明书中的术语的任何解释应该考虑在本文中提出的全部描述、附图和实施例。

除非上下文清楚地另外指出，否则单数术语“一个”、“一种”、和“所述”包括复数。因此，例如，一个对象的提及可以包括多个对象，除非上下文清楚地另外指出。