[发明专利]含有甲基-2-甲基-1,3-二氧戊环-2-羧酸甲酯的电解质组分及含有该电解质组分的电化学电池

说明书

一种电解质组分，包括：(i)至少一种有机非质子溶剂；(ii)至少一种导电盐；(iii)甲基‑2‑甲基‑1,3‑二氧戊环‑2‑羧酸甲酯；和(iv)可选地一种或多种添加剂。

技术领域

本发明涉及一种含有甲基-2-甲基-1,3-二氧戊环-2-羧酸甲酯的电解质组分，其在电化学电池的电解质组分中的应用及含有该电解质组分的电化学电池。

背景技术

电能储存依然是一项关注度越来越高的主题。电能的有效储存能够使得在其有利时可以发电，当需要时可以使用。二次电化学电池由于具备化学能和电能可逆转换(可充性(rechargeability))的能力，其非常符合这个目的。二次锂电池由于锂离子的原子量小和锂离子的电离能大，能提供高能量密度，因此，二次锂电池在电能储存上获得了特别的关注。并作为电源广泛地用于许多诸如手机、笔记本电脑、迷你照相机等便携式电子设备中。

在二次锂电池中，诸如锂离子电池有机碳酸酯、醚、酯和离子液体被充分用作极性溶剂。本领域中大部分锂离子电池通常含有不止一种溶剂，而是不同有机非质子溶剂的溶剂混合物。常见的溶剂组合物为环状有机碳酸酯和脂肪有机碳酸酯的混合物。环状碳酸酯具有高介电常数，能为用于电解质组分中的导电盐提供高溶解度。脂肪碳酸酯粘度相对较低，加入电解质组分中用于降低粘度及根据其他成分降低电解质组分的熔点。最常用的环状碳酸酯为碳酸亚乙酯和碳酸丙烯酯。碳酸亚乙酯的熔点约为+36℃，因此它在低温下的应用被限制了。碳酸亚乙酯仅能用于含有相对大量如脂肪碳酸酯的低分子有机溶剂的组分中。因为脂肪碳酸酯易燃性相对较高，因此大量脂肪碳酸酯不太好。碳酸丙烯酯的熔点约为-45℃，其在低温下应用非常理想，但其难以与在二次锂离子电池中常用的阳极活性材料石墨合用。碳酸丙烯酯会嵌入用作阳极活性材料的石墨中，从而通过剥落损坏石墨。

在锂离子电池充放电过程中，在不同的电池电位发生各种反应。众所周知，在锂离子电池第一次充电过程中，通常在阳极会生成膜。这种膜通常被称为固体电解质界面膜(SEI)。SEI能渗透锂离子，能保护电解质组分不与阳极直接接触，反之亦然。其由诸如溶剂(如碳酸酯、醚和酯)和阳极表面导电盐(尤其是当阳极活性材料是一种如石墨碳质材料时)的电解质组分的成分还原分解形成的。为了形成SEI，阴极一定量的锂被不可逆的消耗了，且不能被替换。通过加入合适的化合物可能会对SEI的结构和性能产生重大影响，其通过还原很容易在阳极分解，从而在阳极表面形成膜。这也有可能减少不可逆消耗的锂的量。SEI对电化学或光电器件的循环稳定性、储存寿命(calendar ageing)和耐用性(耐高电流)的影响很大。众所周知的一个SEI形成添加剂的例子是碳酸亚乙烯酯。然而，还需要更多的SEI形成添加剂以扩大其应用范围。例如，尽管事实上到现在已知了大量的SEI添加剂，由于碳酸丙烯酯会嵌入石墨结构中，通过这种嵌入会破坏石墨结构，因此碳酸丙烯酯在含有石墨作为阳极活性物质的电化学电池中的应用依然很困难。

US 2014/0220429 A1公开了一种含有碳酸亚乙烯酯和环状1,3-二氧醚的电解质组分，其被氟化烷基和羧酸酯基团取代。碳酸亚乙烯酯和环状1,3-二氧醚是为了抑制非水电解质二次电池的溶胀而添加的。

发明内容

本发明的目的是提供具有如长循环寿命时间(long cycle life time)、储存稳定性(cycle stability)和良好倍率容量(rate capability)等良好电化学性能的电解质组分。本发明的另一个目的是提供可以在宽温度范围内使用的电解质组分，特别是可在低温下使用的电解质组分。本发明的另一个目的是提供可以在低温下使用并具有低可燃性的电解质组分。本发明的另一个目的是提供含有碳酸丙烯酯的电解质组分，其适用于具有长循环寿命时间、储存稳定性和良好倍率容量的二次锂电池中，及提供二次锂电池，其含有易受到作为阳极活性材料的碳酸丙烯酯劣化的碳质材料和含有碳酸丙烯酯的电解质组分。

该目的通过一种电解质组分实现，其包括：

(i)至少一种有机非质子溶剂；

(ii)至少一种导电盐；