[发明专利]抑制或最小化锂离子电池中金属污染物和枝晶形成的电解质体系

说明书

提供了循环锂离子的电化学电池单元以及用于抑制或最小化枝晶形成的方法。电化学电池单元包括正极、负极以及夹置在其间的隔膜。正极和负极以及隔膜可以各自包括电解质体系，该电解质体系包括一种或多种锂盐、一种或多种溶剂和一种或多种络合剂。一种或多种络合剂结合到电化学电池单元内存在的金属污染物，由此形成金属离子络合物，该金属离子络合物至少通过增大任何枝晶形成的水平区(例如，降低高度)来最小化或抑制负极上枝晶突起的形成。

引言

本部分提供了与本发明有关的但不一定是现有技术的背景信息。

高能量密度电化学电池单元(如锂离子电池)可用于各种消费品和车辆(如混动动力电动车辆(HEV)和电动车辆(EV))。典型的锂离子电池包括第一电极(例如阴极)、第二电极(例如阳极)、电解质材料和隔膜。为了提高总输出，锂离子电池单元的堆叠体通常进行电连接。传统锂离子电池通过在负极与正极之间可逆地传送锂离子来工作。在负极与正极之间设置隔膜和电解质。电解质适合传导锂离子，并且可以是固体或液体形式。锂离子在电池充电过程中从正极(阴极)移向负极(阳极)，而在电池放电时在相反的方向上移动。

阳极材料和阴极材料与电解质的接触可在电极之间形成电势。当在电极之间的外部电路中产生电子电流时，电势通过电池单元内的电化学反应来维持。堆叠体内的负极和正极中的每一个都连接到集流体(通常为金属，例如用于阳极的铜和用于阴极的铝)。在电池使用期间，与两个电极相关联的集流体通过外部电路连接，该外部电路允许由电子产生的电流在电极之间通过，进而补偿锂离子的传输。

许多不同的材料可以用来形成锂离子电池的部件。作为非限制性示例，用于锂电池的阴极材料通常包括可嵌入锂离子的电活性材料，例如锂-过渡金属氧化物或尖晶石类型的混合氧化物，例如包括尖晶石LiMn₂O₄、LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn_1.5Ni_0.5O₄、LiNi_(1-x-y)Co_xM_yO₂(其中0x1，y1，并且M可以是Al、Mn等)或磷酸铁锂。电解质通常含有一种或多种锂盐，这些锂盐可以在非水性溶剂中溶解和电离。负极通常包括锂插入材料或合金主体材料。例如，用于形成阳极的典型电活性材料包括锂-石墨嵌入化合物、锂-硅嵌入化合物、锂-锡嵌入化合物或锂合金。

锂离子电池的各部件可以包括金属污染物。在某些情况下，负极与电解质之间的电势差可能使得金属污染物在负极表面上形成金属枝晶。金属枝晶可以形成可能穿透隔膜并引起内部短路的突起。因此，期望研发出在高能量锂离子电池中使用的材料，所述材料减少了金属枝晶形成，并且以类似方式抑制其效果或使其效果最小化。

发明内容

本部分提供了对本发明的一般性概述，但不是本发明的全部范围或其所有特征的全方位公开。

本公开涉及一种抑制或最小化电化学电池单元内的金属污染物和枝晶形成并改善其性能的电解质体系。