[发明专利]用作锂电池的高电压稳定电解质的极性环状硅氧烷

说明书

本发明公开了一种具有各种官能的极性环状硅氧烷材料。当与锂盐组合时，这样的材料可用作锂电池单元中的电解质材料。它们可以单独用作电解质或在其他聚合物电解质中用作添加剂。本发明还描述了可以使用这种极性环状硅氧烷材料的各种锂电池单元配置。

发明人：库兰戴维路·斯瓦南丹、娜塔莎·布格纳·特兰、哈尼·巴萨姆·埃陶尼

【相关申请的交叉引用】

本申请要求2017年2月28日提交的美国临时专利申请62/464,967的优先权，其通过引用合并于此。

【技术领域】

本发明总体涉及用于锂电池的电解质，更具体地，涉及特别适用于阴极和在高电压下使用的电解质。

【背景技术】

越来越多的锂电池制造商正在使用下一代阴极材料，例如NCA(锂镍钴铝氧化物)和NCM(锂镍钴锰氧化物)，以开发利用其潜在的高重量能量密度(高达300-500Wh/kg)，良好的倍率容量(rate capabilities)和长期稳定性。用这种氧化物材料制成的单电池通常在比具有诸如LFP(磷酸铁锂)之类的橄榄石阴极材料(例如3.6-3.8V)的电池更高的电压(例如，高达4.5V)下操作。在LFP单电池的较低电压下稳定的电解质可能在较高电压下，尤其是在阴极中难以操作。氧化形式的降解(Degradation)可能导致单电池寿命早期的容量衰减。

因此，需要开发特别适合在可由下一代阴极材料制成的、高电压条件下操作的电解质。

【发明内容】

在本发明的一个实施例中，公开了一种物质的组合物，所述物质为双官能极性环状硅氧烷。所述双官能极性环状硅氧烷具有以下结构：

其中，P是极性基团，例如直链碳酸酯、环状碳酸酯、腈、直链砜、环状砜、直链亚砜、环状亚砜、直链磷酸酯、环状磷酸酯、直链膦酸酯、环状膦酸酯、直链氨基甲酸酯、环状氨基甲酸酯、直链脲、环状脲、直链硫脲、环状硫脲、直链硫代碳酸酯、环状硫代碳酸酯、直链硫代氨基甲酸酯、环状硫代氨基甲酸酯、直链硫代膦酸酯、环状硫代膦酸酯、直链膦酰胺、环状膦酰胺、丙二酸酯、酮或内酯；n是2至20的任何整数；x是1至10的任何整数。

在本发明的另一实施例中，双官能极性环状硅氧烷还含有电解质盐，并且所述双官能极性环状硅氧烷是电解质材料。

在本发明的另一实施例中，公开了一种物质的组合物，该物质的组合物为共官能极性环状硅氧烷。共官能极性环状硅氧烷是单官能极性环状硅氧烷和双官能极性环状硅氧烷的混合，且具有以下结构：

其中，R是饱和或不饱和的烃基，例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、叔丁基、正己基、2-乙基己基、正辛基、乙烯基、烯丙基、炔丙基、苯基、4-乙烯基苯基、苄基、萘基或蒽基；P是极性基团，例如直链碳酸酯、环状碳酸酯、腈、直链砜、环状砜、直链亚砜、环状亚砜、直链磷酸酯、环状磷酸酯、直链膦酸酯、环状膦酸酯、直链氨基甲酸酯、环状氨基甲酸酯、直链脲、环状脲、直链硫脲、环状硫脲、直链硫代碳酸酯、环状硫代碳酸酯、直链硫代氨基甲酸酯、环状硫代氨基甲酸酯、直链硫代膦酸酯、环状硫代膦酸酯、直链膦酰胺、环状膦酰胺、丙二酸酯、酮或内酯；n和m是整数，且n和m的总和是2至20的任何整数；x是1至10的任何整数。

在本发明的另一实施例中，所述共官能极性环状硅氧烷还含有电解质盐，并且所述共官能极性环状硅氧烷是电解质材料。

在本发明的另一实施例中，公开了一种物质的组合物，该物质的组合物为混合的共官能极性环状硅氧烷。所述混合的共官能极性环状硅氧烷是未官能化的极性环状硅氧烷和双官能极性环状硅氧烷的混合，其具有以下结构：