[发明专利]含磷电解质

说明书

本公开涉及基于磷的热失控抑制(TRI)材料、其合成以及含有所述基于磷的材料的电化学电池电解质。

交叉引用

本申请要求于2017年7月17日提交的美国临时专利申请序列号62/533277的申请日期的权益，该美国临时专利申请在此以引用的方式整体并入。

技术领域

本公开涉及基于磷的热失控抑制(TRI)材料、含有该材料的电解质和含有该电解质的电能存储装置。

背景技术

尽管用于便携式电子设备的锂离子电池(例如PTC、CID、关断(shutdown)分隔器)、化学梭、正极添加剂等的安全性最近得以进步和改进，但仍然存在与用于电动车辆和消费者应用的高能量密度大型电池相关的安全性问题。将阻燃添加剂添加到电解质中，以防止或延迟电池因机械、电气或热滥用而发生热失控。

然而，仍然存在安全挑战，例如锂离子电池在滥用条件下或甚至正常条件下的可燃性。授予Narang等人的美国专利No.5,830,600和授予Smart等人的美国专利No.8,795,903教导了含有所选择的基于磷酸盐的非水溶剂的阻燃电解质组合物的使用。因此，需要掺入新型多功能TRI添加剂，以改善高能量锂离子电池和锂金属负极电池的安全性。

发明内容

本公开涉及基于磷的热失控抑制(TRI)材料、含有该材料的电解质和含有该电解质的电化学电池。

根据本公开的一个方面，提供了一种用于电存储装置中的电解质，该电解质包括非质子有机溶剂、碱金属盐、添加剂和含有至少一个磷部分的TRI化合物。

根据本公开的另一个方面，提供了一种在电能存储装置中的电解质，该电解质包括非质子有机溶剂、碱金属盐、添加剂和含有至少一个磷部分的TRI化合物，其中有机溶剂是开链或环状碳酸酯、羧酸酯、腈、醚、砜、亚砜、酮、内酯、二氧戊环、甘醇二甲醚、冠醚、硅氧烷、磷酸酯、磷酸盐、亚磷酸酯、单磷腈或聚磷腈或以上的混合物。

根据本公开的另一个方面，提供了一种在电能存储装置中的电解质，该电解质包括非质子有机溶剂、碱金属盐、添加剂和含有至少一个磷部分的TRI化合物，其中碱金属盐的阳离子是锂、钠、铝或镁。

根据本公开的另一个方面，提供了一种在电能存储装置中的电解质，该电解质包括非质子有机溶剂、碱金属盐、添加剂和含有至少一个磷部分的TRI化合物，其中添加剂含有含硫化合物、含磷化合物、含硼化合物、含硅化合物、含有至少一个不饱和碳-碳键的化合物、羧酸酐或以上的混合物。

在阅读以下详细描述和所附权利要求后，本公开的这些和其他方面将变得显而易见。

附图说明

图1是比较例0电解质与含有基于磷的热失控抑制(TRI)材料的电解质2之间的室温循环寿命比较图；

图2是钉子穿透装置的照片；并且

图3是含有比较例01的商业电解质(EC:EMC 3:7 1M LiPF₆)和含有实施例11的电解质的NMC532软包电池的刺穿电池的一对照片。

具体实施方式

本公开涉及基于磷的热失控抑制(TRI)材料、含有该材料的电解质和含有该电解质的电化学电池。

在一个实施方式中，电能存储装置电解质包括：a)非质子有机溶剂体系；b)碱金属盐；和c)基于磷的TRI材料。

在一个实施方式中，电能存储装置电解质包括：a)非质子有机溶剂体系；b)碱金属盐；c)添加剂；和d)基于磷的TRI材料。

在一个实施方式中，基于磷的TRI材料的分子结构描述如下：

或者

其中：