[发明专利]经过改良的可充电电池及其生产

说明书

本发明公开了一种电化学电池，其包含基于碳酸盐：腈型溶剂混合物的电解液。电解液可包含碱盐和/或至少一种聚合物添加剂。碱盐阳离子可以是锂阳离子和/或碱盐阴离子可包含草酸硼酸基团。电解液可进一步包含一种或多种电解液添加剂，所述添加剂可以是SEI改良添加剂。阳极可包含碳。阳极可以是碱金属阳极。本发明的工作电压和能量密度性能与目前市场领先的电池单元的性能处于同一水平，因此这些公开的改良不会以牺牲电池性能为代价。使用本发明公开的电池电解液可以使先进锂离子电池电极实现稳定循环，扩大工作温度范围，并通过使电解液比传统的LiPF₆电解液盐在碳酸盐溶剂中的反应性和挥发性更低，从而提高电池的安全性。

技术领域

本发明涉及可充电电化学电池电芯。具体地说，本发明涉及电化学电池在成本、安全性和工作温度范围方面的改良。

背景技术

高性能低成本电池对许多应用都有利，例如：电动汽车或电网的储能应用。目前，市场领先的电池技术是锂离子电池技术。最先进的电池采用的是石墨基阳极、金属氧化物阴极和有机电解液。在商业上，优选的阴极配方是基于镍钴锰氧化物(NCM)的配方。然而，由于钴的年供应量有限，使这种阴极配方的发展前景受到了阻碍，这也是电池产量预期未来增长的一个已知的瓶颈。在商业上，优选的电解液配方是基于碳酸盐溶剂与LiPF₆电解液盐的混合物。然而，这些溶剂的可燃性较高，存在着安全隐患，每年都会引起大量电池火灾事故。此外，LiPF₆电解液盐的化学稳定性较低，限制了电池的工作温度范围，使得必须对电池组进行复杂而昂贵的热管理。为了改进电池的工作温度范围，我们应将化学稳定性较低的LiPF₆电解液盐换成更稳定的电解液盐，这样至少可以获得类似的电解液电导率。

本发明的目的是利用最先进的电池电芯来解决上述问题。本发明的工作电压和能量密度性能与目前市场领先的电池电芯的性能处于同一水平，因此这些公开的改良并不会以牺牲电池性能为代价。本发明公开的电池电解液的效用源自于三个方面：i)使先进的锂离子电池电极可以稳定循环；ii)可扩大锂离子电池的工作温度范围；iii)通过使电解液比传统的LiPF₆电解液盐在碳酸盐溶剂中的反应性和挥发性更低，从而提高电池的安全性。因此，本发明有利于工业和商业。

发明内容

本发明公开了一种经过改良的用于电化学电池的电解液配方。所述电解液可包含基于碳酸盐：腈型溶剂混合物的电解液。电解液可包含碱盐。电解液可包含一种或多种聚合物添加剂。碱盐阳离子可以是锂阳离子。碱盐阴离子可包含草酸硼酸基团。碱盐可以是二氟(草酸)硼酸锂(LiDFOB)。电解液可包含一种或多种电解液添加剂。电解液添加剂可以是SEI改良添加剂。腈型溶剂可包含丙二腈(MLN)。腈型溶剂可包含丁二腈(SCN)。腈型溶剂可以是丁二腈(SCN)。腈型溶剂可包含MLN和SCN的混合物。碳酸盐型溶剂可以是碳酸二甲酯(DMC)。电解液添加剂可以是氟代碳酸乙烯酯(FEC)。聚合物添加剂可以是聚(甲基乙烯基醚-丙氨酸-马来酸酐)。

所述电解液可用于电化学电芯中。电化学电芯还可以包含阴极和阳极。阴极可包含LiMn_xFe_1-xPO₄(LMFP或LFMP)、磷酸铁锂(LFP)、锂钴氧化物(LCO)、锂锰氧化物(LMO)和/或锂镍锰钴氧化物(NMC)。阳极可包含碳、钛酸锂(LTO)、锡/钴合金和/或硅/碳。碳可以是石墨和/或硬碳。阳极可包含金属碱金属。金属碱金属可以是金属锂。电化学电芯可用于装置中。

表1总结了本发明公开的电解液配方的益处。同时获得这些益处对于电池生产非常有利，并且发现这样的电解液配方非常具有挑战性。与目前可行的锂离子电池的能量密度相比，由于所公开的电解液配方能够同时支持先进阴极材料(例如：LMFP)以及基于金属碱金属的阳极(例如：金属锂基阳极)的稳定循环，因此使改良的电芯级能量密度变得可行。

表1：本发明所公开的电解液配方所能带来的益处汇总

附图说明