[发明专利]具有含磷腈的电解液添加剂的基于硅的能量存储装置

说明书

公开了包含基于磷腈的化合物的用于能量存储装置的电解液和电解液添加剂。所述能量存储装置包括第一电极和第二电极，其中所述第一电极和所述第二电极中的至少一个是基于Si的电极；在所述第一电极与所述第二电极之间的隔板；包含至少两种电解液共溶剂的电解液，其中至少一种电解液共溶剂包括基于磷腈的化合物。

通过援引并入任何优选权申请

根据37CFR 1.57与本申请一起提交的申请数据表中确定为本申请要求的外国或国内优先权的任何和所有申请据此通过援引并入。

背景技术

领域

本申请总体上涉及用于能量存储装置的电解液。具体地，本申请涉及用于具有基于硅的阳极材料的锂离子能量存储装置的电解液和添加剂。

相关技术的描述

随着对零排放电动车辆和基于电网的能量存储系统的需求增加，非常需要较低成本、高能量密度、高功率密度和安全性的能量存储装置，例如锂(Li)离子蓄电池(battery)。改善锂离子蓄电池的能量密度、功率密度和安全性需要开发大容量高电压阴极、大容量阳极，并且因此，需要开发具有高电压稳定性和与电极界面相容性的功能电解液。

锂离子蓄电池通常包括在阳极与阴极之间的隔板和/或电解液。在一类蓄电池中，隔板、阴极和阳极材料分别形成片或膜。将阴极、隔板和阳极的片依次堆叠或轧制，使隔板将阴极与阳极(统称为电极)分隔，以形成蓄电池。典型的电极包括在导电金属(例如，铝或铜)上的电化学活性材料层。可以将膜轧制或切割成块，然后将其层叠为堆叠体。堆叠体包括交替的电化学活性材料以及在它们之间的隔板。

硅(Si)是用于锂离子蓄电池的最具前景的阳极材料之一，这是由于其高的比重和体积容量(3579mAh/g和2194mAh/cm³相对于石墨的372mAh/g和719mAh/cm³)和低的锂化电位(0.4V相对于Li/Li⁺)。在目前可用的各种阴极中，层状锂过渡金属氧化物(诸如富Ni的Li[Ni_xCo_yMn(Al)_1-x-y]O₂(NCM或NCA))是最具前景的阴极，这是由于其高的理论容量(～280mAh/g)和相对高的平均工作电位(3.6V相对于Li/Li⁺)。除了富Ni的NCM或NC阴极之外，LiCoO₂(LCO)也是非常有吸引力的阴极材料，这是由于其相对高的理论比容量(274mAh g^-1)、高的理论体积容量(1363mAh cm^-3)、低的自放电、高的放电电压和良好的循环性能。与具有基于石墨的阳极的常规锂离子蓄电池相比，将基于Si的阳极与高电压富Ni的NCM(或NCA)或LCO阴极结合可以递送更多的能量，这是由于这些新电极的高容量。然而，基于Si的阳极和高电压的富Ni的NCM(或NCA)或LCO阴极均面临着强大的技术挑战，并且有待用与NCM或NC阴极配对的高Si阳极实现长期循环稳定性。

对于阳极，基于Si的材料可以提供能量密度的显著改善。然而，在Li合金化/脱合金化过程期间大的体积膨胀(300％)可以导致活性材料的崩解和导电路径的损失，从而降低蓄电池的循环寿命。此外，在循环阳极的表面上可能出现不稳定的固体电解质中间相(SEI)层。由于活性材料在每个充电-放电循环期间膨胀和收缩，活性材料中的未反应的Si表面可以随后暴露于液体电解液并且形成较厚的SEI层。由于其中液体电解液与阳极中Si的暴露的未反应表面反应的低电位的降低，这导致在每个循环中不可逆的容量损失。此外，在超过4.5V的电压下发生常规非水性电解液的氧化不稳定性，这可以导致循环性能的加速衰减。由于与石墨相比Si的循环寿命通常较差，因此在常规阳极材料中仅使用少量的Si或Si合金。