[发明专利]非水性电解质溶液、可充电电池、微混合电池及电池系统

说明书

本发明公开了一种可充电电池、电池系统、微混合电池以及非水性电解质溶液。所述可充电电池包括含碳负极，能够进行嵌锂和脱锂；正极，包含锂过渡金属含氧阴离子盐电活性材料；分隔器；以及非水性电解质溶液，包含锂盐、双(三氟甲烷)磺酰胺锂、至少一种有机溶剂和1,3‑丙烷磺内酯，其中，所述非水性电解质溶液不含γ‑丁内酯，并且所述有机溶剂包含碳酸亚乙烯酯及亚硫酸乙烯酯。所述可充电电池在高温下维持长的充放电循环寿命并且在低温下也输出电力。

本申请是申请日为2015年11月6日、专利申请号为201510753544X、发明名称为“非水性电解质溶液、可充电电池、微混合电池及电池系统”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种非水性电解质可充电电池，其具有优良的低温特性、长期稳定性以及高的能量密度。

背景技术

可充电电池通过电化学反应产生能量。在传统的可充电电池中，电池被设计成是在室温或接近室温的条件下实现最优性能的。过高或过低的温度都会有损电池的性能和/或寿命。为了解决在极端温度下的性能问题，电池也可以并入加热和/或冷却系统，这就增加了体积、重量、复杂性和成本。在许多情况中，这样会限制电池在极端温度环境下的应用。

发明内容

本发明的发明人认为，可以提供改进的电解质配方，从而改善在极端温度下的性能并减少析气(gassing)。已设计出一些可充电电池，其电池具有阳极、阴极与电解质组合物的特定组合，从而在高温下维持长的充放电循环寿命并且在低温下也输出电力。例如，有一种用于在可充电电池中使用的具有含磺酰基的第一添加剂的电解质配方。在电解质中使用含磺酰基的添加剂可以提供一种电池，其在高温下仍保持充放电循环寿命并且在低温下仍输出电力，从而大大减少了对于热力管理系统的需要。

在一个实施例中，提供一种可充电电池，包含：含碳负极，能够进行嵌锂和脱锂；包含锂过渡金属含氧阴离子盐电活性材料的正极；分隔器；以及非水性电解质溶液，其包含锂盐和至少一种有机溶剂，其中，所述非水性电解质溶液不含γ-丁内酯，并且所述有机溶剂包含碳酸亚乙烯酯；以及至少一种含磺酰基的添加剂。在一个实例中，所述溶液可以另外含有共盐，并且所述至少一种添加剂可以另外包含第二添加剂和/或抗析气剂。在一个实例中，提供一种含非水性电解质溶液的可充电电池，该非水性电解质溶液包含：锂盐，LiPF₆，0.6-2M；有机溶剂混合物，该有机溶剂混合物包含35vol.％的碳酸乙烯酯、5vol.％的碳酸丙烯酯、50vol.％的碳酸甲乙酯及10vol.％的碳酸二乙酯；以及至少一种含磺酰基的添加剂，0.1-5wt.％的亚硫酸乙二醇酯和0.2-8wt.％的碳酸亚乙烯酯。所提供的电解质配方与铅酸电池相比在对引擎冷启动时能够提供更大的功率，并能在高温下维持较长的充放电循环寿命。

在有机电解质中使用含磺酰基的添加剂和碳酸亚乙烯酯提供了一种稳定的、阻抗较低的可充电锂离子电池。含磺酰基的添加剂通过与阳极反应可以降低阻抗，从而生成稳定的固体电解质界面(SEI)，与不含所述添加剂的电解质相比，该SEI更具有离子导电性。此外，在首次充电期间，碳酸亚乙烯酯可以有效地使碳基阳极钝化，使得SEI的溶解性降低，因此，可以减少磺酰基添加剂的分解。

在另一个例子中，提供一种电解质配方，包含：含磺酰基的第一添加剂、抗析气剂、第二添加剂以及盐系统。另外，该配方包含碳酸亚乙烯酯和溶剂系统。该电解质配方可以用在各种电池结构中，但是归功于降低析气的特点，应用在囊袋型电池构造上尤其有益。

所公开的电解质配方在充放电循环期间可以在较大的温度范围内减少析气现象。另外，在磺酰基添加剂与碳酸亚乙烯酯之间的比例可以经控制而维持一个改善的SEI层并进而维持改善的电池充放电循环效率。如本文所公开，经优化的电解质配方减少/维持阻抗，并为冷启动提供改善的功率，同时在高温充放电循环和/或储存期间也能减少析气。