[发明专利]锂离子电池组电解质和包含该电解质的电化学电池

说明书

本申请涉及锂离子电池组电解质和包含该电解质的电化学电池。用于锂离子电池组的电解质包含非水性非质子有机溶剂和溶解在有机溶剂中的锂盐。所述有机溶剂包含环状碳酸酯、无环碳酸酯、和用于改善的低温和高电压性能以及增强的热稳定性的无环氟化醚。醚基团具有通式R₁‑O‑[R₃‑O]_n‑R₂，其中n=0或1，R₁和R₂各自为直链C1‑C6氟代烷基，并且当n=1时，R₃为亚甲基或聚亚乙基。

技术领域

本发明涉及锂离子电池组(batteries)，更特别地，涉及用于锂离子电池组的非水性非质子液体电解质。

背景技术

二次锂离子电池组的电化学电池(cells)通常包括由多孔隔离件彼此间隔开的负电极和正电极。负电极和正电极以及多孔隔离件被离子导电电解质渗透，所述电解质在电化学电池的放电和再充电期间提供用于在负电极和正电极之间传导锂离子的介质。锂离子电池组的电解质通常包含溶解或分散在一种或多种非质子有机溶剂中的锂盐并且可以经配制以在宽运行温度范围(例如-20℃至60℃)显示某些期望的性质。这些期望的性质可包括高离子电导率、高介电常数(与更高的溶解盐的能力相关)、低粘度、与锂盐的足够的配位行为、以及与电化学电池的其它组分的化学相容性。例如，可以配制有机溶剂以促进锂盐在有机溶剂中的有效且可逆的溶剂化，以避免在电池组再充电期间有机溶剂分子与锂离子一起在负电极的层状结构中共嵌入(cointercalation)。

可以配制锂离子电池组的电解质以促进在电池组的初始充电期间在负电极和电解质之间的界面处在负电极表面上通常称为固体电解质界面(solid electrolyteinterphase, SEI)的电绝缘且离子导电的层的原位形成。在负电极表面上天然(native)SEI的形成可有助于防止在电池组运行期间负电极的锂金属与电解质之间进一步的物理接触和不期望的副反应的发生。此外，所述天然SEI可有助于确保在电池组再充电期间锂离子在负电极上的均匀分布和沉积，这可有助于防止锂枝晶在负电极上成核和生长。

为了提高锂离子电池组的容量，已经开发了表现出高工作电压(例如 4.4V vs.Li/Li⁺)的正电极材料，其可能在目前用于商业锂离子电池组电解质中的一些有机溶剂的电化学(氧化)稳定性窗口之外。为了将这些新的高电压正电极材料有效地结合到商业锂离子电池组中，可以配制有机溶剂或共溶剂以提高电解质的氧化稳定性，同时还保持它们的高离子电导率。

发明内容

公开了一种用于锂离子电池组的电解质。所述电解质可以包含非水性非质子有机溶剂和溶解或离子化在所述有机溶剂中的锂盐。所述有机溶剂可包含环状碳酸酯、无环碳酸酯和无环氟化醚。所述无环氟化醚可具有下式：

其中n = 0或1，其中R₁和R₂各自为直链C1-C6氟代烷基，并且其中当n = 1时，R₃为亚甲基或聚亚乙基(polyethylene group)。

所述无环氟化醚中碳原子的总数可以是2、3、4、5、6或7。

当n = 0时，R₁可以是全氟甲基或全氟乙基并且R₂可以是全氟甲基或全氟乙基。

当n = 1时，R₁和R₂可以各自是全氟乙基并且R₃可以是亚乙基。

所述无环氟化醚按体积计可占有机溶剂的5-50%。