[发明专利]用于锂金属电池的电解质组合物

说明书

本发明涉及一种用于锂金属电池的电解质组合物，其包含a)至少一种含有4至10个碳原子的氟化二醚，由Rsupgt;1/supgt;‑O‑Rsupgt;2/supgt;‑O‑Rsupgt;3/supgt;的式(I)表示，其中每个Rsupgt;1/supgt;和Rsupgt;3/supgt;独立地是氟化烷基，并且Rsupgt;2/supgt;是任选氟化的烷基，由Csubgt;a/subgt;Fsubgt;b/subgt;Hsubgt;c/subgt;的式(II)表示，其中a是1至6的整数，b+c是2至10的整数，并且如果b是0，Rsupgt;1/supgt;和Rsupgt;3/supgt;独立地不具有H；b)至少一种非氟化醚；以及c)至少一种锂盐，其中a)氟化二醚的量为基于a)氟化二醚和b)非氟化醚的总体积按体积计至少50％(vol％)。本发明还涉及一种锂金属电池，其包括包含锂金属的负极、正极、隔膜和根据本发明的电解质组合物。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年12月16日提交的欧洲专利申请号20214399.6的优先权，出于所有目的将此申请的全部内容通过援引方式并入本文。

技术领域

本发明涉及一种用于锂金属电池的电解质组合物，其包含a)至少一种含有4至10个碳原子的氟化二醚，由R¹-O-R²-O-R³的式I表示，其中每个R¹和R³独立地是氟化烷基，并且R²是任选氟化的烷基，由C_aF_bH_c的式II表示，其中a是1至6的整数，b+c是2至10的整数，并且如果b是0，R¹和R³独立地不具有H；b)至少一种非氟化醚；以及c)至少一种锂盐，其中a)氟化二醚的量为基于a)氟化二醚和b)非氟化醚的总体积按体积计至少50％(vol％)。本发明还涉及一种锂金属电池，其包括包含锂金属的负极、正极、隔膜和根据本发明的电解质组合物。

背景技术

锂离子电池由于其包括重量轻、能量密度合理以及循环寿命良好的多种优点而在可充电储能装置市场中保持着主导地位。然而，目前的锂离子电池仍然受制于相对于所需的能量密度相对较低的能量密度，其持续增加以满足高功率应用的需求，如电动汽车、混合动力汽车、电网储能(也称为大规模储能)等。

由于锂金属具有低氧化还原电位和高比容量所带来的有利特性，因此自20世纪70年代以来，采用锂金属作为负极已经是已知的。这种锂金属电池通常使用常规的液体电解质如基于碳酸盐的电解质和/或具有低粘度和高离子导电性的基于醚的电解质。这些液体电解质在循环开始时分解成为钝化层，这将导致枝晶生长，以及还有电解质与沉积的反应性锂离子之间的进一步副反应。这些一直是阻碍锂金属电池商业化的关键问题。

用于锂金属电池的合适的电解质的基本要求与用于锂离子电池的常规液体电解质相同，即高离子导电性、低熔点和高沸点、(电)化学稳定性以及还有安全性。除了所述的基本要求外，用于锂金属电池的合适的电解质还应针对上述缺点提供解决方案。

作为旨在减少或抑制锂枝晶形成并改善锂金属电池的循环性能的多种研究工作之一，已经考虑使用固体电解质代替液体电解质。例如，R.Sudo等人在Solid State Ionics[固态离子学],262,151(2014)中描述了在包含Li金属作为负极的电化学电池中使用Al掺杂的Li₇La₃Zr₂O₁₂作为固体电解质。然而，还是观察到了锂枝晶。

D.Aurbach等人在Solid State Ionics[固态离子学],148,405(2002)中和H.Ota等人在Electrochimica Acta[电化学学报],49,565(2004)中报道，添加剂如CO₂、SO₂和碳酸亚乙烯酯有助于改善钝化层的稳定性。然而，这些添加剂在电池运行期间被消耗。因此，它们不能成为防止枝晶形成的长期解决方案。