测试包括 在每次完整循环之间以C/10、C/3和C/1速率恒定电流放电、以C/10充电，然后在每次完整 循环之间停留2小时。
[0112] 在某些实施例中，使用C/10充电速率然后以C/3放电速率来循环40次，然后再运 行另一 RPT循环。电池总共循环200次（不包括RPT)。
[0113] 图6A和6B中示出了电池形成后（即寿命的开始）进行的首次RPT的结果。图中 的每个点均为每种磷腈及其浓度溶于两种基线电解质中而构建的三个独立的电池的平均 值。
[0114] 在两种基线中，在缓慢的放电速率（C/10)下，除了基线B中的30%FM4(图6B)以 外，添加的磷腈即使高达30%，对电池容量也只有微弱的影响，其中，30% FM4的电池容量 相比于具有相同磷腈加载的其它共混物的电池容量明显较低。该效果在两种基线中是明显 的，且在较高的放电速率下更为显著。电池容量随磷腈加载增多以及放电速率加快而降低 对于FM4是最显著的，之后是FM3,然后是FM2。根据示例性实施例，FM2在达到最高浓度和 最快放电速率（20%和30% 0C/1)之前都表现的和基线一样（在一些情况下优于基线）。
[0115] 除了确定电池形成之后的状态之外，在示例性实施例中，还评估了循环寿命的效 果。图7A和图7B示出了每个含有20%磷腈的电解质共混物的放电容量随循环周期的变 化。在基线A中，如图7所示，初始容量都非常高（~3. 9mAh)。基线和含有20%磷腈的共 混物的容量非常相似。含有FM3的共混物示出了略微更高的容量衰减。
[0116] 在图7B中，示出了基线B中20%磷腈的容量。含有FM的所有共混物相比于基线 均示出了略微更高的容量。FM2在FM系列中示出了最佳性能，FM2表现的同单独的基线一 样或优于单独的基线。
[0117] 图8A和图8B示出了含有不同浓度的FM2的共混物的放电容量。在基线A中，5% 的FM2示出了最佳性能，其放电容量优于基线和20% FM2(图8A)。在基线B中，含有FM2 的所有电池均示出了比基线更高的初始容量，但没有系统性的变化（图8B)。在前约40个 周期后，5%、10%和30%电池的容量衰减速率增加。在该基线中，最佳性能来自20% FM2。
[0118] 根据示例性实施例，为了评估固体电解质界面（SEI)的性能，在电池循环160次 后，获得了电化学阻抗（EIS)谱。EIS谱（图9A和图9B)的分析示出了两个电解质系统之 间的关键区别之处和相似之处。半圆形体现了在无电解质区域和固态区域之间影响锂传输 的机械过程，即，半圆形主要表现涉及电荷转移过程、SEI特性的影响及锂去溶剂化的界面 特性。
[0119] 对于两种基线，在界面阻抗中存在变化，其中，对于基线A，阻抗增加（图9A)，而对 于基线B，阻抗示出了根据磷腈添加剂而降低（图9B)。
[0120] 在示例性实施例中，当使用不同的基线比较相同的添加剂时，很明显的是，不管是 哪种基线，每种单独的添加剂的界面阻抗和本体阻抗（bulk impedance)都是一致的。FM3 和FM4也可看出类似的性能。
[0121] 根据示例性实施例，电极表面膜（SEI和阴极电解质界面）的界面特性受到每种磷 腈添加剂的影响比受到电解质中的本体碳酸酯溶剂的影响更大。
[0122] 根据进一步实施例，FM2的加载水平的比较（图IOA和图10B)表明了不管哪种基 线，加载水平不影响本体阻抗或电荷转移阻抗。
[0123] 根据示例性实施例，在添加剂化学成分内没有阻抗变化强调了磷腈作为电解质添 加剂的效用。值得注意的是添加剂能够配制电解质用于特定的目的，例如较低的粘度、较高 的电导率、降低可燃性和提高Li储存量，而不消极影响界面性能。
[0124] 在不例性实施例中，含有憐臆的共混物具有略低的电导率和略尚的粘度的同时， 它们还具有升高的闪点和更低的蒸气压。
[0125] 在又一些实施例中，添加剂提高了电解质溶液的热稳定性和电化学稳定性。在热 稳定性测试中，不仅添加剂本身稳定，而且他们还防止了碳酸烷基酯溶剂的分解。
[0126] 除了提高热稳定性之外，根据某些实施例，添加剂还提高了碳酸烷基酯共混物的 电化学稳定性，拓宽了电化学窗口。
[0127] 根据进一步实施例，在对新构建的电池进行测试的电池性能中，添加剂（高达 30wt%)在缓慢的循环速率下展示出了和基线一样好或甚至优于基线的容量性能。在较高 速率和较高的磷腈浓度下，由于这些共混物的较高粘度和较低电导率，放电容量较低。电池 的前200周循环的性能测试示出了磷腈样品比基线具有更高的放电容量，并示出了比基线 更低的容量衰减，其中FM2性能最佳。在循环160次后获得的EIS谱中示出了电极表面膜 的界面特性受到每种磷腈添加剂的影响比受到电解质中本体碳酸酯溶剂的影响更大，因此 允许调整碳酸烷基酯电解质以优化具体的所需性能，而不影响界面性能。
[0128] 以上提供的说明书仅为了说明性目的，而不是旨在描述本发明的所有可能的各个 方面。另外，虽然本发明已经参考若干示例性实施例详细地展示和描述了，但本领域普通技 术人员应认识到，对于说明书的变化以及各种其它修改、省略和添加也可在不脱离本文的 精神和范围内做出。
【主权项】
1. 一种用于电池的电解质溶液，所述电解质溶液包括：可电离的盐；至少一种有机溶 剂；和至少一种环磷腈化合物。2. 如权利要求1所述的电解质溶液，其中，所述至少一种环磷腈化合物包括卤素。3. 如权利要求2所述的电解质溶液，其中，所述卤素是氟。4. 如权利要求1所述的电解质溶液，其中，所述至少一种环磷腈化合物包括至少一个 氟化的侧基。5. 如权利要求1所述的电解质溶液，其中，所述至少一种环磷腈化合物包括至少一个 2, 2, 2-三氟乙氧基侧基。6. 如权利要求5所述的电解质溶液，其中，所述至少一种环磷腈化合物还包含至少一 个乙氧基侧基。7. 如权利要求1所述的电解质溶液，还包括具有环磷腈核心的离子液体。8. 如权利要求7所述的电解质溶液，其中，所述离子液体还包括侧基，所述侧基包括吡 啶基。9. 如权利要求8所述的电解质溶液，所述侧基还包括二氟亚甲基。10. 如权利要求1所述的电解质溶液，还包括氟化的环磷腈三聚体。11. 如权利要求10所述的电解质溶液，其中，所述氟化的环磷腈三聚体包含至少一个 2, 2, 2-三氟乙氧基侧基和至少一个乙氧基侧基。12. 如权利要求1所述的电解质溶液，还包括可电离的锂盐。13. 如权利要求1所述的电解质溶液，还包括可电离的锂离子盐、可电离的钠盐和可电 离的镁盐中的至少一种。14. 如权利要求12所述的电解质溶液，其中，所述可电离的锂盐是六氟磷酸锂 (LiPF6) 〇15. 如权利要求1所述的电解质溶液，还包括有机碳酸酯溶剂。16. 如权利要求15所述的电解质溶液，其中，所述有机碳酸酯溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸 甲乙酯和碳酸二乙酯中的至少一种。17. 如权利要求1所述的电解质溶液，还包括有机酯溶剂。18. 如权利要求14所述的电解质溶液，还包括至少两种有机碳酸酯溶剂，其中所述至 少两种有机碳酸酯溶剂为碳酸乙烯酯（EC)和碳酸甲乙酯（EMC)，且EC : EMC的体积比为 1 : 2,其中，LiPFf^浓度为 1.2M。19. 如权利要求14所述的电解质溶液，还包括至少两种有机碳酸酯溶剂，其中所述至 少两种有机碳酸酯溶剂为碳酸乙烯酯（EC)和碳酸二乙酯（DEC)，且EC : DEC的重量比为 1 : 1，其中，LiPFj9浓度为 1.0M。20. 如权利要求1所述的电解质溶液，其中，所述至少一种环磷腈化合物占所述至少一 种有机溶剂和所述至少一种环磷腈化合物的总重量的约1% -约30%。
【专利摘要】一种用于电池的电解质溶液，所述电解质溶液至少包括：可电离的盐；至少一种有机溶剂；和至少一种环磷腈化合物，所述环磷腈化合物优选包括至少一个2,2,2-三氟乙氧基和至少一个乙氧基。
【IPC分类】H01M10/0568, H01M10/052, H01M10/0567, H01M10/0569
【公开号】CN105247725
【申请号】CN201480026125
【发明人】梅森·库尔特·哈路普, 哈里·惠蒂尔·罗林斯, 凯文·莱斯利·格林, 迈克尔·蒂莫西·本森
【申请人】梅森·库尔特·哈路普, 哈里·惠蒂尔·罗林斯, 凯文·莱斯利·格林, 迈克尔·蒂莫西·本森
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2014年5月14日
【公告号】EP2997620A1, US20140342240, WO2014185959A1