具有延长的长循环寿命的基于碳酸亚丙酯的电解质的制作方法

1.本发明涉及电解质组合物和包含所述电解质组合物的电化学电池。


背景技术：

2.本章节提供与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。
3.电化学储能装置如锂离子电池组可以用于多种产品，包括汽车产品，如启停系统（例如12v启停系统）、电池组辅助系统（
“µ
bas”）、混合动力电动车（“hevs”）和电动车（“evs”）。典型的锂离子电池组包括两个电极、隔离件和电解质。锂离子电池组还可包括各种端子和包装材料。两个电极之一充当正电极或阴极，并且另一个电极充当负电极或阳极。许多可再充电的锂离子电池组通过在负电极与正电极之间可逆地来回传递锂离子来运行。例如，在电池组充电过程中，锂离子可从正电极移动至负电极，并且当电池组放电时在相反的方向上移动。隔离件和/或电解质可设置在负电极与正电极之间。
4.电解质包括在溶剂中的锂盐，并适于在电极之间传导锂离子。因此，有益的是采用稳定且不会与电极进行负面相互作用（如通过引起石墨阳极剥离或基于锂的阴极降解）的电解质，尤其是当溶剂中包含碳酸亚丙酯（pc）时。最小化电极剥离和/或降解延长了锂离子电池组的寿命。


技术实现要素：

5.本部分提供本公开的概括性总结，并且并非全面披露其全部范围或其所有特征。
6.本公开涉及具有延长的长循环寿命的基于碳酸亚丙酯（pc）的电解质。
7.在各种方面，本技术提供了一种电解质组合物，其具有包括碳酸亚丙酯（pc）的溶剂；溶解在该溶剂中的锂盐；溶解在该溶剂中的第一添加剂，该第一添加剂配置为稳定阳极固体电解质界面；溶解在该溶剂中的第二添加剂，该第二添加剂配置为稳定阳极、阴极或锂盐中的至少一种；和溶解在该溶剂中的第三添加剂，该第三添加剂配置为稳定阳极、阴极或锂盐中的至少一种，其中该第一、第二和第三添加剂在化学上是不同的。
8.在一方面，第一添加剂是碳酸亚乙烯酯（vc）。
9.在一方面，第二添加剂是二氟磷酸锂（lfo）。
10.在一方面，第三添加剂是丙-1-烯-1,3-磺酸内酯（pes）。
11.在一方面，电解质组合物包括大于或等于大约0.05重量%至小于或等于大约5重量%的碳酸亚乙烯酯（vc）作为该第一添加剂；大于或等于大约0.05重量%至小于或等于大约5重量%的二氟磷酸锂（lfo）作为该第二添加剂；和大于或等于大约0.05重量%至小于或等于大约5重量%的丙-1-烯-1,3-磺酸内酯（pes）作为该第三添加剂。
12.在一方面，溶剂进一步包括选自环状碳酸酯、无环碳酸酯、脂族羧酸酯、γ-内酯、链结构醚、环状醚及其组合的助溶剂。
13.在一方面，溶剂进一步包括选自碳酸亚乙酯（ec）、碳酸亚丁酯（bc）、氟代碳酸亚乙酯（fec）、碳酸二甲酯（dmc）、碳酸二乙酯（dec）、碳酸甲乙酯（emc）、甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙
酸甲酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、1,2-二甲氧基乙烷、1-2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷、乙基丙基醚（epe）、氟化线性碳酸酯（f-emc）、氟化醚（f-epe）、四氢呋喃（thf）、2-甲基四氢呋喃（2-me thf）及其组合的助溶剂。
14.在一方面，溶剂包括碳酸亚乙酯（ec）、碳酸亚丙酯（pc）和碳酸甲乙酯（emc）。
15.在一方面，溶剂包括ec:pc:emc比为大约30:5:65（w:w:w）的碳酸亚乙酯（ec）、碳酸亚丙酯（pc）和碳酸甲乙酯（emc）。
16.在一方面，锂盐具有六氟磷酸锂（lipf6）、双(氟磺酰)亚胺化锂（lifsi）、双(三氟甲磺酰)亚胺化锂（litfsi）、四氟硼酸锂（libf4）、双(草酸根合)硼酸锂（libob）、二氟草酸硼酸锂（liodfb）、磺酰基双(氟磺酰)亚胺化锂（lisfsi）、羰基双(氟磺酰)亚胺化锂（licfsi）、高氯酸锂（liclo4）、四氯铝酸锂（lialcl4）、碘化锂（lii）、溴化锂（libr）、硫氰酸锂（liscn）、四苯基硼酸锂（lib(c6h5)4）、六氟砷酸锂（liasf6）、三氟甲磺酸锂（licf3so3）、双(三氟甲磺酰)亚胺化锂（lin(cf3so2)2）或其组合。
17.在一方面，本技术提供了包括电解质组合物的电化学电池。
18.在各种方面，本技术还提供了一种电解质组合物，其包含包括碳酸亚丙酯（pc）的溶剂；溶解在该溶剂中的锂盐；和溶解在该溶剂中的多种添加剂，其中该多种添加剂包括碳酸亚乙烯酯（vc）、二氟磷酸锂（lfo）和丙-1-烯-1,3-磺酸内酯（pes）。
19.在一方面，电解质组合物包括大于或等于大约5重量%至小于或等于大约70重量%的碳酸亚丙酯（pc）；浓度为大于或等于大约0.25 m至小于或等于大约2 m的锂盐；和各自大于或等于大约0.05重量%至小于或等于大约5重量%的碳酸亚乙烯酯（vc）、二氟磷酸锂（lfo）和丙-1-烯-1,3-磺酸内酯（pes）的每一种。
20.在一方面，溶剂进一步包括碳酸亚乙酯（ec）、碳酸亚丁酯（bc）、氟代碳酸亚乙酯（fec）、碳酸二甲酯（dmc）、碳酸二乙酯（dec）、碳酸甲乙酯（emc）、甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、1,2-二甲氧基乙烷、1-2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷、乙基丙基醚（epe）、氟化线性碳酸酯（f-emc）、氟化醚（f-epe）、四氢呋喃（thf）、2-甲基四氢呋喃（2-me thf）、或其组合，并且该锂盐包括六氟磷酸锂（lipf6）、双(氟磺酰)亚胺化锂（lifsi）、双(三氟甲磺酰)亚胺化锂（litfsi）、四氟硼酸锂（libf4）、双(草酸根合)硼酸锂（libob）、二氟草酸硼酸锂（liodfb）、磺酰基双(氟磺酰)亚胺化锂（lisfsi）、羰基双(氟磺酰)亚胺化锂（licfsi）、高氯酸锂（liclo4）、四氯铝酸锂（lialcl4）、碘化锂（lii）、溴化锂（libr）、硫氰酸锂（liscn）、四苯基硼酸锂（lib(c6h5)4）、六氟砷酸锂（liasf6）、三氟甲磺酸锂（licf3so3）、双(三氟甲磺酰)亚胺化锂（lin(cf3so2)2）或其组合。
21.在各种方面，本技术还进一步提供了一种电化学电池，其包括设置在阳极与阴极之间的隔离件，和设置在隔离件中并桥接阳极与阴极的电解质，其中该电解质包含包括碳酸亚丙酯（pc）的溶剂；溶解在该溶剂中的锂盐；和溶解在该溶剂中的多种添加剂，其中该多种添加剂包括碳酸亚乙烯酯（vc）、二氟磷酸锂（lfo）和丙-1-烯-1,3-磺酸内酯（pes）。
22.在一方面，电解质的溶剂进一步包括碳酸亚乙酯（ec）、碳酸甲乙酯（emc）、碳酸二甲酯（dmc）、碳酸二乙酯（dec）或其组合。
23.在一方面，锂盐包括六氟磷酸锂（lipf6）。
24.在一方面，阳极包括石墨，其中该石墨在800次充电和放电循环后基本没有剥离。
25.在一方面，电化学电池在800次充电和放电循环后表现出大于或等于大约95%的容
量保持率。
26.在一方面，电化学电池在800次充电和放电循环后表现出大于或等于大约98%的容量保持率。
27.本发明公开了以下实施方案：1．电解质组合物，包含：包含碳酸亚丙酯（pc）的溶剂；溶解在所述溶剂中的锂盐；溶解在所述溶剂中的第一添加剂，所述第一添加剂配置为稳定阳极固体电解质界面；溶解在所述溶剂中的第二添加剂，所述第二添加剂配置为稳定阳极、阴极或锂盐中的至少一种；和溶解在所述溶剂中的第三添加剂，所述第三添加剂配置为稳定阳极、阴极或锂盐中的至少一种，其中所述第一、第二和第三添加剂在化学上是不同的。
28.2．根据实施方案1所述的电解质组合物，其中所述第一添加剂是碳酸亚乙烯酯（vc）。
29.3．根据实施方案1所述的电解质组合物，其中所述第二添加剂是二氟磷酸锂（lfo）。
30.4．根据实施方案1所述的电解质组合物，其中所述第三添加剂是丙-1-烯-1,3-磺酸内酯（pes）。
31.5．根据实施方案1所述的电解质组合物，包含：大于或等于大约0.05重量%至小于或等于大约5重量%的碳酸亚乙烯酯（vc）作为所述第一添加剂；大于或等于大约0.05重量%至小于或等于大约5重量%的二氟磷酸锂（lfo）作为所述第二添加剂；和大于或等于大约0.05重量%至小于或等于大约5重量%的丙-1-烯-1,3-磺酸内酯（pes）作为所述第三添加剂。
32.6．根据实施方案1所述的电解质组合物，其中所述溶剂进一步包含选自环状碳酸酯、无环碳酸酯、脂族羧酸酯、γ-内酯、链结构醚、环状醚及其组合的助溶剂。
33.7．根据实施方案1所述的电解质组合物，其中所述溶剂进一步包含选自碳酸亚乙酯（ec）、碳酸亚丁酯（bc）、氟代碳酸亚乙酯（fec）、碳酸二甲酯（dmc）、碳酸二乙酯（dec）、碳酸甲乙酯（emc）、甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、1,2-二甲氧基乙烷、1-2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷、乙基丙基醚（epe）、氟化线性碳酸酯（f-emc）、氟化醚（f-epe）、四氢呋喃（thf）、2-甲基四氢呋喃（2-me thf）及其组合的助溶剂。
34.8．根据实施方案1所述的电解质组合物，其中所述溶剂包含碳酸亚乙酯（ec）、碳酸亚丙酯（pc）和碳酸甲乙酯（emc）。
35.9．根据实施方案8所述的电解质组合物，其中所述溶剂包含ec:pc:emc比为大约30:5:65（w:w:w）的碳酸亚乙酯（ec）、碳酸亚丙酯（pc）和碳酸甲乙酯（emc）。
36.10．根据实施方案1所述的电解质组合物，其中所述锂盐包括六氟磷酸锂（lipf6）、
双(氟磺酰)亚胺化锂（lifsi）、双(三氟甲磺酰)亚胺化锂（litfsi）、四氟硼酸锂（libf4）、双(草酸根合)硼酸锂（libob）、二氟草酸硼酸锂（liodfb）、磺酰基双(氟磺酰)亚胺化锂（lisfsi）、羰基双(氟磺酰)亚胺化锂（licfsi）、高氯酸锂（liclo4）、四氯铝酸锂（lialcl4）、碘化锂（lii）、溴化锂（libr）、硫氰酸锂（liscn）、四苯基硼酸锂（lib(c6h5)4）、六氟砷酸锂（liasf6）、三氟甲磺酸锂（licf3so3）、双(三氟甲磺酰)亚胺化锂（lin(cf3so2)2）或其组合。
37.11．包含根据实施方案1所述的电解质组合物的电化学电池。
38.12．电解质组合物，包含：包含碳酸亚丙酯（pc）的溶剂；溶解在所述溶剂中的锂盐；和溶解在所述溶剂中的多种添加剂，其中所述多种添加剂包含碳酸亚乙烯酯（vc）、二氟磷酸锂（lfo）和丙-1-烯-1,3-磺酸内酯（pes）。
39.13．根据实施方案12所述的电解质组合物，包含：浓度为大于或等于大约5重量%至小于或等于大约70重量%的碳酸亚丙酯（pc）；浓度为大于或等于大约0.25 m至小于或等于大约2 m的锂盐；和各自的独立浓度为大于或等于大约0.05重量%至小于或等于大约5重量%的碳酸亚乙烯酯（vc）、二氟磷酸锂（lfo）和丙-1-烯-1,3-磺酸内酯（pes）。
40.14．根据实施方案12所述的电解质组合物，其中所述溶剂进一步包括碳酸亚乙酯（ec）、碳酸亚丁酯（bc）、氟代碳酸亚乙酯（fec）、碳酸二甲酯（dmc）、碳酸二乙酯（dec）、碳酸甲乙酯（emc）、甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、1,2-二甲氧基乙烷、1-2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷、乙基丙基醚（epe）、氟化线性碳酸酯（f-emc）、氟化醚（f-epe）、四氢呋喃（thf）、2-甲基四氢呋喃（2-me thf）或其组合，并且所述锂盐包括六氟磷酸锂（lipf6）、双(氟磺酰)亚胺化锂（lifsi）、双(三氟甲磺酰)亚胺化锂（litfsi）、四氟硼酸锂（libf4）、双(草酸根合)硼酸锂（libob）、二氟草酸硼酸锂（liodfb）、磺酰基双(氟磺酰)亚胺化锂（lisfsi）、羰基双(氟磺酰)亚胺化锂（licfsi）、高氯酸锂（liclo4）、四氯铝酸锂（lialcl4）、碘化锂（lii）、溴化锂（libr）、硫氰酸锂（liscn）、四苯基硼酸锂（lib(c6h5)4）、六氟砷酸锂（liasf6）、三氟甲磺酸锂（licf3so3）、双(三氟甲磺酰)亚胺化锂（lin(cf3so2)2）或其组合。
41.15．电化学电池，包含：设置在阳极与阴极之间的隔离件；和设置在隔离件中并桥接阳极与阴极的电解质，其中所述电解质包含：包含碳酸亚丙酯（pc）的溶剂；溶解在所述溶剂中的锂盐；和溶解在所述溶剂中的多种添加剂，其中所述多种添加剂包括碳酸亚乙烯酯（vc）、二氟磷酸锂（lfo）和丙-1-烯-1,3-磺酸内酯（pes）。
42.16．根据实施方案15所述的电化学电池，其中所述电解质的溶剂进一步包括碳酸亚乙酯（ec）、碳酸甲乙酯（emc）、碳酸二甲酯（dmc）、碳酸二乙酯（dec）或其组合。
43.17．根据实施方案15所述的电化学电池，其中所述锂盐包含六氟磷酸锂（lipf6）。
44.18．根据实施方案15所述的电化学电池，其中所述阳极包含石墨，并且其中所述石墨在800次充电和放电循环后基本没有剥离。
45.19．根据实施方案15所述的电化学电池，其中所述电化学电池在800次充电和放电循环后表现出大于或等于大约95%的容量保持率。
46.20．根据实施方案15所述的电化学电池，其中所述电化学电池在800次充电和放电循环后表现出大于或等于大约98%的容量保持率。
47.其它应用领域将由本文中提供的描述而变得显而易见。本发明内容中的描述和具体实例仅意在用于举例说明的目的，而非意在限制本公开的范围。
附图说明
48.本文中描述的附图仅用于举例说明所选实施方案的目的，而非所有可能的实施方式，并且无意限制本公开的范围。
49.图1是根据本技术的各个方面的电化学电池的图示说明。
50.图2显示了碳酸亚丙酯（pc）、碳酸亚乙烯酯（vc）、二氟磷酸锂（lfo）和丙-1-烯-1,3-磺酸内酯（pes）的分子结构。
具体实施方式
51.提供示例性实施方案从而使得本公开将为完全的，并使本公开将向本领域技术人员充分传达范围。阐述了许多具体细节，例如具体组成、组件、装置和方法的实例，以提供对本公开的实施方案的充分理解。对本领域技术人员将显而易见的是，不需要采用具体细节，示例性实施方案可表现为许多不同的形式，并且它们都不应被解释为限制本公开的范围。在一些示例性实施方案中，没有详细描述公知的方法、公知的装置结构和公知的技术。
52.本文中所用的术语仅为了描述特定的示例性实施方案，并且无意作为限制。除非上下文清楚地另行指明，如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”可旨在也包括复数形式。术语“包含”、“包括”、“涵盖”和“具有”是可兼的，并且因此指定了所述特征、元件、组合物、步骤、整数、操作和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或加入。尽管开放式术语“包括”应被理解为用于描述和要求保护本文中所述的各种实施方案的非限制性术语，但在某些方面，该术语或可被理解成替代性地为更具限制性和局限性的术语，如“由
……
组成”或“基本由
……
组成”。由此，对叙述组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤的任意给定实施方案，本公开还具体包括由或基本由此类所叙述组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤组成的实施方案。在“由
……
组成”的情况下，替代实施方案排除任何附加的组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤，而在“基本由
……
组成”的情况下，从此类实施方案中排除了实质上影响基本和新颖特性的任何附加的组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤，但是不在实质上影响基本和新颖特性的任何组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤可以包括在实施方案中。
53.在本公开通篇中，数值代表近似测量值或范围界限以涵盖与给定值的轻微偏差和大致具有所提及值的实施方案以及确切具有所提及值的实施方案。除了在详细描述最后提
供的工作实例中之外，本说明书（包括所附权利要求）中的（例如量或条件）参数的所有数值应被理解为在所有情况中被术语“大约”修饰，无论在该数值前是否实际出现“大约”。“大约”是指所述数值允许一定的轻微不精确（在一定程度上接近该值的精确值；大致或合理地近似该值；几乎是）。如果在本领域中不以这种普通含义另行理解由“大约”提供的不精确性，那么本文所用的“大约”是指可由测量和使用此类参数的普通方法造成的至少偏差。例如，“大约”可包括小于或等于5%、任选小于或等于4%、任选小于或等于3%、任选小于或等于2%、任选小于或等于1%、任选小于或等于0.5%，和在某些方面任选小于或等于0.1%的偏差。
54.此外，范围的公开包括在整个范围内的所有值和进一步细分范围的公开，包括对这些范围给出的端点和子范围。
55.现在将参照附图更充分地描述示例性实施方案。
56.电解质（包括在溶剂中的锂盐）提供了用于使锂离子在锂离子电池组（即循环锂离子的电化学电池）的充电和放电循环过程中在阳极与阴极之间穿越的介质。有益的是采用稳定的电解质以延长锂离子电池组的循环效率和寿命。因此，本技术提供了用于锂离子电池组的电解质，其包括在溶剂中的碳酸亚丙酯（pc）和至少三种添加剂。电解质是稳定化的，在于石墨阳极和/或基于锂的阴极当包括在包含该电解质的锂离子电池组中时不会变得剥离或降解。由此，锂离子电池组相对于包括相同组分但在电解质中不包括所有三种添加剂的相应锂离子电池组具有延长的容量保持率和寿命。
57.图1中显示了示例性电化学电池 20（在本文中也称为“电池组”），即循环锂离子的锂离子电池的示意图。除非另行明确说明，本文中所用的术语“离子”是指锂离子。电池组20包括负电极22、正电极24和设置在电极22、24之间的隔离件30（例如微孔聚合物隔离件）。电解质（即液体电解质）遍布隔离件30存在，并任选作为固体阳极电解质90存在于负电极22中和/或作为固体阴极电解质92存在于正电极24中。任选地，第一多个电解质粒子或第二液体电解质（即阳极电解质）90和/或第二多个电解质粒子或第三液体电解质（即阴极电解质）92也可与分别存在于负电极22和正电极24中的负极电活性粒子50和正电活性粒子60混合，以形成连续的电解质网络，其可为连续的固体-液体混合电解质网络。例如，负极电活性粒子50与正极电活性粒子60独立地（不与电解质混合）与第一/第二多个电解质粒子90、92混合、或与第二/第三液体电解质90、92混合。
58.负电极集流体32可位于负电极22处或附近，并且正电极集流体34可位于正电极24处或附近。负电极集流体32与正电极集流体34分别收集自由电子并使自由电子移动至外部电路40和由外部电路40集自由电子并使自由电子移动（如方框箭头所示）。例如，可中断外部电路40和负载装置42可连接负电极22（通过负电极集流体32）和正电极24（通过正电极集流体34）。复合电极还可以包括导电稀释剂，如炭黑或碳纳米管，其遍布限定负电极22和/或正电极24的材料分散。
59.电池组20可以通过在外部电路40闭合（以连接负电极22和正电极24）时且负电极22含有相对更大量的锂时发生的可逆电化学反应在放电过程中生成电流（由方框箭头显示）。负电极22与正电极24之间的化学势差驱动负电极22处通过插入锂的氧化产生的电子经外部电路40朝向正电极24。同样在负电极22处产生的离子同时经隔离件30向正电极24转移。电子流经外部电路40，并且锂离子经由电解质跨越隔离件30迁移至正电极24，在那里它们可被镀覆、反应或嵌入。可以利用和引导流经外部电路40的电流穿过负载装置42（在方框
箭头的方向上），直到负电极22中的锂耗尽且电池组20的容量降低。
60.可以通过将外部电源（例如充电装置）连接到电池组20上以逆转电池组放电过程中发生的电化学反应，从而随时为电池组20充电或重新供能。将外部电源连接到电池组20上引起了正电极24处一种或多种金属元素的非自发氧化，以产生电子和离子。电子（其通过外部电路40流回负电极22）和离子（其跨越隔离件30移动回到负电极22）在负电极22处重新结合，并为其补充锂以便在下一电池组放电循环过程中消耗。由此，每个放电和充电事件被认为是一个循环，其中离子在正电极24和负电极22之间循环。
61.可用于将电池组20充电的外部电源可根据电池组20的尺寸、构造和特定的最终用途而不同。一些值得注意和示例性的外部电源包括但不限于ac电源，如ac壁装电源插座，和机动车交流发电机。在许多的电池组20配置中，将负电极集流体32、负电极22、隔离件30、正电极24和正电极集流体34各自制备为相对薄的层（例如厚度由几微米至一毫米或更小）并且以电并联排列连接的层组装以提供合适的电能和功率包。在各种其它情况下，电池组20可包括串联连接的电极22、24。
62.此外，在某些方面，电池组20可包括尽管未在本文中描绘但本领域技术人员已知的多种其它组件。例如，作为非限制性实例，电池组20可包括外壳、垫圈、端子盖和可位于电池组20中（包括在负电极22、正电极24和/或隔离件30之间或附近）的任何其它常规组件或材料。如上所述，电池组20的尺寸和形状可根据其所设计用于的特定应用而有所不同。电池组供能的车辆和手持式消费电子设备是其中电池组20将最有可能被设计为不同尺寸、容量和功率输出规格的两个实例。电池组20还可与其它类似的锂离子电池或电池组串联或并联连接以产生更大的电压输出、能量和功率（如果负载装置42需要的话）。
63.因此，电池组20可以产生电流至可以操作地连接到外部电路40上的负载装置42。当电池组20放电时，负载装置42可完全或部分由穿过外部电路40的电流供能。虽然负载装置42可为任意数量的已知电动装置，作为非限制性实例，耗能负载装置的一些具体实例包括用于混合动力车或全电动车的电动机、膝上型计算机、平板计算机、蜂窝电话和无绳电动工具或电器。负载装置42还可为发电设备，其为了储存电能的目的将电池组20充电。
64.隔离件30设置在负电极22与正电极24之间。隔离件30通过夹在负电极22与正电极24之间以防止物理接触和防止发生短路来起到电绝缘体的作用。液体电解质溶液遍布隔离件30存在，并任选作为阳极电解质90存在于负电极22中和/或作为阴极电解质92存在于正电极24中。因此，除了在电极22、24之间提供物理屏障外，隔离件30在锂离子循环过程中像在开放孔隙的网络中含有电解质溶液的海绵那样起作用，以促进电池组20发挥作用。如上所述，正电极24与负电极22之间的化学势差驱动负电极22处通过嵌入锂的氧化产生的电子经外部电路40朝向正电极24。同样在负电极22处产生的锂离子同时经隔离件30中所含有的液体电解质溶液向正电极24转移。电子流经外部电路40，并且锂离子跨越含有电解质溶液的隔离件30迁移以便在正电极24处形成嵌入锂。
65.隔离件30起电绝缘体和机械支撑二者的作用。在一些方面，隔离件30包含聚烯烃，其可为微孔的。聚烯烃可为均聚物（衍生自单一单体成分）或杂聚物（衍生自超过一种单体成分），其可为直链或支链的。当为杂聚物时，聚烯烃可衍生自两种单体成分。聚烯烃可采取任何共聚物链排列，包括嵌段共聚物或无规共聚物的那些。类似地，如果聚烯烃是衍生自超过两种单体成分的杂聚物，则其同样可为嵌段共聚物或无规共聚物。在某些方面，聚烯烃可
为聚乙烯（pe）、聚丙烯（pp）或聚乙烯（pe）与聚丙烯（pp）的共混物。
66.当隔离件30是微孔聚合物隔离件时，其可为单层或多层层合材料，其可由干法或湿法制造。例如，在一个实施方案中，单个聚烯烃层可形成整个微孔聚合物隔离件30。在其它方面，隔离件30可为纤维膜，其具有在相对表面之间延伸的大量孔隙，并可具有例如小于1毫米的厚度。作为另一实例，可组装相似或不相似的聚烯烃的多个离散层以形成微孔聚合物隔离件30。聚烯烃可为均聚物（衍生自单一单体成分）或杂聚物（衍生自超过一种单体成分），其可为直链或支链的。如果杂聚物衍生自两种单体成分，则聚烯烃可采取任何共聚物链排列，包括嵌段共聚物或无规共聚物的那些。类似地，如果聚烯烃是衍生自超过两种单体成分的杂聚物，则其同样可为嵌段共聚物或无规共聚物。在某些方面，聚烯烃可为聚乙烯（pe）、聚丙烯（pp）、聚乙烯（pe）与聚丙烯（pp）的共混物，或聚乙烯（pe）和/或聚丙烯（pp）的多层结构多孔膜。微孔聚合物隔离件30除聚烯烃之外还可包含其它聚合物，例如但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）、聚偏二氟乙烯（pvdf）和/或聚酰胺。市售聚烯烃多孔膜包括可获自celgard llc的celgard
®ꢀ
2500（单层聚丙烯隔离件）和celgard
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2320（三层聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯隔离件）二者。聚烯烃层和任何其它任选聚合物层可进一步包括在微孔聚合物隔离件30中作为纤维层，以帮助为微孔聚合物隔离件30提供适当的结构和孔隙率特性。设想了可用于形成隔离件30的各种常规可用的聚合物和商业产品，以及可用于生产此类微孔聚合物隔离件30的许多制造方法。
67.当为聚合物时，隔离件30可与陶瓷材料混合，或其表面可涂布陶瓷材料。例如，陶瓷涂层可包括陶瓷氧化物如氧化铝（al2o3）、二氧化硅（sio2）、二氧化钛（tio2）、锂镧锆氧化物（llzo）、锂镧钛氧化物（llto）、磷酸锂铝钛（latp）、锂超离子导体（lisicon）、锂磷氧氮（lipon）或其组合。在各种替代实施方案中，代替上述聚合物材料，隔离件30包含具有大于或等于大约10体积%至小于或等于大约50体积%的高孔隙率的生坯陶瓷氧化物（即未经烧结或以其它方法致密化的陶瓷氧化物）。
68.负电极22可由锂基质材料形成，其能够充当锂离子电池组的负极端子。例如，在某些变体中，负电极22可由多个负极电活性粒子50限定。在某些情况下，如所示那样，负电极22是包含负极电活性粒子50与阳极电解质90的混合物的复合材料。例如，负电极22可包含大于或等于大约10重量%至小于或等于大约95重量%，且在某些方面任选大于或等于大约50重量%至小于或等于大约90重量%的负极电活性粒子50，以及大于或等于大约5重量%至小于或等于大约90重量%，且在某些方面任选大于或等于大约10重量%至小于或等于大约40重量%的阳极电解质90。此类负电极22可在负极电活性粒子50和/或阳极电解质90（当为固态阳极电解质粒子形式时）之间具有大于或等于大约0体积%至小于或等于大约20体积%的颗粒间孔隙率82。阳极电解质90可与阴极电解质92相同或不同。
69.在某些变体中，负极电活性粒子50可为基于锂的，包含例如锂合金。在其它变体中，负极电活性粒子50可为基于硅的，包含例如硅、二氧化硅或硅合金。在再其它变体中，负电极22可为碳质阳极，并且负极电活性粒子50可包含一种或多种负极电活性材料，如石墨、石墨烯和碳纳米管（cnts）。在再其它变体中，负电极22可包含一种或多种负极电活性材料，如锂钛氧化物（li4ti5o
12
）；一种或多种金属氧化物，如五氧化二钒（v2o5）；和金属硫化物，如硫化亚铁（fes）。
70.在某些变体中，负极电活性粒子50可任选与一种或多种提供电子导电路径的导电
材料和/或至少一种改进负电极22的结构完整性的聚合物粘合剂材料掺合。例如，负极电活性粒子50可任选与粘合剂，如聚偏二氟乙烯（pvdf）、聚四氟乙烯（ptfe）、乙烯丙烯二烯单体（epdm）橡胶、丁腈橡胶（nbr）、苯乙烯-丁二烯橡胶（sbr）、羧甲基纤维素（cmc）和/或聚丙烯酸锂（lipaa）粘合剂掺合。导电材料可包括例如基于碳的材料或导电聚合物。基于碳的材料可包括例如石墨、乙炔黑（如ketchen
™
黑或denka
™
黑）、碳纤维和纳米管、石墨烯等等的粒子。导电聚合物的实例可包括聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、聚吡咯等等。在某些变体中，导电添加剂可包括例如选自简单氧化物（如ruo2、sno2、zno、ge2o3）、超导氧化物（如yba2cu3o7、la
0.75
ca
0.25
mno3）、碳化物（如sic2）、硅化物（如mosi2）和硫化物（如cos2）的一种或多种非碳导电添加剂。
71.在某些方面，如当负电极22（即阳极）不包括锂金属时，可使用导电材料的混合物。例如，负电极22可包括大于或等于大约0重量%至小于或等于大约25重量%、任选大于或等于大约0重量%至小于或等于大约10重量%、且在某些方面任选大于或等于大约0重量%至小于或等于大约5重量%的一种或多种导电添加剂，以及大于或等于大约0重量%至小于或等于大约20重量%、任选大于或等于大约0重量%至小于或等于大约10重量%、且在某些方面任选大于或等于大约0重量%至小于或等于大约5重量%的一种或多种粘合剂。负电极集流体32可由铜或本领域技术人员已知的任何其它适当的导电材料形成。
72.正电极24可由在充当电池组20的正极端子的同时可以经受锂嵌入和脱嵌的基于锂的电活性材料形成。例如，在某些变体中，正电极24可由多个正极电活性粒子60限定。在某些情况下，如所示那样，正电极24是包含正极电活性粒子60与阴极电解质92的混合物的复合材料。例如，正电极24可包括大于或等于大约10重量%至小于或等于大约95重量%、且在某些方面任选大于或等于大约50重量%至小于或等于大约90重量%的正极电活性粒子60，以及大于或等于大约5重量%至小于或等于大约70重量%、且在某些方面任选大于或等于大约10重量%至小于或等于大约30重量%的阴极电解质92。此类正电极24可在正极电活性粒子60和/或阴极电解质92（当为固态阴极电解质粒子形式时）之间具有大于或等于大约1体积%至小于或等于大约20体积%且任选大于或等于大约5体积%至小于或等于大约10体积%的颗粒间孔隙率84。在各种方面，正电极24可为层状氧化物阴极、尖晶石阴极和聚阴离子阴极之一。例如，在层状氧化物阴极（例如岩盐层状氧化物）的情况下，正极电活性粒子60可包含选自licoo2、lini
x
mnyco
1-x-y
o2（其中0 ≤ x ≤ 1和0 ≤ y ≤ 1）、lini
x
mn
1-x
o2（其中0 ≤ x ≤ 1）和li
1+x
mo2（其中0 ≤ x ≤ 1）的一种或多种正极电活性材料。尖晶石阴极可包括一种或多种正极电活性材料，如limn2o4和lini
x
mn
1.5
o4。聚阴离子阴极可包括例如磷酸盐，如lifepo4、livpo4、liv2(po4)3、li2fepo4f、li3fe3(po4)4或li
3v2
(po4)f3；和/或硅酸盐，如lifesio4。以这种方式，在各种方面，正极电活性粒子60可包含一种或多种选自licoo2、lini
x
mnyco
1-x-y
o2（其中0 ≤ x ≤ 1和0 ≤ y ≤ 1）、lini
x
mn
1-x
o2（其中0 ≤ x ≤ 1）、li
1+x
mo2（其中0 ≤ x ≤ 1）、limn2o4、lini
x
mn
1.5
o4、lifepo4、livpo4、liv2(po4)3、li2fepo4f、li3fe3(po4)4、li
3v2
(po4)f3、lifesio4及其组合的正极电活性材料。在某些方面，正极电活性粒子60可被涂布（例如被al2o3）和/或正极电活性材料可被掺杂（例如被镁）。
73.在某些变体中，正极电活性粒子60可任选与一种或多种提供电子导电路径的导电材料和/或至少一种改进正电极24的结构完整性的聚合物粘合剂材料掺合。例如，正极电活性粒子60可任选与粘合剂，如聚偏二氟乙烯（pvdf）、聚四氟乙烯（ptfe）、乙烯丙烯二烯单体
（epdm）橡胶、丁腈橡胶（nbr）、苯乙烯-丁二烯橡胶（sbr）和/或聚丙烯酸锂（lipaa）粘合剂掺合。导电材料可包括例如基于碳的材料、镍粉或其它金属粒子，或导电聚合物。基于碳的材料可包括例如石墨、乙炔黑（如ketchen
™
黑或denka
™
黑）、碳纤维和纳米管、石墨烯等等的粒子。导电聚合物的实例可包括聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、聚吡咯等等。
74.在某些方面，可使用导电材料的混合物。例如，正电极24可包括大于或等于大约0重量%至小于或等于大约25重量%、任选大于或等于大约0重量%至小于或等于大约10重量%、且在某些方面任选大于或等于大约0重量%至小于或等于大约5重量%的一种或多种导电添加剂，以及大于或等于大约0重量%至小于或等于大约20重量%、任选大于或等于大约0重量%至小于或等于大约10重量%、且在某些方面任选大于或等于大约0重量%至小于或等于大约5重量%的一种或多种粘合剂。正电极集流体34可由铝或本领域技术人员已知的任何其它适当的导电材料形成。
75.由于电池组20中粒子之间的颗粒间孔隙率82、84，电活性粒子50、60与固体形式时的阳极电解质90和阴极电解质92之间的直接接触可比与液体形式时阳极电解质和阴极电解质之间的接触低得多。为了改进电活性粒子50、60与固体阳极电解质90和阴极电解质92之间的接触，可在电极中提高电活性粒子50、60的量。
76.电解质能够在负电极22与正电极24之间传导锂离子。根据本技术，电解质是液体组合物，其包含溶剂、溶解在溶剂中的锂盐、和溶解在溶剂中的至少三种添加剂。溶剂是有机的，并且作为非限制性实例，包括烷基碳酸酯，如环状碳酸酯（碳酸亚丙酯(pc)、碳酸亚乙酯(ec)、碳酸亚丁酯(bc)）、氟化环状碳酸酯（氟代碳酸亚乙酯(fec)）、无环碳酸酯（碳酸二甲酯(dmc)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸甲乙酯(emc)）、脂族羧酸酯（甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯）、γ-内酯（γ-丁内酯、γ-戊内酯）、链结构醚（1,2-二甲氧基乙烷、1-2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷、乙基丙基醚(epe)、氟化线性碳酸酯(f-emc)、氟化醚(f-epe)）、环状醚（四氢呋喃(thf)、2-甲基四氢呋喃(2-me thf)）或其组合。由此，溶剂可以包括多种助溶剂。
77.当溶剂包括碳酸亚丙酯（pc）时，尤其当负电极22包含石墨时，电解质具有多种特定的益处。因此，在一些方面，溶剂包括碳酸亚丙酯（pc）（参见图2）和至少一种附加的助溶剂。碳酸亚丙酯（pc）以大于或等于大约5重量%至小于或等于大约80重量%的浓度包含在电解质中，包括以大约5重量%、大约10重量%、大约15重量%、大约20重量%、大约25重量%、大约30重量%、大约35重量%、大约40重量%、大约45重量%、大约50重量%、大约55重量%、大约60重量%、大约65重量%、大约70重量%、大约75重量%或大约80重量%的浓度。作为非限制性实例，至少一种附加助溶剂是碳酸亚乙酯（ec）、碳酸亚丁酯（bc）、氟代碳酸亚乙酯（fec）、碳酸二甲酯（dmc）、碳酸二乙酯（dec）、碳酸甲乙酯（emc）、甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、1,2-二甲氧基乙烷、1-2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷、乙基丙基醚（epe）、氟化线性碳酸酯（f-emc）、氟化醚（f-epe）、四氢呋喃（thf）、2-甲基四氢呋喃（2-me thf）或其组合。在一种示例性电解质中，溶剂包括碳酸亚丙酯（pc），以及以下中的至少一种：碳酸亚乙酯（ec）、碳酸甲乙酯（emc）、碳酸二甲酯（dmc）或碳酸二乙酯（dec）。在另一种示例性电解质中，溶剂包括碳酸亚乙酯（ec）、碳酸亚丙酯（pc）和碳酸甲乙酯（emc），其中可以以大约30:5:65（w:w:w）的ec:pc:emc比包含碳酸亚乙酯（ec）、碳酸亚丙酯（pc）和碳酸甲乙酯（emc）。在一些方面，电解质基本不含水性溶剂。“基本不含水性溶剂”是指在电解质中仅
可以作为不可避免的杂质，如以该电解质的小于或等于大约5重量%的浓度包含水性溶剂。
78.作为非限制性实例，锂盐是六氟磷酸锂（lipf6）、双(氟磺酰)亚胺化锂（lifsi）、双(三氟甲磺酰)亚胺化锂（litfsi）、四氟硼酸锂（libf4）、双(草酸根合)硼酸锂（libob）、二氟草酸硼酸锂（liodfb）、磺酰基双(氟磺酰)亚胺化锂（lisfsi）、羰基双(氟磺酰)亚胺化锂（licfsi）、高氯酸锂（liclo4）、四氯铝酸锂（lialcl4）、碘化锂（lii）、溴化锂（libr）、硫氰酸锂（liscn）、四苯基硼酸锂（lib(c6h5)4）、六氟砷酸锂（liasf6）、三氟甲磺酸锂（licf3so3）、双(三氟甲磺酰)亚胺化锂（lin(cf3so2)2）或其组合。以大于或等于大约0.25 m至小于或等于大约2 m的浓度在电解质中，即在溶剂中提供锂盐，包括以大约0.25m、大约0.5 m、大约0.75 m、大约1 m、大约1.25 m、大约1.5 m、大约1.75 m或大约2 m的浓度。当电解质中包含超过一种锂盐时，每种锂盐以大于或等于大约0.25 m至小于或等于大约2 m的浓度独立地包含。
79.至少三种添加剂包括溶解在溶剂中的第一添加剂，该第一添加剂配置为稳定阳极固体电解质界面；溶解在溶剂中的第二添加剂，该第二添加剂配置为稳定阳极、阴极和锂盐；以及溶解在溶剂中的第三添加剂，该第三添加剂配置为稳定阳极、阴极和锂盐。第一、第二和第三添加剂在化学上是不同的（即添加剂均不具有相同的化学结构），并单独和独立地以大于或等于大约0.05重量%至小于或等于大约5重量%的浓度包含在电解质中，包括以大约0.05重量%、大约0.1重量%、大约0.25重量%、大约0.5重量%、大约0.75重量%、大约1重量%、大约1.25重量%、大约1.5重量%、大约1.75重量%、大约2重量%、大约2.25重量%、大约2.5重量%、大约2.75重量%、大约3重量%、大约3.25重量%、大约3.5重量%、大约3.75重量%、大约4重量%、大约4.25重量%、大约4.5重量%、大约4.75重量%或大约5重量%的单独且独立的浓度。在一些方面，第一添加剂是碳酸亚乙烯酯（vc），第二添加剂是二氟磷酸锂（lfo）（lipo2f2），且第三添加剂是丙-1-烯-1,3-磺酸内酯（pes）。碳酸亚乙烯酯（vc）、二氟磷酸锂（lfo）和丙-1-烯-1,3-磺酸内酯（pes）的分子结构显示在图2中。
80.在某些方面，电解质包括碳酸亚丙酯（pc）作为溶剂组分，并包括碳酸亚乙烯酯（vc）、二氟磷酸锂（lfo）和丙-1-烯-1,3-磺酸内酯（pes）作为添加剂。尽管在电解质中可以包含额外的添加剂，但要理解的是，添加剂可限于碳酸亚乙烯酯（vc）、二氟磷酸锂（lfo）和丙-1-烯-1,3-磺酸内酯（pes）。因此，添加剂可以包含、基本由以下组成或由以下组成：碳酸亚乙烯酯（vc）、二氟磷酸锂（lfo）和丙-1-烯-1,3-磺酸内酯（pes），其中“基本上由
…
组成”是指尽管在电解质中并未有意包括其它添加剂，但可包括不可避免的杂质，例如以相对于三种添加剂的总重量小于或等于大约10重量%的浓度。
81.在某些其它方面，电解质包含、基本由以下组成或由以下组成：溶剂、锂盐以及碳酸亚乙烯酯（vc）、二氟磷酸锂（lfo）和丙-1-烯-1,3-磺酸内酯（pes），其中该溶剂包括碳酸亚丙酯（pc）和至少一种上述助溶剂。如本文中所用的“基本上由
…
组成”是指尽管在电解质中并未有意包括其它组分，但可包括不可避免的杂质，例如以相对于电解质的总重量小于或等于大约10重量%的浓度。作为非限制性实例，溶剂包含、基本由以下组成（即仅附加地包含不可避免的杂质）或由以下组成：ec:pc:emc比为大约30:5:65（w:w:w）的碳酸亚乙酯（ec）、碳酸亚丙酯（pc）和碳酸甲乙酯（emc），浓度为1 m的锂盐，和2重量%的碳酸亚乙烯酯（vc）、二氟磷酸锂（lfo）和丙-1-烯-1,3-磺酸内酯（pes）的每一种。作为非限制性实例，锂盐可以至少包括六氟磷酸锂（lipf6）。
82.重新参照图1，当电池组20在负电极22中包括包含石墨、基本由石墨组成或由石墨
组成的负极电活性粒子50且电解质包含至少三种添加剂和任选的碳酸亚丙酯（pc）作为溶剂组分时，石墨在500次充电和放电循环后、在600次充电和放电循环后、在700次充电和放电循环后、在800次充电和放电循环后、在900次充电和放电循环后、或在1000次充电和放电循环后没有或基本没有剥离。类似地，正电极24的正极电活性粒子60在相同数量的充电和放电循环中没有或基本没有降解。“基本没有”是指在500次充电和放电循环后、在600次充电和放电循环后、在700次充电和放电循环后、在800次充电和放电循环后、在900次充电和放电循环后、或在1000次充电和放电循环后如果发生任何负电极22的剥离和/或正电极24的降解，其对电化学电池的容量保持率、库伦效率或寿命不具有实质影响，其中“实质影响”是容量保持率、库伦效率或寿命中的任意一种降低大于或等于大约5%。由此，电池组20在500次充电和放电循环后、在600次充电和放电循环后、在700次充电和放电循环后、在800次充电和放电循环后、在900次充电和放电循环后、或在1000次充电和放电循环后表现出大于或等于大约95%、大于或等于大约98%、或大于或等于大约99%的容量保持率。电池组20在500次充电和放电循环后、在600次充电和放电循环后、在700次充电和放电循环后、在800次充电和放电循环后、在900次充电和放电循环后、或在1000次充电和放电循环后附加地表现出大于或等于大约95%、大于或等于大约98%、或大于或等于大约99%的库伦效率。因此，电池组20相对于包含相同组分但在电解质中未包含所有三种添加剂的对应电池组具有优异的容量保持率和库伦效率。因此，该电池组相对于包含相同组分但在电解质中未包含所有三种添加剂的对应电池组附加地具有更长的寿命。
83.已经为了举例说明和描述的目的而提供实施方案的上述描述。其无意穷举或限制本公开。一个特定实施方案的单个要素或特征通常不限于该具体实施方案，而是在适用时可互换并可以用于所选实施方案，即使没有明确展示或描述。相同内容也可以以许多方式改变。此类改变不应被视为背离本公开，并且所有这样的修改意在包括在本公开的范围内。