用于电化学电池的改进的电解液的制作方法

本公开涉及一种用于电化学电池的电解液(electrolyte，电解质)，包括包含至少两种碳酸酯溶剂的溶剂混合物。本公开还涉及一种用于电化学电池的电解液，包括包含共溶剂dmc、共溶剂ec和共溶剂pc以及添加剂scn和fec的溶剂混合物，其中，添加剂scn和fec中的每者的质量％小于5％。

背景技术：

1、高性能和低成本的电池对于许多应用是有利的，例如电动车辆或电网的能量存储。目前市场领先的电池技术是锂离子电池技术。现有技术锂离子电池采用例如某些石墨基阳极、金属氧化物阴极和有机电解液。商业上优选的阴极配方通常基于镍-钴-锰氧化物(ncm)、钴-氧化物(lco)或镍-钴-铝(nca)配方。然而，这些阴极配方的长期前景受到钴供应有限的阻碍，钴供应是未来电池产量增加的已知瓶颈。因此，虽然ncm产生最高的能量密度，但其钴含量限制了其生产的可扩展性。为了避免钴，通常使用磷酸铁锂(lfp)阴极材料，即使它会导致能量密度降低。用于这些阳极和阴极的商业上优选的电解液配方基于碳酸酯溶剂与lipf6电解液盐的混合物。然而，lipf6电解液盐的低化学稳定性限制了电池工作温度范围，并且需要对电池组进行复杂且昂贵的热管理。此外，在热失控或其它电池滥用条件下，lipf6与其它电解液分子反应，产生有毒化合物。本条例旨在解决上述问题。

技术实现思路

1、根据本发明的一个实施方式，为了提高电池的安全性和工作温度范围，低化学稳定性的lipf6电解液盐被更稳定的替代盐取代，其给出类似的电解液导电性。所述电解液可以与广泛的阳极、阴极和隔膜兼容。因此，本发明的一个方面通常涉及用于锂基电池例如锂离子电池的电解液，其可以在升高的温度下提供良好的性能。该电解液可以与高容量锂金属氧化物阴极活性材料兼容。本发明还涉及耐高温(例如，大于60℃)的电解液，其可以在高电流下稳定循环多次。本发明的另一方面涉及由所述电解液制成的电化学电池。这些电池可以表现出高温耐受性和长循环寿命。

2、本发明的另一方面是阴极材料，其可以与所述电解液相容。阴极可以不含钴和镍。

3、公开了一种用于电化学电池的电解液，其包括包含至少两种碳酸酯溶剂的溶剂混合物。至少一种碳酸酯溶剂可以是碳酸乙烯酯(ec)(ethylene carbonate(ec)，碳酸亚乙酯(ec))和/或至少一种碳酸酯溶剂可以包括碳酸二甲酯(dmc)。至少一种碳酸酯溶剂可以包括碳酸丙烯酯(pc)(propylene carbonate(pc)，碳酸亚丙酯(pc))。电解液还可以包括至少两种电解液添加剂。至少一种电解液添加剂可以包括碳酸酯类添加剂(carbonate-typeadditive)或腈类添加剂(nitrile-type additive)。至少一种电解液添加剂包括非离子有机添加剂。第二添加剂可以包括腈类添加剂。至少一种非离子有机添加剂可以包含环状碳酸酯类添加剂(cyclic carbonate based additive)或二氧戊环。至少一种环状碳酸酯类添加剂可以包含1,3-环状碳酸酯、氯代碳酸乙烯酯和/或氟代碳酸乙烯酯(fec)和/或其组合。至少一种腈类添加剂可以包括乙腈、己二腈、戊二腈、庚二腈、丙二腈(mln)和/或琥珀腈(scn)和/或其组合。电解液还可以包括锂盐。锂盐浓度可以在0.1m至6m之间。至少一种锂盐可以包括四氟硼酸锂(libf4)、双(草酸)硼酸锂(libob)(lithium bis(oxalato)borate(libob))、六氟磷酸锂(lipf6)、二氟草酸硼酸锂(lidfob)或其任意组合。碳酸酯溶剂的数量可以是三。三种碳酸酯溶剂可以是碳酸乙烯酯(ec)、碳酸丙烯酯(pc)和碳酸二甲酯(dc)。任何单独添加剂的量可以是电解液的总质量的0.01质量％至15质量％。至少一种非离子有机添加剂可以是氟代碳酸乙烯酯(fec)。腈类添加剂中的至少一种可以是琥珀腈(scn)。非离子有机添加剂的质量比例可以是电解液的总质量的0.5％至5％。腈类添加剂的质量比例可以是电解液的总质量的0.1％至3％。

4、描述了一种用于电化学电池的电解液，包含主要锂盐(primary lithium salt)。主要锂盐可以占电解液中的锂盐的至少50％。电解液可以包括溶剂混合物。溶剂混合物可以包含作为共溶剂的琥珀腈(scn)。溶剂混合物可以包含一种或多种碳酸酯类共溶剂。碳酸酯类共溶剂可以占电解液的至少5质量％。碳酸酯类共溶剂中的至少一种可以具有sei形成能力。一种碳酸酯类共溶剂可以是氟亚乙基碳酸酯(fec)。一种碳酸酯类共溶剂可以是fec。另一种碳酸酯类共溶剂可以是dmc。一种碳酸酯类共溶剂可以是fec，而另一种碳酸酯类共溶剂可以是dmc。主要锂盐可以是lidfob、lipf6、libf4、libob或litfsi。电解液还可以包括次要锂盐(secondary lithium salt)。次要锂盐可以占电解液中总锂盐的50％以下。次要锂盐可以是含硼的锂盐。含硼锂盐可以是lidfob、libf4和/或libob或其任意组合。

5、描述了用于电化学电池的电解液。电解液可以包括溶剂混合物。溶剂混合物可以包含共溶剂dmc、共溶剂ec和共溶剂pc中的一种、两种或全部。溶剂可以包括添加剂scn和fec中的一种或两种。添加剂scn和fec中的每种的质量％可以小于5％。

6、一种电化学电池，包括上述的任意电解液、阳极和阴极。阴极可以包括锂锰镍氧化物(lmno)、磷酸锰铁锂(lmfp)、镍钴锰氧化物(ncm)、钴氧化物(lco)、镍钴铝(nca)和/或磷酸铁锂(lfp)。阳极可以包括锂、碳和/或硅。阳极可以包括天然和/或人造石墨、硬碳、石墨-硅混合物、硅、硅氧化物(sio)、硅、lto(锂-钛-氧化物)和/或金属锂。根据本发明，其它阳极和阴极也是可能的。

7、本发明的电解液可以同时实现更高性能、更安全和更鲁棒以及可扩展和可持续的电池。本文描述的用于基于锂离子的电池的电解液可以具有改进的温度耐受性。改进的温度容差可以超过用于车辆、电网存储和稳定以及其它应用的适当温度范围。特别地，电解液可以适用于高达甚至超过60℃的工作温度。此外，电解液可以提供改进的高功率性能和/或承受高电流的能力。例如，电解液可以允许一些电池在恒流放电下工作，甚至超过5c，并且可以超过10c脉冲电流放电。相应的电池可以重复充电和放电。本发明的电解液可以提供改进的循环寿命。例如，充电/放电循环的次数可以超过1000个循环，甚至可以超过1500个循环，甚至可以超过5000个循环。电池可以能够以高效率运行(在2c充电/放电时大于95％的rt效率)。电池可以使用普通的原材料。电池可以不含钴、镍和/或稀土金属。电池可以是无毒的。电池可能不会产生有毒化合物，如氟化氢(hf)。电池不可能产生其它有毒化合物。电池可以不易燃。电池可以优选地具有4.2v+/-0.5v，且更优选地具有4.2v+/-0.4v，且更优选地具有4.2v+/-0.3v，且更优选地具有4.2v+/-0.2v，以及最优选地具有4.2v+/-0.1v的最大充电电压极限。电池可以具有介于其极限的任意组合之间的最大充电电压。电池可以优选地具有2.5v+/-0.5v，且更优选地具有2.5v+/-0.4v，且更优选地具有2.5v+/-0.3v，且更优选地具有2.5v+/-0.2v，以及最优选地具有2.5v+/-0.1v放电电压极限。电池可以具有介于其极限的任意组合之间的最小电压。电池可以优选地具有3.8v+/-0.5v，且更优选地具有3.8v+/-0.4v，且更优选地具有3.8v+/-0.3v，且更优选地具有3.8v+/-0.2v，以及最优选地具有3.8v+/-0.1v的标称工作电压。所公开的发明的工作电压和能量密度性能可以与目前市场领先的电池单元的性能处于相同的水平。因此，这些公开的改进不会以牺牲电池性能为代价。因此，所描述的发明有益于工业和商业。