用于循环锂离子的电化学电池的电解质的制作方法

本公开涉及电解质配方和电解质添加剂，以及包含它们的电化学电池。包含所述电解质配方的电化学电池可以包括包含富镍电活性材料的正电极和包含体积膨胀负极电活性材料例如硅的负电极。。

背景技术：

1、本部分提供了与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。

2、需要先进的储能设备和系统以满足各种产品的能量和/或电力需求，所述产品包括汽车产品例如启停系统(例如12v启停系统)、电池组辅助系统、混合动力电动汽车(″hev″)和电动汽车(″ev″)。典型的锂离子电池组包括至少两个电极和电解质和/或隔离件。所述两个电极中的一个可以充当正电极或阴极以及另一个电极可以充当负电极或阳极。填充有液体或固体电解质的隔离件可以设置于所述负电极和正电极之间。所述电解质适合在所述电极之间传导锂离子并且类似于所述两个电极可以是固体和/或液体形式和/或其杂合体。在包括固态电极和固态电解质(或固态隔离件)的固态电池组的情况中，所述固态电解质(或固态隔离件)可以将所述电极物理隔离从而不需要单独的隔离件。

3、很多不同的材料可以用来产生用于锂离子电池组的组件。例如，在各个方面中，正电极包含富镍电活性材料(例如，过渡金属晶格上大于或等于约0.8摩尔分数)，例如nmc(lini1-x-ycoxmnyo2)(其中0.01≤x≤0.33、0.01≤y≤0.33)或ncma(lini1-x-y-zcoxmnyalzo2)(其中0.02≤x≤0.20、0.01≤y≤0.12、0.01≤z≤0.08)，所述富镍电活性材料能够提供改善的容量能力(例如大于200mah/g)同时在不损害所述正电极的结构稳定性的情况下允许额外的锂提取。负电极通常包含锂插入材料或合金主体材料。例如，用于形成阳极的典型的电活性材料包括石墨和其他形式的碳、硅和氧化硅、锡和锡合金。某些阳极材料具有特别的优点。尽管具有372mah·g-1的理论比容量的石墨在锂离子电池组中使用最为广泛，但具有高比容量例如范围在约900mah·g-1至约4200mah·g-1的高比容量的阳极材料正越来越受到关注。例如，硅具有已知最高的锂理论容量(例如约4200mah·g-1)，使其成为用于可再充电锂离子电池组的有吸引力的材料。然而，在锂化和去锂化期间此类材料通常易于遭受巨大的体积膨胀，其可导致颗粒粉碎、电接触的丧失和不稳定的固体-电解质界面(sei)形成，造成电极塌陷(electrode collapse)和容量衰退。因此，希望开发能够应对这些挑战的改善的材料以及制造和使用它们的方法。

技术实现思路

1、本部分提供了本公开的一般概述，而不是其全部范围或其所有特征的全面公开。

2、本公开涉及电解质配方和电解质添加剂，以及包含它们的电化学电池。包含所述电解质配方的电化学电池可以包括包含富镍电活性材料的正电极和包含体积膨胀负极电活性材料例如硅的负电极。

3、在各个方面中，本公开提供循环锂离子的电化学电池，所述电化学电池可以包括第一电极、第二电极和设置在它们之间的隔离层。所述第一电极可以包含含有大于或等于约80％镍(ni)的富镍正极电活性材料。所述第二电极可以包含基于硅的负极电活性材料。所述电化学电池还可以包括与所述富镍正极电活性材料和所述基于硅的负极电活性材料中的至少一者接触的电解质。所述电解质可以包含大于或等于约0.5重量％至小于或等于约1重量％的选自由以下各项组成的组的电解质添加剂：二氟磷酸锂(lipo2f2)、硫酸亚乙酯(ethylene sulfate，dtd)及其组合。

4、在一方面中，所述电解质进一步包含溶剂混合物。所述溶剂混合物可以包含碳酸亚乙酯(ethylene carbonate，ec)和碳酸二甲酯(dimethyl carbonate，dmc)。

5、在一方面中，碳酸亚乙酯(ec)和碳酸二甲酯(dmc)之间的质量比可以为约3∶7。

6、在一方面中，所述电解质可以进一步包含大于或等于约0.5重量％至小于或等于约1.5重量％的碳酸亚乙烯酯(vinylene carbonate，vc)。

7、在一方面中，所述电解质可以进一步包含大于或等于约0.5重量％至小于或等于约2重量％的碳酸氟代亚乙酯(fluoroethylene carbonate，fec)。

8、在一方面中，所述电解质可以包含大于或等于约0.5重量％至小于或等于约1重量％的二氟磷酸锂(lipo2f2)和大于或等于约0.5重量％至小于或等于约1重量％的硫酸亚乙酯(dtd)。

9、在一方面中，所述电解质可以进一步包含溶剂混合物。所述溶剂混合物可以包含碳酸亚乙酯(ec)和碳酸二甲酯(dmc)，其中碳酸亚乙酯(ec)和碳酸二甲酯(dmc)之间的质量比为约3∶7。所述溶剂混合物还可以包含约1重量％的碳酸亚乙烯酯(vc)和约2重量％的碳酸氟代亚乙酯(fec)。

10、在一方面中，所述电解质可以包含约1重量％的硫酸亚乙酯(dtd)和约1重量％的二氟磷酸锂(lipo2f2)。

11、在一方面中，所述富镍正极电活性材料可以由以下化学式表示：

12、lim1xm2ym3zm4(1-x-y-z)o2

13、其中m1包含镍(ni)且m2、m3和m4是独立地选自由以下各项组成的组的过渡金属：锰(mn)、钴(co)、铝(al)、铁(fe)及其组合，0.8≤x≤1、0≤y≤1且0≤z≤1。

14、在各个方面中，本公开提供循环锂离子的电化学电池。所述电化学电池可以包括第一电极、第二电极和设置在所述第一电极和所述第二电极之间的隔离层。所述第一电极可以包含与正极电活性材料混合的电解质。所述正极电活性材料可以由以下化学式表示：

15、lim1xm2ym3zm4(1-x-y-z)o2

16、其中m1包含镍(ni)且m2、m3和m4是独立地选自由以下各项组成的组的过渡金属：锰(mn)、钴(co)、铝(al)、铁(fe)及其组合，0.8≤x≤1、0≤y≤1且0≤z≤1。所述第二电极也可以包含所述电解质并且所述电解质可以与基于硅的负极电活性材料混合。所述电解质可以包含大于或等于约0.5重量％至小于或等于约1重量％的电解质添加剂。所述电解质添加剂可以选自：二氟磷酸锂(lipo2f2)、硫酸亚乙酯(dtd)及其组合。所述电解质还可以包含溶剂混合物。所述溶剂混合物可以包含碳酸亚乙酯(ec)和碳酸二甲酯(dmc)。

17、在一方面中，碳酸亚乙酯(ec)和碳酸二甲酯(dmc)之间的质量比可以为约3∶7。

18、在一方面中，所述电解质可以进一步包含大于或等于约0.5重量％至小于或等于约1.5重量％的碳酸亚乙烯酯(vc)。

19、在一方面中，所述电解质可以进一步包含大于或等于约0.5重量％至小于或等于约2重量％的碳酸氟代亚乙酯(fec)。

20、在一方面中，所述电解质可以进一步包含大于或等于约0.5量量％至小于或等于约1重量％的二氟磷酸锂(lipo2f2)和大于或等于约0.5重量％至小于或等于约1重量％的硫酸亚乙酯(dtd)。

21、在一方面中，所述电解质可以进一步包含约1重量％的碳酸亚乙烯酯(vc)和约2重量％的碳酸氟代亚乙酯(fec)。

22、在一方面中，所述电解质可以包含约1重量％的硫酸亚乙酯(dtd)和约1重量％的二氟磷酸锂(lipo2f2)。

23、在各个方面中，本公开提供循环锂离子的电化学电池。所述电化学电池可以包括第一电极、第二电极和设置在所述第一电极和所述第二电极之间的隔离层。所述第一电极可以包含与正极电活性材料混合的电解质。所述正极电活性材料可以由以下化学式表示：

24、lim1xm2ym3zm4(1-x-y-z)o2

25、其中m1包含镍(ni)且m2、m3和m4是独立地选自由以下各项组成的组的过渡金属：锰(mn)、钴(co)、铝(al)、铁(fe)及其组合，0.8≤x≤1、0≤y≤1且0≤z≤1。所述第二电极也可以包含所述电解质并且所述电解质可以与基于硅的负极电活性材料混合。所述电解质可以包含电解质添加剂和溶剂混合物。所述电解质添加剂可以选自由以下各项组成的组：二氟磷酸锂(lipo2f2)、硫酸亚乙酯(dtd)及其组合。所述溶剂混合物可以包含碳酸亚乙酯(ec)、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸亚乙烯酯(vc)和碳酸氟代亚乙酯(fec)。所述电解质可以包含大于或等于约0.5重量％至小于或等于约1重量％的电解质添加剂、大于或等于约0.5重量％至小于或等于约1.5重量％的碳酸亚乙烯酯(vc)和大于或等于约0.5重量％至小于或等于约2重量％的碳酸氟代亚乙酯(fec)。

26、在一方面中，碳酸亚乙酯(ec)和碳酸二甲酯(dmc)之间的质量比可以为约3∶7。

27、在一方面中，所述电解质可以包含大于或等于约0.5重量％至小于或等于约1重量％的二氟磷酸锂(lipo2f2)和大于或等于约0.5重量％至小于或等于约1重量％的硫酸亚乙酯(dtd)。

28、在一方面中，所述电解质可以包含约1重量％的硫酸亚乙酯(dtd)和约1重量％的二氟磷酸锂(lipo2f2)。

29、其它适用领域由本文中提供的描述将变得显而易见。本概述中的描述和具体例子仅意在进行说明并且无意限制本公开的范围。