本发明涉及电解质组合物、混杂电解质组合物和含有这样的组合物的电化学电池。还公开了它们的用途及其制造方法。
背景技术：
1、锂离子二次电池组(电池，battery)是目前用于从小型个人装置到电动车辆的应用中的领先电池组技术。锂离子电池组因其高能量密度和长循环寿命以及其他益处而受到青睐。它们包含多个锂离子二次电池，锂离子二次电池是碱金属离子二次电池的一个实例。
2、锂离子电池组的现代应用，例如电动车辆和其他高功率装置，需要电池的高倍率性能。换句话说，当以高放电倍率操作时，电池应该表现良好(例如，保持高容量)。这使得由电池组操作的装置能够具有延长的运行时间。
3、电池中使用的电解质可对倍率性能和功率性能具有影响。
4、常规液体电解质近40年来没有太大变化，通常包含lipf6盐在两种或更多种碳酸酯基溶剂(主要是环状和线性碳酸酯和一些sei形成添加剂的混合物)的组合中的溶液。这种液体电解质的倍率和功率性能的限制阻碍了锂离子电池应用向高电压和高功率应用的发展，特别是阻碍了与高电压阴极和下一代li-金属电池单元的相容性。
5、需要当在碱金属离子二次电池(例如锂离子电池和锂金属电池)内使用时提供改善的倍率性能和改善的功率性能的电解质。
技术实现思路
1、本发明总体上涉及一种用于碱金属离子二次电池的电解质组合物，并且具体地涉及一种包含溶剂组分和锂盐组分的特定混合物的电解质组合物。
2、本发明的第一方面是电解质组合物，其包含：
3、包含乙酸乙酯的溶剂组分；和
4、包含一种或多种锂盐的锂盐组分；
5、其中电解质组合物中锂盐组分的浓度为大于1.0mol/dm3至小于3.0mol/dm3。
6、该电解质提供高倍率性能，与传统电解质相比时，即使在高放电倍率如5c或10c下也可实现更高的放电容量。这允许并入电解质的电池在高功率下输送更长时间，有效地延长了由电池供电的高功率装置的寿命。
7、不希望受理论束缚，据信包含乙酸乙酯的电池的溶剂组分提供优于含有碳酸酯基溶剂的传统电池的益处。当以大于1.0mol/dm3至小于3.0mol/dm3的浓度与锂盐组分组合使用时，乙酸乙酯提供了电池的高离子传导率和降低的内部电阻，导致观察到的倍率容量的增加。此外，乙酸乙酯的使用提供了具有比基于碳酸酯溶剂的传统电解质低得多的粘度的电解质。
8、不希望受理论束缚，据信乙酸乙酯(ea)的较低粘度通过实现较高的扩散系数来提供较高的性能，因为电解质的粘度与li的扩散系数以及由此的电导率强烈相关。
9、有时，通过在热过程中并入高沸点电解质来制造电池。在热处理中并入ea是困难的，因为它可能由于具有较低的沸点而蒸发。
10、为了解决这个问题，本发明的第二方面提供了一种混杂电解质组合物，该混杂电解质组合物包含以下的共混物：
11、(a)由根据第一方面的电解质组合物组成的第一共混物组分；和
12、(b)由包含次要溶剂组分和次要锂盐组分的次要电解质组合物组成的第二共混物组分。
13、根据第一方面的电解质的独特性质是它提供了通过并入一些第一方面的电解质来增强现有(高沸点)电解质的性能的手段。结果是第二方面的混杂电解质，当与单独使用的第二共混物组分相比时，其将提供并入混杂电解质的电池的改善的离子传导率、降低的内部电阻和更好的倍率性能，以及促进使用传统热工艺将电解质并入电池中。以这种方式，根据第一方面的电解质可以被认为是“速率提高”添加剂，其可以与现有电解质组合以改善其速率容量。
14、本发明的第三方面是一种电化学二次电池，其包含：
15、阳极；
16、阴极；
17、在阳极和阴极之间的隔膜；以及
18、(a)根据第一方面的电解质组合物；或者
19、(b)根据第二方面的混杂电解质组合物。
20、本发明的第四方面是电化学储能装置，其包括一个或多个根据第三方面的电化学二次电池。
21、本发明的第五方面是一种制造根据第一方面的电解质组合物的方法，其包含以下步骤：
22、(a)提供包含乙酸乙酯的溶剂组分；和
23、(b)向溶剂组分加入包含一种或多种锂盐的锂盐组分，使得电解质组合物中锂盐组分的最终浓度为大于1.0mol/dm3至小于3.0mol/dm3。
24、本发明的第六方面是一种生产第二方面的混杂电解质组合物的方法，其包含将由根据第一方面的电解质组合物组成的第一共混物组分与由包含次要溶剂组分和次要锂盐组分的次要电解质组合物组成的第二共混物组分混合。
25、本发明的第七方面是一种生产第三方面的电化学二次电池的方法，其包含：
26、(a)将阳极、阴极和隔膜组装在一起；和
27、(b)将根据第一方面的电解质组合物或根据第二方面的混杂电解质组合物引入电池中以促进阳极和阴极之间的离子传导。
28、本发明还提供了根据第一方面的电解质组合物在电化学二次电池中的用途。本发明还提供了根据第一方面的电解质组合物用于增加电化学二次电池内的离子传导率的用途。本发明还提供了根据第一方面的电解质组合物用于降低电化学二次电池内的内部电阻的用途。本发明还提供了根据第一方面的电解质组合物用于提高电化学二次电池的倍率容量的用途。本发明还提供根据第一方面的电解质组合物作为添加剂以提高第二电解质组合物的倍率容量的用途。
29、本发明还提供了一种提高第二电解质组合物的倍率容量的方法，其包含将根据第一方面的电解质组合物添加到第二电解质组合物。
1.一种电解质组合物，其包含：
2.根据权利要求1的电解质组合物，其中基于溶剂组分的总重量，该溶剂组分包含至少50重量%的乙酸乙酯。
3.根据权利要求1的电解质组合物，其中基于溶剂组分的总重量，该溶剂组分包含至少70重量%的乙酸乙酯。
4.根据前述权利要求中任一项的电解质组合物，其中基于溶剂组分的总重量，该溶剂组分含有小于60重量%的有机碳酸酯化合物。
5.根据权利要求1至3中任一项的电解质组合物，其中基于溶剂组分的总重量，该溶剂组分含有小于30重量%的有机碳酸酯化合物。
6.根据前述权利要求中任一项的电解质组合物，其中该溶剂组分基本上由乙酸乙酯组成。
7.根据前述权利要求中任一项的电解质组合物，其中该溶剂组分是非水性的。
8.根据前述权利要求中任一项的电解质组合物，其中该锂盐组分包含六氟磷酸锂(lipf6)、双(三氟甲磺酰)亚胺锂(litfsi)、双(氟磺酰)亚胺锂(lifsi)、二氟(草酸根)硼酸锂(lidfob)、二氟磷酸锂和双(草酸根)硼酸锂中的一种或多种。
9.根据权利要求1至7中任一项的电解质组合物，其中锂盐组分基本上由lipf6和lifsi的混合物组成。
10.根据权利要求1至7中任一项的电解质组合物，其中锂盐组分基本上由lifsi组成。
11.根据前述权利要求中任一项的电解质组合物，其中电解质组合物中锂盐组分的浓度为1.5 mol/dm3至2.8 mol/dm3。
12.根据前述权利要求中任一项的电解质组合物，其中该电解质组合物进一步包含辅助溶剂组分，该辅助溶剂组分包含碳酸亚乙烯酯(vc)、碳酸乙烯基亚乙酯(vec)、1,3-丙烷磺内酯(ps)、以及氟代碳酸亚乙酯(fec)中的一种或多种。
13.根据权利要求12的电解质组合物，其中该电解质组合物包含基于该电解质组合物的总重量计4-8重量%的量的辅助溶剂组分。
14.根据前述权利要求中任一项的电解质组合物，其中电解质组合物具有1ms/cm至25ms/cm的比电导。
15.一种混杂电解质组合物，其包含以下的共混物：
16.根据权利要求15的混杂电解质组合物，其中混杂电解质组合物包含20重量%至50重量%的第一共混物组分和80重量%至50重量%的第二共混物组分。
17.一种电化学二次电池，包括：
18.一种电化学储能装置，其包含一个或多个根据权利要求17的电化学二次电池。
19.一种电子装置，包括根据权利要求17的电化学二次电池或根据权利要求18的电化学储能装置。
20.一种制造根据权利要求1至14中任一项的电解质组合物的方法，其包含以下步骤：
21.一种生产根据权利要求15或16的混杂电解质组合物的方法，包括将由根据权利要求1至14中任一项的电解质组合物组成的第一共混物组分与由包含次要溶剂组分和次要锂盐组分的次要电解质组合物组成的第二共混物组分混合。
22.一种生产根据权利要求17的电化学二次电池的方法，其包含：
23.根据权利要求1至14中任一项的电解质组合物在电化学二次电池中用于提供以下中的一种或多种的用途：