CN102055018B - 用于锂离子蓄电池的电解质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于锂离子蓄电池的电解质，所述电解质包括由式子A_xB_y表示的玻璃质低共熔混合物，其中A是选自氟烷基磺酰基亚氨基化锂或者氟芳基磺酰基亚氨基化锂的盐，B是选自烷基磺酰胺或芳基磺酰胺的溶剂，x和y分别是A和B的摩尔份数。

Description

用于锂离子蓄电池的电解质

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年11月6日提交的美国临时专利申请系列号61/258972的权益。

技术领域

本公开通常涉及锂离子蓄电池(lithium ion battery)，尤其涉及用于锂离子蓄电池的电解质。

背景技术

锂离子蓄电池是可充电的蓄电池，其中在蓄电池充电过程中锂离子从阴极(正电极)移到阳极(负电极)，以及在蓄电池放电过程中沿着相反方向移动。锂离子蓄电池也包括电解质，当蓄电池传送电流通过所述电解质时所述电解质在阴极和阳极之间携带锂离子。

发明内容

用于锂离子蓄电池的电解质包括由式子AxBy表示的玻璃质低共熔混合物，其中A是选自氟磺酰基亚氨基化锂(例如，或者氟烷基磺酰基亚氨基化锂或者氟芳基磺酰基亚氨基化锂)的盐，B是选自烷基磺酰胺和芳基磺酰胺的溶剂。

本发明进一步体现在如下方面：

1、用于锂离子蓄电池的电解质，包括通过式子AxBy表示的玻璃质低共熔混合物(vitreous eutectic mixture)，其中：

A是选自氟烷基磺酰基亚氨基化锂或者氟芳基磺酰基亚氨基化锂的盐；

B是选自烷基磺酰胺或芳基磺酰胺的溶剂；和

x和y分别是A和B的摩尔份数。

2、根据方面1的电解质，其中所述氟烷基磺酰基亚氨基化锂和氟芳基磺酰基亚氨基化锂各自由式子表示：

其中R₁和R₂各自选自F、CF₃、C₂F₅、C₄F₉、芳族基团或氟化的芳族基团。

3、根据方面1的电解质，其中所述烷基磺酰胺和所述芳基磺酰胺各自通过下式表示：

其中：R₃选自CH₃、C₂H₅、C₄H₉、芳基、氟化芳基、(CH₂)_nCF₃(其中n是1-5)、或者(CH₂)_nOR₆(其中n是1或2且R₆是CH₃或CF₃)，R₄和R₅选自H、CH₃或C₄H₉。

4、根据方面1的电解质，其中A选自双(氟磺酰基)亚氨基化锂、双(三氟甲基磺酰基)亚氨基化锂、双(五氟乙基磺酰基)亚氨基化锂、[(三氟甲基磺酰基)(九氟丁基磺酰基)]亚氨基化锂或者[(三氟甲基磺酰基)(苯基磺酰基)]亚氨基化锂。

5、根据方面1的电解质，其中B选自甲烷磺酰胺、N，N-二甲基甲烷磺酰胺、N-甲基甲烷磺酰胺、乙烷磺酰胺、正丁基磺酰胺、烷基醚磺酰胺、苯磺酰胺或者氟化苯磺酰胺。

6、根据方面1的电解质，其中A对B的摩尔比是1∶0.2-1∶10。

7、根据方面6的电解质，其中所述低共熔混合物在环境温度是液体，并且玻璃化转变温度小于-50℃。

8、根据方面1的电解质，进一步包括经构造以降低所述低共熔混合物的粘度的稀释剂，所述稀释剂选自：

i)有机碳酸酯；

ii)具有式子X-CF₂O-(CF₂CF₂O)_p-(CF₂O)_q-CF₂X的全氟聚醚大分子，其中X选自CH₂OCH₃或CH₂(OCH₂CH₂)_nOCH₃，其中p是大约3.78，q是大约0.94，n是大约0.24；

iii)具有式子CF₃O-(CF₂CF(CF₃)O)_n-(CF₂O)_m-CF₃的低分子量全氟聚醚，其中n是大约1.4，m是3.0-3.5；

iv)内酯；

v)腈；

vi)甘醇二甲醚；

vii)脂族或芳族羧酸酯类；

viii)醚类；或

ix)其组合。

9、根据方面8的电解质，其中经降低的粘度是大约10cP-大约100cP。

10、根据方面1的电解质，其中所述低共熔混合物在大约+25℃-大约-30℃的温度范围的比电导率是大约10^-2S/cm-大约1×10^-4S/cm。

11、根据方面1的电解质，其中所述电解质是非可燃性的。

12、锂离子蓄电池，包括：

阴极；

阳极；和

经操作设置在所述阴极和所述阳极之间的电解质，所述电解质包括由式子A_xB_y表示的低共熔混合物，其中：

A是选自氟烷基磺酰基亚氨基化锂或氟芳基磺酰基亚氨基化锂的盐；

B是选自烷基磺酰胺或芳基磺酰胺的溶剂；和

x和y分别是A和B的摩尔份数。

13、根据方面12的电解质，其中所述氟烷基磺酰基亚氨基化锂和所述氟芳基磺酰基亚氨基化锂各自由下式表示：

其中R₁和R₂各自选自F、CF₃、C₂F₅、C₄F₉、芳族基团、或者氟化的芳族基团。

14、根据方面12的电解质，其中所述烷基磺酰胺和所述芳基磺酰胺各自由下式表示：

其中R₃选自CH₃、C₂H₅、C₄H₉、芳基、氟化的芳基、(CH₂)_nCF₃其中n是1-5，或者(CH₂)_nOR₆其中n是1或2且R₆是CH₃或CF₃，R₄和R₅选自H、CH₃或C₄H₉。

15、根据方面12的电解质，其中A选自双(氟磺酰基)亚氨基化锂、双(三氟甲基磺酰基)亚氨基化锂、双(五氟乙基磺酰基)亚氨基化锂、[(三氟甲基磺酰基)(九氟丁基磺酰基)]亚氨基化锂、或者[(三氟甲基磺酰基)(苯基磺酰基)]亚氨基化锂。

16、根据方面12的电解质，其中B选自甲烷磺酰胺、N，N-二甲基甲烷磺酰胺、N-甲基甲烷磺酰胺、乙烷磺酰胺、正丁基磺酰胺、烷基醚磺酰胺、苯磺酰胺或者氟化的苯磺酰胺。

附图说明

本公开的特征和优点将通过参考下面的详述和附图变得显而易见，其中相像的附图标记对应于相似的(但是或许不相同的)部分。为了简便，具有前述功能的附图标记或特征可以或可以不结合它们出现于其中的其它附图来描述。

图1示出了低共熔混合物的差示扫描量热图，所述混合物包括各种比例的甲烷磺酰胺和双(三氟甲基磺酰基)亚氨基化锂；

图2示出了本文公开的基于甲烷磺酰胺的低共熔电解质的各种例子的比电导率和温度的关系；

图3示出了本文公开的基于N，N-二甲基甲烷磺酰胺的低共熔锂电解质的各种例子的比电导率和温度的关系；

图4示出了本文公开的基于双(氟磺酰基)亚氨基化物阴离子的低共熔锂电解质的比电导率和温度的关系；

图5示出了甲烷磺酰胺和双(三氟甲基磺酰基)亚氨基化锂以3∶1比例存在的低共熔混合物的粘度和温度的关系；

图6示意性示出了锂离子蓄电池的例子；

图7示出了用于合成[(三氟甲基磺酰基)(九氟丁基磺酰基)]氨基化锂的化学方案；和

图8示出了用于合成[(三氟甲基磺酰基)(苯基磺酰基)]氨基化锂的化学方案。

具体实施方式

用于锂离子蓄电池的电解质已经包括在有机溶剂，比如例如环状碳酸酯和线性碳酸酯，的二元、三元和四元混合物中的六氟磷酸锂(LiPF₆)盐的溶液。这种在有机溶剂中的LiPF₆盐溶液往往显示出数种合意的性质，其使得这种溶液对于锂离子蓄电池而言是合意的。这种性质包括例如在环境温度和亚环境温度下的合适的离子电导率以及在蓄电池阴极处的铝集电器的合意的钝化。

但是，LiPF₆盐用于锂离子蓄电池具有数种缺点。例如，LiPF₆盐水解，形成氢氟酸。而且，用于锂离子蓄电池中的LiPF₆溶液典型地具有约10ppm-约100ppm的水含量。但是，这种低的水含量有时难以在蓄电池的有用寿命之内得以保持。其它缺点包括热不稳定性，例如高于环境温度时(例如，高于40℃)发生LiPF₆的明显分解以及在蓄电池的使用过程中在蓄电池阳极处基于碳酸盐的有机溶剂的分解，伴随着形成包含例如一氧化碳、二氧化碳、氢气和各种烃的气体混合物。另外，线性碳酸酯具有低的闪点和相对高的蒸气压(例如，是离子性液体的大约1百万倍)，这种电解质在蓄电池中的使用可能导致不合意的结果。

已经发现，离子性液体(即，室温离子性液体，和常规熔融盐相反)和上述LiPF₆盐相比往往明显更热稳定，而且这种离子性液体还往往具有极低的蒸气压(例如，纳托量级)。但是，具有包括这种离子性液体的电解质的锂离子蓄电池往往在其性能上受到负面影响。例如，这些离子性液体典型地i)具有小的锂离子转移数(lithium ion transferencenumber)(也即，锂阳离子携带的离子电流的份数)(例如，小于0.3)和ii)含有相对大的阳离子，所述阳离子由于累积在电解质-电极界面处而阻碍锂离子从所述离子性溶液到电极的转移。

但是，本发明的发明人出乎意料地、偶然地发现使用如下物质的二元玻璃质低共熔混合物形成的离子性液体可以用作锂离子蓄电池的有效电解质：i)选自氟磺酰基亚氨基化锂，比如氟烷基磺酰基亚氨基化锂或者氟芳基磺酰基亚氨基化锂，的盐和ii)选自烷基磺酰胺或芳基磺酰胺的溶剂。这种二元低共熔混合物(一种或多种)举例而言可以由式子A_xB_y表示，其中A是选自氟烷基磺酰基亚氨基化锂或者氟芳基磺酰基亚氨基化锂的盐，B是选自烷基磺酰胺或者芳基磺酰胺的溶剂。字母x和y分别是元素A和B的摩尔份数。这种低共熔混合物在环境温度时是液体，并且玻璃化转变温度(Tg)小于-50℃。所述电解质可以用于锂离子蓄电池中，在所述锂离子蓄电池中这种电解质通常是不可燃的。

例如，所述氟烷基磺酰基亚氨基化锂或氟芳基磺酰基亚氨基化锂(组分A)可以各自由式子(1)表示：

(式子1)

其中，R₁和R₂各自选自F、CF₃、C₂F₅、C₄F₉、芳基或者氟化芳基。氟磺酰基亚氨基化锂的非限定性示例包括双(氟磺酰基)亚氨基化锂(LiN(FSO₂)₂)。氟烷基磺酰基亚氨基化锂盐的一些非限定性示例包括双(三氟甲基磺酰基)亚氨基化锂(LiN(CF₃SO₂)₂)和双(五氟乙基磺酰基)亚氨基化锂(LiN(C₂F₅SO₂)₂)，两者都可以从St.Paul，MN的3M分别以HQ-115和FC-130商购。氟烷基磺酰基亚氨基化锂也可以选自[(三氟甲基磺酰基)(九氟丁基磺酰基)亚氨基化锂](CF₃SO₂N(Li)SO₂C₄F₉)，其可以根据例如图7中所示的方案合成。该合成包括两种并行制备的反应物，也即全氟丁基磺酰基氟(C₄F₉SO₂F)和N-三甲基甲硅烷基-三氟甲烷磺酰基氨基化锂盐(CF₃SO₂N(Li)Si(CH₃)₃)。首先，碘全氟丁烷(C₄F₉I)溶解在乙腈(CH₃CN或“ACN”)和去离子水的1∶1(体积/体积)混合物中，然后该混合物缓慢加入到温度为大约10℃的Na₂S₂O₄和NaHCO₃的水溶液中。加入该混合物使得C₄F₉I对Na₂S₂O₄对NaHCO₃的摩尔比是大约1∶3.2∶5.5。在室温搅拌大约2天后完成该反应，形成亚磺酸钠盐(C₄F₉SO₂Na)。去离子水倒入另一个烧瓶中，使用冰-盐混合物冷却到0℃，氯气鼓泡通过所述溶液直到达到饱和。将反应混合物缓慢加入到含有所述氯气饱和的水的烧瓶中，同时在所述加入的全过程中氯气仍然强烈鼓泡。形成白色沉淀物。过滤该混合物，将白色固体在空气中于室温干燥1小时。固体通过在60℃在动态真空下升华而进一步纯化，留下白色固体全氟丁基磺酰氯(C₄F₉SO₂Cl)。下一步是在室温搅拌该氯化物和在无水乙腈中的过量KF 4天，然后将温度升到90℃持续另外2天，此时¹⁹F NMR显示反应完成。反应混合物过滤通过C矿层(celite layer)，通过加入过量去离子水将产物从滤液中分离。产物全氟丁基磺酰基氟(C₄F₉SO₂F)在P₂O₅上干燥，然后在室温在动态真空下蒸馏。

封端性反应物，也即N-三甲基甲硅烷基-三氟甲烷磺酰基氨基化锂盐(CF₃SO₂N(Li)Si(CH₃)₃)，的原料是三氟甲磺酸酐((CF₃SO₂)₂O)。首先，如图7所示通过如下来制备三氟甲烷磺酰胺(CF₃SO₂NH₂)：首先在-80℃通过从气缸中冷凝氨到在基于乙醇的浴中冷却的250mL烧瓶中。然后，在保持氨过量的同时逐滴加入三氟甲磺酸酐((CF₃SO₂)₂O)。混合物搅拌过夜，温度从-80℃缓慢增加到室温。过量氨的大部分通过氮气吹扫蒸发。接下来，通过在90-100℃在真空下升华从三氟甲磺酸铵(CF₃SO₃NH₄)中分离白色固体状三氟甲烷磺酰胺(CF₃SO₂NH₂)。反应收率是88.3％。通过将所述三氟甲烷磺酰胺溶解在去离子水中然后用LiOH的0.1M水溶液对其进行滴定直到pH达到8.4，来制备三氟甲烷磺酰基氨基化锂盐(CF₃SO₂NHLi)。接下来，使用旋转蒸发器蒸发水，得到的白色固体(CF₃SO₂NHLi)在120℃在动态真空下干燥过夜。所述锂化反应收率是100％。接着，将一定量的三氟甲烷磺酰基氨基化锂盐(CF₃SO₂NHLi)(16.1mmol，M＝155g/mol，2.50g)加入一件式反应器中，加入大约10mL的六甲基二硅氮烷(HMDS)，然后加入20mL无水乙腈。溶液回流大约24小时，然后在动态真空下蒸发所述过量的HMDS和乙腈，获得白色固体，也即所述封端剂N-三甲基甲硅烷基-三氟甲烷磺酰基氨基化锂盐(CF₃SO₂N(Li)Si(CH₃)₃)。这种白色材料在动态真空下在大约100℃干燥过夜。

在图7所示的合成的耦合步骤中，过量量的前面获得的全氟丁基磺酰基氟(C₄F₉SO₂F)(33.1mmol，M＝302g/mol，10.0g)真空转移到含有CF₃SO₂N(Li)Si(CH₃)₃的容器中，加入50mL的无水ACN。然后将混合物在所述反应器中于100℃加热4天。溶剂和过量的全氟丁基磺酰基氟在动态真空下蒸发以形成最终略微浅黄色的固体产物(C₄F₉SO₂N(Li)SO₂CF₃)(14.8mmol，M＝437g/mol，6.50g)。反应收率是大约92.0％。

所述氟芳基磺酰基亚氨基化锂盐的非限定性例子包括[(三氟甲基磺酰基)(氟苯基磺酰基)]亚氨基化锂(CF₃SO₂N(Li)SO₂C₆X₅)，其中X选自H和F)。[(三氟甲基磺酰基)(苯基磺酰基)]亚氨基化锂盐(CF₃SO₂N(Li)SO₂C₆H₅)可以根据例如图8所示的方案来合成。所述合成包括将苯磺酰基氯(C₆H₅SO₂Cl)(20.0mmol，M＝176.5g/mol，3.53g)溶解到50ml的无水乙腈(CH₃CN或者ACN)，并将所述溶液加入到250mL烧瓶中，所述烧瓶含有三氟甲烷磺酰基氨基化锂盐(CF₃SO₂NHLi)(20.0mmol，M＝155g/mol，3.10g)溶解在50mL无水ACN的溶液。将所述溶液加入到烧瓶中是在氮气流下完成的。然后，将前面在氢化钙上干燥并在P₄O₁₀上蒸馏过夜的过量三乙胺(N(C₂H₅)₃(61.3mmol，M＝101g/mol，6.19g，8.50mL))逐滴加入到所述烧瓶中，得到的混合物加热到大约70℃-大约80℃的温度大约16小时。沉淀的白色LiCl可以通过过滤去除，通过在动态真空下蒸发溶剂来浓缩所述溶液以获得粘性的桔黄色油。接下来，加入去离子水，搅拌所述悬浮液并同时加入另外的LiOH(30.0mmol，M＝24g/mol，0.72g)的水溶液。搅拌可以在室温完成(例如，大约25℃大约1小时)。通过例如旋转蒸发来去除水，然后将所述混合物在大约60℃温度真空干燥过夜。最终产物CF₃SO₂N(Li)SO₂C₆H₅(LiPhTFSI)用无水ACN提取，并可以滤出以将产物和所述无机化合物分离。溶剂随后可以通过在60℃真空干燥过夜来去除，从而得到暗色桔黄色固体(18.0mmol，M＝295g/mol，5.31g)。最终收率是大约90％。

烷基磺酰胺和芳基磺酰胺(组分B)可以各自通过式(2)表示：

(式2)

其中，R₃选自CH₃、C₂H₅、C₄H₉、芳基、氟化芳基、(CH₂)_nCF₃(其中n是1-5)或者(CH₂)_nOR₆(其中n是1或2，R₆是CH₃或CF₃，R₄和R₅选自H、CH₃或C₄H₉)。烷基磺酰胺的非限制例子包括甲烷磺酰胺(CH₃SO₂NH₂)(其可以通过Alfa Aesar GmbH，Ward Hill，MA获得)。烷基磺酰胺的另一非限定性实例包括N，N-二甲基甲烷磺酰胺(CH₃SO₂N(CH₃)₂)(其可以通过Alfa Aesar GmbH，Ward Hill，MA获得)。烷基磺酰胺的又另一非限定性实例包括N-甲基甲烷磺酰胺(CH₃SO₂NHCH₃)(其可以通过AK Scientific，Inc.，Palo Alto，CA获得)。烷基磺酰胺的仍然实例包括乙烷磺酰胺(C₂H₅SO₂NH₂)、正丁烷磺酰胺(n-C₄H₉SO₂NH₂)和烷基醚磺酰胺(所有都可以由相应的市售磺酰基氯类通过和氨的化学反应获得)。芳基磺酰胺的一些非限定性实例包括苯磺酰胺(C₆H₅SO₂NH₂)和氟化的苯磺酰胺(C₆H_xF_5-xSO₂NH₂)。这类材料也可以从Alfa Aesar GmbH获得。

图1提供了含有甲烷磺酰胺和双(三氟甲基磺酰基)亚氨基化锂(LiTFSI)的二元混合物的差示扫描量热图。LiTFSI的熔融温度为约234℃，甲烷磺酰胺的熔融温度为约91℃。但是，如图1所示，它们的摩尔比是1∶1-1∶3的低共熔混合物没有显示出任何的熔融吸热峰或结晶放热峰。由于这些混合物在任何温度都不结晶，所以应该理解本文使用的术语“低共熔”是相对于其传统的冶金学含义以延伸的含义使用，包括玻璃质或玻璃态材料。在一些情况中，摩尔比为1∶0.2-1∶10的低共熔混合物也显示出类似行为(虽然图1中没有示出)。以这些比例时，所述低共熔混合物在环境温度是液体，并且玻璃化转变温度Tg小于大约-50℃。

图2示出了基于甲烷磺酰胺(MSA)的低共熔离子性液体的比电导率(κ)的温度依赖性。如图2所示，比例为3∶1的甲烷磺酰胺/LiTFSI低共熔混合物可以具有最高电导率。该电导率值在室温(通常从大约20℃(68°F)到大约25℃(77°F))达到大约3×10^-4S/cm。在实例中，所述低共熔混合物在大约+25℃-大约-30℃的温度范围的比电导率是大约3.5×10^-4S/cm-大约1×10^-7S/cm。在进一步实例中，所述低共熔混合物在大约+25℃-大约-30℃的温度范围的比电导率是大约10^-2S/cm-大约10⁴S/cm。在又一实例中，所述低共熔混合物在大约+25℃-大约-30℃的温度范围的比电导率是大约4×10^-2S/cm-大约1×10^-4S/cm。

图3示出了基于N，N-二甲基甲烷磺酰胺(DMMSA)的低共熔离子性液体的比电导率(κ)的温度依赖性。如图3所示，比例为4∶1的N，N-二甲基甲烷磺酰胺/LiTFSI低共熔混合物可以具有最高电导率。该电导率值在室温(同样通常从大约20℃(68°F)到大约25℃(77°F))达到大约1×10^-3S/cm。在实例中，所述低共熔混合物在大约+25℃-大约-30℃的温度范围的比电导率是大约1.5×10^-3S/cm-大约2×10^-5S/cm。

图4示出了比例为1∶3的双(氟磺酰基)亚氨基化锂(LiFSI)和甲烷磺酰胺(MSA)的低共熔混合物、比例为1∶4的双(氟磺酰基)亚氨基化锂和N，N-二甲基甲烷磺酰胺(DMMSA)的低共熔混合物、比例为1∶4的双(氟磺酰基)亚氨基化锂和N-甲基甲烷磺酰胺(MMMSA)的低共熔混合物的比电导率(κ)的温度依赖性。如此图所示，这些低共熔混合物的比电导率在室温(从大约20℃(68°F)到大约25℃(77°F))大约相同，是大约3.5×10^-3S/cm。该图还示出了当温度从室温升到大约+60℃所有这三种混合物具有基本相同的比电导率。当温度高于+60℃时，3∶1MSA/LiFSI混合物的比电导率略微高于所示的其它混合物的比电导率。但是，当温度显著低于室温时(例如，在大约0℃及更低)，该图显示出4∶1MMMSA/LiFSI混合物的比电导率比所示的其它混合物高。

图5示出了比例为3∶1的甲烷磺酰胺/LiTFSI低共熔混合物的粘度的温度依赖性。如该图中所示，和溶解在碳酸酯溶剂的混合物中的LiPF₆的粘度(例如，2cP到10cP)相比，低共熔混合物的粘度相当高，例如，在20℃为1200cP。在实施方案中，所述电解质可以进一步包括经构造以降低粘度(范围是从约10cP-约100cP)的稀释剂。稀释剂的一个实例包括有机碳酸酯，比如例如碳酸二乙基酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸乙基甲基酯(EMC)或者锂离子蓄电池的电解质中通常使用的其它环状或线性有机碳酸酯。稀释剂的另一实例包括具有式子X-CF₂O-(CF₂CF₂O)_p-(CF₂O)_q-CF₂X的全氟聚醚大分子，其中X选自CH₂OCH₃或CH₂(OCH₂CH₂)_nOCH₃，其中p是大约3.78，q是大约0.94，n是大约0.24。在非限定性例子中，针对X选择的材料的分子量(MW)是500-1000。一些合适的全氟聚醚大分子包括Solvay Solexis，Italy生产的Fluorolink聚合物改性剂。这些稀释剂通常具有的玻璃化转变温度Tg是大约-90℃-大约-110℃，粘度是上述低共熔混合物(或者离子性液体)的粘度的大约1/8-大约1/10。稀释剂的另一例子包括式子为CF₃O-(CF₂CF(CF₃)O)_n-(CF₂O)_m-CF₃的低分子量(例如，MW是大约580-大约610)全氟聚醚，其中n是大约1.4，m是3.0-3.5。其它稀释剂包括内酯类(比如，例如γ-丁内酯和γ-戊内酯)、腈类(比如例如戊二腈)、甘醇二甲醚类(比如例如单甘醇二甲醚(乙二醇二甲醚)、二甘醇二甲醚(双(2-甲氧基乙基)醚))、脂族或芳族羧酸酯、醚类(比如例如二氧戊环、四氢呋喃、1，2-二甲氧基乙烷和/或类似物)、及其组合。

本文公开的电解质的实施方案(一个或多个)和/或实例(一个或多个)可以用于图6所示的锂离子蓄电池10中。锂离子蓄电池10是可充电电解电池，蓄电池10通常包括阳极12、阴极14、和有效设置在阳极12和阴极14之间的电解质16。蓄电池10可以通过将锂离子(也即，电解质)从阳极12移向阴极14来放电，然后通过将锂离子从阴极14移动回到阳极12来再充电。

虽然已经详细描述了数个实施方案，但对本领域技术人员而言显而易见的是所公开的实施方案可以修改。所以，前面的描述应该认为是非限制性的。

Claims (15)

1.用于锂离子蓄电池的电解质，包括通过式子A_xB_y表示的玻璃质低共熔混合物，其中：

A是选自氟烷基磺酰基亚氨基化锂或者氟芳基磺酰基亚氨基化锂的盐；

B是选自烷基磺酰胺或芳基磺酰胺的溶剂；和

x和y分别是A和B的摩尔份数；

其中A对B的摩尔比是1∶0.2-1∶10。

2.根据权利要求1的电解质，其中所述氟烷基磺酰基亚氨基化锂和氟芳基磺酰基亚氨基化锂各自由式子表示：

其中R₁和R₂各自选自F、CF₃、C₂F₅、C₄F₉、芳族基团或氟化的芳族基团。

3.根据权利要求1的电解质，其中所述烷基磺酰胺和所述芳基磺酰胺各自通过下式表示：

其中：R₃选自CH₃、C₂H₅、C₄H₉、芳基、氟化芳基、其中n是1-5的(CH₂)_nCF₃、或者其中n是1或2且R₆是CH₃或CF₃的(CH₂)_nOR₆，R₄和R₅选自H、CH₃或C₄H₉。

4.根据权利要求1的电解质，其中A选自双(氟磺酰基)亚氨基化锂、双(三氟甲基磺酰基)亚氨基化锂、双(五氟乙基磺酰基)亚氨基化锂、[(三氟甲基磺酰基)(九氟丁基磺酰基)]亚氨基化锂或者[(三氟甲基磺酰基)(苯基磺酰基)]亚氨基化锂。

5.根据权利要求1的电解质，其中B选自甲烷磺酰胺、N，N-二甲基甲烷磺酰胺、N-甲基甲烷磺酰胺、乙烷磺酰胺、正丁基磺酰胺、烷基醚磺酰胺、苯磺酰胺或者氟化苯磺酰胺。

6.根据权利要求1的电解质，其中所述低共熔混合物在环境温度是液体，并且玻璃化转变温度小于-50℃。

7.根据权利要求1的电解质，进一步包括经构造以降低所述低共熔混合物的粘度的稀释剂，所述稀释剂选自：

i)有机碳酸酯；

ii)具有式子X-CF₂O-(CF₂CF₂O)_p-(CF₂O)_q-CF₂X的全氟聚醚大分子，其中X选自CH₂OCH₃或CH₂(OCH₂CH₂)_nOCH₃，其中p是大约3.78，q是大约0.94，n是大约0.24；

iii)具有式子CF₃O-(CF₂CF(CF₃)O)_n-(CF₂O)_m-CF₃的低分子量全氟聚醚，其中n是大约1.4，m是3.0-3.5；

iv)内酯；

v)腈；

vi)甘醇二甲醚；

vii)脂族或芳族羧酸酯类；

viii)醚类；或

ix)其组合。

8.根据权利要求7的电解质，其中经降低的粘度是10cP-100cP。

9.根据权利要求1的电解质，其中所述低共熔混合物在+25℃--30℃的温度范围的比电导率是10^-2S/cm-1×10^-4S/cm。

10.根据权利要求1的电解质，其中所述电解质是非可燃性的。

11.锂离子蓄电池，包括：

阴极；

阳极；和

经操作设置在所述阴极和所述阳极之间的电解质，所述电解质包括由式子A_xB_y表示的低共熔混合物，其中：

A是选自氟烷基磺酰基亚氨基化锂或氟芳基磺酰基亚氨基化锂的盐；

B是选自烷基磺酰胺或芳基磺酰胺的溶剂；和

x和y分别是A和B的摩尔份数；

其中A对B的摩尔比是1∶0.2-1∶10。

12.根据权利要求11的锂离子蓄电池，其中所述氟烷基磺酰基亚氨基化锂和所述氟芳基磺酰基亚氨基化锂各自由下式表示：

其中R₁和R₂各自选自F、CF₃、C₂F₅、C₄F₉、芳族基团、或者氟化的芳族基团。

13.根据权利要求11的锂离子蓄电池，其中所述烷基磺酰胺和所述芳基磺酰胺各自由下式表示：

其中R₃选自CH₃、C₂H₅、C₄H₉、芳基、氟化的芳基、(CH₂)_nCF₃其中n是1-5，或者(CH₂)_nOR₆其中n是1或2且R₆是CH₃或CF₃，R₄和R₅选自H、CH₃或C₄H₉。

14.根据权利要求11的锂离子蓄电池，其中A选自双(氟磺酰基)亚氨基化锂、双(三氟甲基磺酰基)亚氨基化锂、双(五氟乙基磺酰基)亚氨基化锂、[(三氟甲基磺酰基)(九氟丁基磺酰基)]亚氨基化锂、或者[(三氟甲基磺酰基)(苯基磺酰基)]亚氨基化锂。

15.根据权利要求11的锂离子蓄电池，其中B选自甲烷磺酰胺、N，N-二甲基甲烷磺酰胺、N-甲基甲烷磺酰胺、乙烷磺酰胺、正丁基磺酰胺、烷基醚磺酰胺、苯磺酰胺或者氟化的苯磺酰胺。