CN106063015A - 反应性烷氧基硼酸锂在锂离子电池组用电解质中作为电解质添加剂的用途 - Google Patents

反应性烷氧基硼酸锂在锂离子电池组用电解质中作为电解质添加剂的用途 Download PDF

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Abstract

一种电解质组合物(A),含有(i)至少一种非质子有机溶剂,(ii)至少一种不同于至少一种式(I)化合物的导电盐,(iii)至少一种式(I)化合物,其中R1、R2、R3和R4选自C1‑C10烷基、C2‑C10链烯基、C2‑C10炔基、C3‑C10环烷基、C6‑C14芳基和C5‑C14杂芳基并且其中R4不同于各R1、R2和R3,(iv)任选地,至少一种其他添加剂。

Description

反应性烷氧基硼酸锂在锂离子电池组用电解质中作为电解质 添加剂的用途
本发明涉及含有烷氧基硼酸锂的电解质组合物(A),烷氧基硼酸锂在锂离子电池组中的用途以及包含该电解质组合物(A)的锂离子电池组。
储能长久以来一直是不断令人感兴趣的主题。电化学电池,例如电池组或蓄电池,可以用于储存电能。锂离子电池组吸引了人们的特殊兴趣,因为它们在几个技术方面优于传统电池组。例如,它们比基于铅或相对贵重的重金属的蓄电池提供更高的能量密度。
在电化学电池中,参与在电化学电池中发生的电化学反应的离子必须被转移。为此在电化学电池中存在导电盐。在锂离子电池组中,电荷转移通过锂离子进行,即存在含锂离子的导电盐。
在锂离子电池组中用作导电盐的盐应满足几个要求,如在所用溶剂中的良好溶解性以及电化学和热稳定性。溶剂化离子应具有高离子迁移性和低毒性且就价格而言应经济。
难以同时满足所有要求。例如,若该盐的阴离子的直径增大到降低离子的缔合,则含有所述盐的电解质组合物的导电性通常由于扩大的阴离子的迁移率更低而降低。此外,该类盐的溶解性通常显著降低。对于每一特定应用不得不确定最合适的导电盐。就锂离子电池组而言,不是所有锂盐都合适,尤其不是所有锂盐都适合用于汽车工程中的高容量锂离子电池组。最简单的锂盐是容易以低成本得到的卤化物如LiF和LiCl或氧化物LiO2。然而,它们在用于锂离子电池组的非水溶剂中的溶解性差。复合锂盐的制备是费力的且复合锂盐昂贵。强路易斯酸如卤化铝的锂盐(例如LiAlF4和LiAlCl4)不合适,因为这些盐与非水溶剂和其他电池组组分反应。衍生于强布朗斯台德酸的锂盐例如为三氟甲烷磺酸锂(LiOTF)和二(三氟甲基磺酰基)亚氨基锂(LiTFSI)。这二者在热和电化学上非常稳定,无毒且对水解不敏感。但是,它们的阴离子极具反应性且引起用作集电器的材料如铝的腐蚀。这些盐没有反应性,但它们不能钝化铝。
已经开发了包含具有更低路易斯酸度的复合阴离子的锂盐,如高氯酸锂(LiClO4),四氟硼酸锂(LiBF4),六氟砷酸锂(LiAsF6)和六氟磷酸锂(LiPF6)。这些盐显示出非常好的溶解性和电化学稳定性。但是,高氯酸阴离子(ClO4 -)是高度反应性的;LiBF4具有非常低的导电性且LiAsF6由于As(V)到As(III)和As(0)的反应的产物毒性而不能在商业上使用。通常使用的LiPF6也是一折衷。它在热上不是非常稳定且对水解非常敏感,但显示出高导电性和电化学稳定性且导致电极的良好钝化。
因此,本发明的目的是要提供一种用于锂离子电池组用电解质的添加剂,其提高电解质组合物和锂离子电池组的长期稳定性和热稳定性。本发明的另一目的是要提供一种用于锂离子电池组用电解质的添加剂,其允许在更宽温度范围内使用电解质组合物和锂离子电池组。尤其应提供的添加剂改善电解质尤其在升高温度(>45℃)下对高电压(4.5V,对于Li/Li+)的性能。
该目的由一种电解质组合物(A)实现,该组合物含有:
(i)至少一种非质子有机溶剂,
(ii)至少一种不同于至少一种式(I)化合物的导电盐,
(iii)至少一种式(I)化合物:
其中
R1、R2、R3和R4相互独立地选自C1-C10烷基、C2-C10链烯基、C2-C10炔基、C3-C10环烷基、C6-C14芳基和C5-C14杂芳基,其中烷基、链烯基、炔基、环烷基、芳基和杂芳基可以被一个或多个选自如下的取代基取代:F、CN、OR5以及选自C1-C4烷基、C2-C4链烯基、C2-C4炔基、苯基和苄基的任选氟代基团,其中R4不同于各R1、R2和R3
R5选自H、具有2-10个氧化烯单元的齐聚C1-C4氧化烯以及选自C1-C4烷基、C2-C4链烯基、C2-C4炔基、苯基、苄基和C(O)OC1-C10烷基的任选氟代基团,以及
R6选自H、F和任选氟代的C1-C4烷基;以及
(iv)任选地,至少一种其他添加剂。
该目的还由式(I)化合物在锂离子电池组用电解质中作为添加剂的用途以及包含电解质组合物(A)的锂离子电池组实现。
本发明含有至少一种式(I)化合物的电解质组合物(A)在55℃下循环之后与仅含导电锂盐的电解质组合物相比显示出改善的放电容量保持率。
下文详细说明本发明。
本文所用术语“C1-C10烷基”是指具有一个游离价键的带有1-10个碳原子的直链或支化饱和烃基且例如包括甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、2,2-二甲基丙基、正己基、异己基、2-乙基己基、正庚基、异庚基、正辛基、异辛基、正壬基、正癸基等。优选C1-C6烷基,更优选C1-C4烷基,最优选2-丙基、甲基和乙基。
本文所用术语“C3-C10环烷基”是指具有一个游离价键的带有3-10个碳原子的环状饱和烃基且例如包括环丙基、环丁基、环戊基和环己基。优选C3-C6环烷基。
本文所用术语“C2-C10链烯基”是指具有一个游离价键的带有2-10个碳原子的不饱和直链或支化烃基,即该烃基含有至少一个C-C双键。C2-C10链烯基例如包括乙烯基、1-丙烯基、2-丙烯基、1-正丁烯基、2-正丁烯基、异丁烯基、1-戊烯基、1-己烯基等。优选C2-C6链烯基,更优选C2-C4链烯基,尤其是乙烯基和1-丙烯-3-基(烯丙基)。
本文所用术语“C2-C10炔基”是指具有一个游离价键的带有2-10个碳原子的不饱和直链或支化烃基,即该烃基含有至少一个C-C叁键。C2-C10炔基例如包括乙炔基、1-丙炔基、2-丙炔基、1-正丁炔基、2-正丁炔基、异丁炔基、1-戊炔基、1-己炔基等。优选C2-C6炔基,更优选C2-C4炔基,尤其是1-丙炔-3-基(炔丙基)。
本文所用术语“C6-C14芳基”表示具有一个游离价键的芳族5-14员烃环。优选C6芳基。C6-C14芳基的实例是苯基、萘基和蒽基,优选苯基。
本文所用术语“C5-C14杂芳基”表示具有一个游离价键的芳族5-14员烃环,其中至少一个C原子被N、O或S替代。优选C5-C7杂芳基。C5-C14杂芳基的实例是吡咯基、呋喃基、噻吩基、吡啶基、吡喃基、噻喃基等。
本文所用术语“齐聚C1-C4氧化烯”表示齐聚氧化烯基团,其中各亚烷基包含1-4个碳原子。亚烷基衍生于相应烷基且也称为链烷二基。齐聚氧化烯基团含有2-10个氧化烯单元。氧化烯单元的实例是氧化亚甲基(CH2O)、1,2-氧化乙烯(CH2CH2O)、1,3-氧化丙烯(CH2CH2CH2O)、1,2-氧化丙烯(CH2CH(CH3)O)和1,4-氧化正丁烯(CH2CH2CH2CH2O)。2-10个氧化烯单元可以是相同或不同的C1-C4个氧化烯单元,例如齐聚的均聚氧化乙烯或氧化乙烯和氧化丙烯的齐聚共聚物。齐聚氧化烯的端基可以为OH或OC1-C4烷基,优选齐聚氧化烯的端基为OC1-C4烷基。具有2-10个氧化烯单元的齐聚C1-C4氧化烯的实例是聚四氢呋喃((C4H8O)2- 10H)、二甘醇((CH2CH2O)2H)、三甘醇((CH2CH2O)3H)和二甘醇甲基醚((CH2CH2O)2OCH3)。优选齐聚C2-C3氧化烯,甚至更优选齐聚氧化乙烯。
本文所用术语“苄基”表示基团CH2C6H5
根据本发明,取代基R1、R2、R3和R4选自C1-C10烷基、C2-C10链烯基、C2-C10炔基、C3-C10环烷基、C6-C14芳基和C5-C14杂芳基,其中烷基、链烯基、炔基、环烷基、芳基和杂芳基可以被一个或多个选自如下的取代基取代:F、CN、OR5以及选自C1-C4烷基、C2-C4链烯基、C2-C4炔基、苯基和苄基的任选氟代基团,
R5选自H、具有2-10个氧化烯单元的齐聚C1-C4氧化烯以及选自C1-C4烷基、C2-C4链烯基、C2-C4炔基、苯基、苄基和C(O)OC1-C10烷基的任选氟代基团,以及
R6选自H、F和任选氟代的C1-C4烷基,
其中R4不同于各R1、R2和R3
优选R1、R2、R3和R4选自C1-C6烷基、C2-C6链烯基、C2-C6炔基、C3-C6环烷基、C6-C14芳基和C5-C14杂芳基,其中烷基、链烯基、炔基、环烷基、芳基和杂芳基可以被一个或多个选自如下的取代基取代:F、CN、OR5以及选自C1-C4烷基、C2-C4链烯基、C2-C4炔基、苯基和苄基的任选氟代基团,
R5选自H、具有2-10个氧化烯单元的齐聚C2-C3氧化烯以及选自C1-C4烷基、C2-C4链烯基、C2-C4炔基、苯基、苄基和C(O)OC1-C4烷基的任选氟代基团,以及
R6选自H、F和任选氟代的C1-C4烷基,
其中R4不同于各R1、R2和R3
更优选R1、R2和R3为任选氟代的C1-C6烷基,以及R4选自C1-C10烷基,但不与R1、R2和R3相同,C2-C10链烯基、C2-C10炔基、C3-C10环烷基、C6-C14芳基和C5-C14杂芳基,其中烷基、链烯基、炔基、环烷基、芳基和杂芳基可以被一个或多个选自如下的取代基取代:F、CN、OR5以及选自C1-C4烷基、C2-C4链烯基、C2-C4炔基、苯基和苄基的任选氟代基团,
R5选自H、具有2-10个氧化烯单元的齐聚C1-C4氧化烯以及选自C1-C4烷基、C2-C4链烯基、C2-C4炔基、苯基、苄基和C(O)OC1-C10烷基的任选氟代基团,以及
R6选自H、F和任选氟代的C1-C4烷基。
在该实施方案内,R4优选选自C1-C6烷基、C2-C6链烯基、C2-C6炔基、C3-C6环烷基、C6-C14芳基和C5-C14杂芳基,其中烷基、链烯基、炔基、环烷基、芳基和杂芳基可以被一个或多个选自如下的基团取代:F、CN、OR5以及选自C1-C4烷基、C2-C4链烯基、C2-C4炔基、苯基和苄基的任选氟代基团,
R5选自H、具有2-10个氧化烯单元的齐聚C1-C4氧化烯以及选自C1-C4烷基、C2-C4链烯基、C2-C4炔基、苯基、苄基和C(O)OC1-C4烷基的任选氟代基团,
R6选自H、F和任选氟代的C1-C4烷基。
更优选R1、R2和R3为CH3,以及
R4选自C2-C10烷基、C2-C10链烯基、C2-C10炔基、C3-C10环烷基、C6-C14芳基和C5-C14杂芳基,其中烷基、链烯基、炔基、环烷基、芳基和杂芳基可以被一个或多个选自如下的取代基取代:F、CN、OR5以及选自C1-C4烷基、C2-C4链烯基、C2-C4炔基、苯基和苄基的任选氟代基团,
R5选自H、具有2-10个氧化烯单元的齐聚C1-C4氧化烯以及选自C1-C4烷基、C2-C4链烯基、C2-C4炔基、苯基、苄基和C(O)OC1-C10烷基的任选氟代基团,以及
R6选自H、F和任选氟代的C1-C4烷基。
在该实施方案内,R4优选选自C2-C6烷基、C2-C6链烯基、C2-C6炔基、C3-C6环烷基、C6-C14芳基和C5-C14杂芳基,其中烷基、链烯基、炔基、环烷基、芳基和杂芳基可以被一个或多个选自如下的基团取代:F、CN、OR5以及选自C1-C4烷基、C2-C4链烯基、C2-C4炔基、苯基和苄基的任选氟代基团,
R5选自H、具有2-10个氧化烯单元的齐聚C1-C4氧化烯以及选自C1-C4烷基、C2-C4链烯基、C2-C4炔基、苯基、苄基和C(O)OC1-C4烷基的任选氟代基团,以及
R6选自H、F和任选氟代的C1-C4烷基。
在该实施方案内甚至更优选R4选自C1-C4烷基、C2-C4链烯基、C2-C4炔基、C3-C6环烷基、C6芳基和C5-C7杂芳基,其中烷基、链烯基、炔基、环烷基、芳基和杂芳基可以被一个或多个选自如下的基团取代:F、CN、OR5以及选自C1-C4烷基、C2-C4链烯基、C2-C4炔基、苯基和苄基的任选氟代基团,以及
R5选自H、具有2-10个氧化烯单元的齐聚C2-C3氧化烯以及选自C2-C3烷基、苯基、苄基和C(O)OC1-C4烷基的任选氟代基团,以及
R6选自H、F和任选氟代的C1-C4烷基。
尤其优选的式(I)化合物是3-烯丙基三甲基硼酸锂、3-炔丙基三甲基硼酸锂、苯基三甲基硼酸锂、4-吡啶基三甲基硼酸锂、3-吡啶基三甲基硼酸锂、2-吡啶基三甲基硼酸锂、2,2,2-三氟乙基三甲基硼酸锂、甘油碳酸酯三甲基硼酸锂、乙二醇甲基醚三甲基硼酸锂、二甘醇甲基醚三甲基硼酸锂、4-氟苯基三甲基硼酸锂、2-丁炔基三甲基硼酸锂、3-丙腈三甲基硼酸锂和三氟乙基三甲基硼酸锂。
式(I)化合物的制备对本领域熟练技术人员而言是已知的。它们例如可以由氟代2-丙醇衍生物如1,1,1,3,3,3-六氟-2-丙醇和光气、草酰氯、羧酸酐、氯甲酸烷基酯和其他原料制备。式(I)化合物制备的说明可以在H.J.Chem.Ber.1966,第1143-1148页,US 3,359,296以及J.J.Parlow等,J.Org.Chem.1997,62,第5908-5919页中找到。
该至少一种式(I)化合物在电解质组合物(A)中的浓度基于电解质组合物(A)的总重量通常为0.001-25重量%,优选0.01-2.0重量%,更优选0.1-1重量%,尤其是0.2-0.4重量%。
电解质组合物(A)进一步含有至少一种非质子有机溶剂(i),优选至少两种非质子有机溶剂(ii),更优选至少三种非质子有机溶剂(i)。根据一个实施方案,电解质组合物(A)可以含有至多10种非质子有机溶剂(i)。
该至少一种非质子有机溶剂(i)优选选自:
(a)可以部分被卤代的环状和非环状有机碳酸酯,
(b)可以部分被卤代的二-C1-C10烷基醚,
(c)可以部分被卤代的二-C1-C4烷基-C2-C6亚烷基醚和聚醚,
(d)可以部分被卤代的环状醚,
(e)可以部分被卤代的环状和无环缩醛和缩酮,
(f)可以部分被卤代的原羧酸酯,
(g)可以部分被卤代的羧酸的环状和非环状酯,
(h)可以部分被卤代的环状和非环状砜,
(i)可以部分被卤代的环状和非环状腈和二腈,以及
(j)可以部分被卤代的离子液体。
非质子有机溶剂(a)-(j)可以部分被卤代,例如它们可以部分被氟代、部分被氯代或部分被溴代,优选它们可以部分被氟代。“部分被卤代”是指相应分子的一个或多个H被卤原子,例如F、Cl或Br替代。优选被F替代。该至少一种溶剂(i)可以选自部分被卤代和未卤代的非质子有机溶剂(a)-(j),即该电解质组合物可以含有部分被卤代和未卤代的非质子有机溶剂的混合物。
更优选该至少一种非质子有机溶剂(i)选自环状和非环状有机碳酸酯(a),二-C1-C10烷基醚(b),二-C1-C4烷基-C2-C6亚烷基醚和聚醚(c)以及环状和无环缩醛和缩酮(e),甚至更优选电解质组合物(A)含有至少一种选自环状和非环状有机碳酸酯(a)的非质子有机溶剂(i),最优选电解质组合物(A)含有至少两种选自环状和非环状有机碳酸酯(a)的非质子有机溶剂(i),电解质组合物(A)尤其含有至少一种环状有机碳酸酯(a)和至少一种非环状有机碳酸酯(a),例如碳酸亚乙酯和碳酸二乙酯。上述优选有机非质子溶剂也可以部分被卤代,优选部分被氟代。
合适有机碳酸酯(a)的实例是根据通式(a1)、(a2)或(a3)的环状有机碳酸酯:
其中
Ra、Rb和Rc不同或相同且相互独立地选自氢;C1-C4烷基,优选甲基;F;以及被一个或多个F取代的C1-C4烷基,例如CF3
“C1-C4烷基”意欲包括甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基和叔丁基。
优选的环状有机碳酸酯(a)具有通式(a1)、(a2)或(a3),其中Ra、Rb和Rc为H。实例是碳酸亚乙酯、碳酸亚乙烯基酯和碳酸亚丙酯。优选的环状有机碳酸酯(a)是碳酸亚乙酯。其他优选的环状有机碳酸酯(a)是碳酸二氟亚乙基酯(a4)和碳酸单氟亚乙基酯(a5):
合适非环状有机碳酸酯(a)的实例是碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲基·乙基酯及其混合物。
在本发明的一个实施方案中,电解质组合物(A)以1:10-10:1,优选3:1-1:1的重量比含有非环状有机碳酸酯(a)和环状有机碳酸酯(a)的混合物。
合适非环状二-C1-C10烷基醚(b)的实例是二甲醚、乙基甲基醚、乙醚、二异丙醚和二正丁醚。
二-C1-C4烷基-C2-C6亚烷基醚(c)的实例是1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、二甘醇二甲醚(二甘醇二甲基醚)、三甘醇二甲醚(三甘醇二甲基醚)、四甘醇二甲醚(四甘醇二甲基醚)和二甘醇二乙基醚。
合适聚醚(c)的实例是聚亚烷基二醇,优选聚-C1-C4亚烷基二醇,尤其是聚乙二醇。聚乙二醇可以以共聚形式包含至多20mol%的一种或多种C1-C4亚烷基二醇。聚亚烷基二醇优选为二甲基-或二乙基封端的聚亚烷基二醇。合适聚亚烷基二醇以及尤其是合适聚乙二醇的分子量Mw可以为至少400g/mol。合适聚亚烷基二醇以及尤其是合适聚乙二醇的分子量Mw可以为至多5000000g/mol,优选至多2000000g/mol。
合适环状醚(d)的实例是四氢呋喃和1,4-二烷。
合适非环状缩醛(e)的实例是1,1-二甲氧基甲烷和1,1-二乙氧基甲烷。合适环状缩醛(e)的实例是1,3-二烷和1,3-二氧戊环。
合适原羧酸酯(f)的实例是三-C1-C4烷氧基甲烷,尤其是三甲氧基甲烷和三乙氧基甲烷。
羧酸的合适非环状酯(g)的实例是乙酸乙酯、丁酸甲酯、二羧酸的酯如1,3-二甲基丙烷二酸酯。羧酸的合适环状酯(内酯)的实例是γ-丁内酯。
合适非环状砜(h)的实例是乙基·甲基砜和二甲基砜。
合适环状和非环状腈和二腈(i)的实例是己二腈、乙腈、丙腈和丁腈。
此外,本发明电解质组合物(A)含有至少一种不同于式(I)化合物的导电盐(ii)。电解质组合物(A)用作转移参与在电化学电池中发生的电化学反应的离子的介质。存在于电解质中的导电盐(ii)通常在非质子有机溶剂(i)中溶剂化。优选该导电盐(ii)为锂盐。该导电盐优选选自:
●Li[F6-xP(CyF2y+1)x],其中x为0-6的整数且y为1-20的整数;
●Li[B(R10)4],Li[B(R10)2(OR11O)]和Li[B(OR11O)2],其中R10各自相互独立地选自F、Cl、Br、I、C1-C4烷基、C2-C4链烯基和C2-C4炔基,其中烷基、链烯基和炔基可以被一个或多个OR12取代,其中R12选自C1-C6烷基、C2-C6链烯基和C2-C6炔基,以及其中(OR10O)为衍生于1,2-或1,3-二醇、1,2-或1,3-二羧酸或1,2-或1,3-羟基羧酸的二价基团,其中该二价基团经由两个氧原子与中心B原子形成5或6员环;
●通式Li[X(CnF2n+1SO2)m]的盐,其中m和n如下所定义:
当X选自氧和硫时,m=1,
当X选自氮和磷时,m=2,
当X选自碳和硅时,m=3,以及
n为1-20的整数,
●LiClO4;LiAsF6;LiCF3SO3;Li2SiF6;LiSbF6;LiAlCl4,Li[N(SO2F)2],四氟(草酸根合)磷酸锂;以及草酸锂。
衍生出二价基团(OR11O)的合适1,2-和1,3-二醇可以是脂族或芳族的且例如可以选自1,2-二羟基苯、1,2-丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、环己基-反式-1,2-二醇或2,3-萘二酚,它们任选被一个或多个F和/或至少一个直链或支化的非氟代、部分氟代或完全氟代C1-C4烷基取代。该1,2-或1,3-二醇的实例是1,1,2,2-四(三氟甲基)-1,2-乙二醇。
衍生出二价基团(OR11O)的合适1,2-或1,3-二羧酸可以是脂族或芳族的,例如草酸、丙二酸(丙烷-1,3-二羧酸)、邻苯二甲酸或间苯二甲酸,优选草酸。1,2-或1,3-二羧酸任选被一个或多个F和/或至少一个直链或支化的非氟代、部分氟代或完全氟代C1-C4烷基取代。
衍生出二价基团(OR11O)的合适1,2-或1,3-羟基羧酸可以是脂族或芳族的,例如水杨酸、四氢水杨酸、苹果酸、2-羟基乙酸,它们任选被一个或多个F和/或至少一个直链或支化的非氟代、部分氟代或完全氟代C1-C4烷基取代。该1,2-或1,3-羟基羧酸的实例是2,2-二(三氟甲基)-2-羟基乙酸。
Li[B(R10)4]、Li[B(R10)2(OR11O)]和Li[B(OR11O)2]的实例是LiBF4、二氟草酸根合硼酸锂和二草酸根合硼酸锂。
优选该至少一种导电盐(ii)选自LiPF6,LiBF4和LiPF3(CF2CF3)3,更优选该导电盐(ii)选自LiPF6和LiBF4,最优选该导电盐(ii)为LiPF6
基于该电解质组合物的总重量,该至少一种导电盐(ii)通常以至少0.01重量%,优选至少0.5重量%,更优选至少1重量%,最优选至少5重量%的最小浓度存在。该至少一种导电盐(ii)的浓度上限基于该电解质组合物的总重量通常为25重量%。
此外,本发明电解质组合物(A)可以含有至少一种其他添加剂(iv)。该至少一种其他添加剂(iv)可以选自碳酸亚乙烯基酯及其衍生物,碳酸乙烯基亚乙酯及其衍生物,碳酸甲基亚乙酯及其衍生物,(二草酸根合)硼酸锂,二氟(草酸根合)硼酸锂,四氟(草酸根合)磷酸锂,草酸锂,2-乙烯基吡啶,4-乙烯基吡啶,环状外亚甲基碳酸酯,磺内酯,环状和无环磺酸酯,环状和无环亚硫酸酯,环状和无环亚磺酸酯,无机酸的有机酯,在1巴下的沸点为至少36℃的无环和环状烷烃,以及芳族化合物,任选被卤代的环状和无环磺酰基酰亚胺,任选被卤代的环状和无环磷酸酯,任选被卤代的环状和无环膦,任选被卤代的环状和无环亚磷酸酯包括,任选被卤代的环状和无环磷腈,任选被卤代的环状和无环甲硅烷基胺,任选被卤代的环状和无环卤代酯,任选被卤代的环状和无环酰胺,任选被卤代的环状和无环酸酐,任选被卤代的有机杂环。
合适芳族化合物的实例是联苯、环己基苯和1,4-二甲氧基苯。
磺内酯可以被取代或未被取代。合适磺内酯的实例是如下所示的丙烷磺内酯(iva),丁烷磺内酯(iv b)和丙烯磺内酯(iv c):
合适环状外亚甲基碳酸酯的实例是式(iv d)化合物:
其中Rd和Re可以相同或不同且相互独立地选自C1-C10烷基和氢。优选Rd和Re二者为甲基。还优选Rd和Re二者为氢。优选的环状外亚甲基碳酸酯是碳酸亚甲基亚乙酯。
此外,添加剂(iv)可以选自无环或环状烷烃,优选在1巴的压力下沸点至少为36℃的烷烃。该类烷烃的实例是环己烷、环庚烷和环十二烷。
适合作为添加剂(iv)的其他化合物是无机酸的有机酯如磷酸或硫酸的乙基酯或甲基酯。
添加剂(iv)通常选择为不同于选择作为导电盐(ii)的化合物、选择作为有机非质子溶剂(i)的化合物和存在于相应电解质组合物(A)中的式(I)化合物(iii)。
根据本发明的一个实施方案,该电解质组合物含有至少一种其他添加剂(iv)。若一种或多种其他添加剂(iv)存在于电解质组合物(A)中,则其他添加剂(iv)的总浓度基于电解质组合物(A)的总重量为至少0.001重量%,优选0.005-10重量%,最优选0.01-5重量%。
本发明电解质组合物优选基本不含水,即本发明电解质组合物的水含量低于100ppm,更优选低于50ppm,最优选低于30ppm。术语“ppm”表示每百万的份数,基于整个电解质组合物的重量。本领域熟练技术人员已知各种方法来测定该电解质组合物中存在的水量。非常合适的一种方法是根据Karl Fischer的滴定,其例如详细描述于DIN 51777或ISO760:1978中。
本发明锂离子电池组的电解质组合物(A)优选在工作条件下为液体;更优选在1巴和25℃下为液体,甚至更优选该电解质组合物在1巴和-15℃下为液体,最优选该电解质组合物在1巴和-30℃下为液体,尤其优选该电解质组合物在1巴和-50℃下为液体。
在本发明的优选实施方案中,该电解质组合物含有至少两种选自环状和非环状有机碳酸酯(a)的非质子溶剂(i),至少一种式(I)化合物,至少一种选自LiBF4和LiPF6的导电盐(ii)和最大至多100ppm水。
进一步优选电解质组合物(A),其中该电解质组合物基于该电解质组合物的总重量含有:
(i)60-99.98重量%至少一种非质子有机溶剂,
(ii)0.01-25重量%至少一种不同于至少一种式(I)化合物的导电盐,
(iii)0.01-25重量%至少一种式(I)化合物,和
(iv)0-10重量%至少一种其他添加剂。
包含如上所述电解质组合物(A)的Li离子电池组与包含没有式(I)化合物的相同电解质的锂离子电池组相比显示出提高的容量保持率。
本发明的另一目的是一种或多种如上面详细描述为本发明电解质组合物(A)的组分(iii)的式(I)化合物在锂离子电池组用电解质中作为添加剂的用途。该至少一种式(I)化合物通常通过将式(I)化合物加入该电解质中而使用。通常以产生含有上述浓度的式(I)化合物的电解质组合物的量加入式(I)化合物。
本发明的另一目的是一种锂离子电池组,其包括:
(A)如上面详细描述的电解质组合物,
(B)至少一个包含阴极活性材料的阴极,和
(C)至少一个包含阳极活性材料的阳极。
在本发明上下文中,术语“锂离子电池组”是指可再充电电化学电池,其中在放电过程中锂离子由负极(阳极)迁移到正极(阴极)且在充电过程中锂离子由正极迁移到负极,即电荷转移由锂离子完成。锂离子电池组通常包括能够包藏和释放锂离子的过渡金属化合物,例如具有层状结构的过渡金属氧化物化合物如LiCoO2、LiNiO2和LiMnO2;具有橄榄石结构的过渡金属磷酸盐如LiFePO4和LiMnPO4;或锂离子电池组技术领域中的熟练技术人员已知的锂-锰尖晶石作为阴极活性材料。
术语“阴极活性材料”表示阴极中的电化学活性材料,在锂离子电池组的情况下阴极活性材料可以是在该电池组的充电/放电过程中锂离子插层/脱出的过渡金属氧化物。取决于该电池组的状态,即充电或放电,阴极活性材料含有更多或更少的锂离子。术语“阳极活性材料”表示阳极中的电化学活性材料,在锂离子电池组的情况下阳极活性材料为在该电池组的充电/放电过程中能够包藏和释放锂离子的材料。
包括在本发明电化学电池内的阴极(B)包含可以可逆地包藏和释放锂离子的阴极活性材料。可以使用的阴极活性材料包括但不限于具有橄榄石结构的锂代过渡金属磷酸盐如LiFePO4、LiCoPO4和LiMnPO4;具有层状结构的锂离子插层过渡金属氧化物如LiMnO2、LiCoO2、LiNiO2以及尤其是具有通式Li(1+z)[NiaCobMnc](1-z)O2+e的那些,其中z为0-0.3,a、b和c可以相同或不同且独立地为0-0.8,其中a+b+c=1且-0.1≤e≤0.1;以及具有尖晶石结构的锂代过渡金属混合氧化物。
在一个优选实施方案中,阴极活性材料为LiFePO4或LiCoPO4。含有LiCoPO4作为阴极活性材料的阴极也可以称为LiCoPO4阴极。LiCoPO4可以用Fe,Mn,Ni,V,Mg,Al,Zr,Nb,Tl,Ti,K,Na,Ca,Si,Sn,Ge,Ga,B,As,Cr,Sr,或稀土元素,即镧系元素、钪和钇掺杂。具有橄榄石结构的LiCoPO4由于其高操作电压(氧化还原电势为4.8V,对于Li/Li+)、平坦电压分布和约170mAh/g的高理论容量根据本发明特别适合。阴极可以包含LiCoPO4/C或LiFePO4/C复合材料。包含LiCoPO4/C或LiFePO4/C复合材料的合适阴极的制备描述于Markevich,Electrochem.Comm.15,2012,22-25中。
在本发明的另一优选实施方案中,阴极活性材料选自通式Li(1+z)[NiaCobMnc](1-z)O2+e的具有层状结构的过渡金属氧化物,其中z为0-0.3;a、b和c可以相同或不同且独立地为0-0.8,其中a+b+c=1并且-0.1≤e≤0.1。该类具有层状结构的过渡金属氧化物实例包括其中[NiaCobMnc]选自Ni0.33Co0.33Mn0.33,Ni0.5Co0.2Mn0.3,Ni0.33Co0Mn0.66,Ni0.25Co0Mn0.75,Ni0.35Co0.15Mn0.5,Ni0.21Co0.08Mn0.71和Ni0.22Co0.12Mn0.66的那些。优选通式Li(1+z)[NiaCobMnc](1-z)O2+e的具有层状结构的过渡金属氧化物,其中z为0.05-0.3,a=0.2-0.5,b=0-0.3且c=0.4-0.8,其中a+b+c=1且-0.1≤e≤0.1。尤其优选具有层状结构的含锰过渡金属氧化物选自其中[NiaCobMnc]选自Ni0.33Co0Mn0.66,Ni0.25Co0Mn0.75,Ni0.35Co0.15Mn0.5,Ni0.21Co0.08Mn0.71和Ni0.22Co0.12Mn0.66,尤其优选Ni0.21Co0.08Mn0.71和Ni0.22Co0.12Mn0.66的那些。
根据本发明的进一步优选实施方案,阴极活性材料选自具有尖晶石结构的锂代过渡金属混合氧化物。这些为通式Li1+tM2-tO4-d的那些,其中d为0-0.4,t为0-0.4,同时大于60mol%的M为锰。选择为不超过30mol%的其他M为一种或多种选自周期表第3-12族的金属,例如Ti,V,Cr,Fe,Co,Ni,Zn,Mo,优选Co和Ni,尤其是Ni。具有该通式的合适含锰尖晶石实例是LiNi0.5Mn1.5O4-d
许多元素是普遍存在的。例如,钠、钾和氯离子在基本上所有无机材料中可以以非常小的比例检测。在本发明上下文中,不考虑比例小于0.5重量%的阳离子或阴离子。因此,在本发明上下文中将包含小于0.5重量%钠的任何含锂离子的混合过渡金属氧化物认为不含钠。相应地,在本发明上下文中将包含小于0.5重量%硫酸根离子的任何含锂离子的混合过渡金属氧化物认为不含硫酸根。
阴极可以包含一种或多种其他成分。例如,阴极可以包含呈导电多晶型的碳,例如选自石墨、碳黑、碳纳米管、膨胀石墨、石墨烯或上述物质中至少两种的混合物。此外,阴极可以包含一种或多种粘合剂,例如一种或多种有机聚合物如聚乙烯、聚丙烯腈、聚丁二烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚异戊二烯以及至少两种选自乙烯、丙烯、苯乙烯、(甲基)丙烯腈和1,3-丁二烯的共聚单体的共聚物,尤其是苯乙烯-丁二烯共聚物,聚偏二氟乙烯(PVdF),聚四氟乙烯,四氟乙烯和六氟丙烯的共聚物,四氟乙烯和偏二氟乙烯的共聚物以及聚丙烯腈。
此外,阴极可以包含集电器,后者可以为金属线、金属网格、金属筛网、金属片、金属箔或金属板。合适的金属箔是铝箔。
根据本发明的一个实施方案,阴极具有的厚度为25-200μm,优选30-100μm,基于不包括集电器厚度的阴极的全部厚度。
包括在本发明电化学电池内的阳极(C)包含可以可逆地包藏和释放锂离子的阳极活性材料。可以使用的阳极活性材料包括但不限于可以可逆地包藏和释放锂离子的碳。合适的碳材料是结晶碳如石墨材料,更具体为天然石墨,石墨化焦,石墨化MCMB和石墨化MPCF;无定形碳如焦碳,在1500℃以下烧制的中间相碳微球(MCMB),以及中间相沥青基碳纤维(MPCF);硬碳和碳阳极活性材料(热分解碳,焦碳,石墨)如碳复合材料,燃烧过的有机聚合物和碳纤维。
其他阳极活性材料是金属锂或含有能够与锂形成合金的元素的材料。含有能够与锂形成合金的元素的材料的非限制性实例包括金属、半金属或其合金。应理解的是本文所用术语“合金”是指两种或更多种金属的合金以及一种或多种金属与一种或多种半金属一起的合金二者。若合金整体具有金属性能,则该合金可以含有非金属元素。在合金的结构中,固溶液、共晶(共晶混合物)、金属间化合物或其两种或更多种共存。该金属或半金属元素的实例包括但不限于钛(Ti)、锡(Sn)、铅(Pb)、铝、铟(In)、锌(Zn)、锑(Sb)、铋(Bi)、镓(Ga)、锗(Ge)、砷(As)、银(Ag)、铪(Hf)、锆(Zr)、钇(Y)和硅(Si)。优选长形式元素周期表中第4或14族金属和半金属元素,尤其优选钛、硅和锡,特别是硅和锡。锡合金实例包括具有一种或多种选自硅、镁(Mg)、镍、铜、铁、钴、锰、锌、铟、银、钛(Ti)、锗、铋、锑和铬(Cr)的元素作为锡以外的第二成分元素的那些。硅合金的实例包括具有一种或多种选自锡、镁、镍、铜、铁、钴、锰、锌、铟、银、钛、锗、铋、锑和铬的元素作为硅以外的第二成分元素的那些。
另一可能的阳极活性材料是能够包藏和释放锂离子的硅。该硅可以以不同形式,例如以纳米线、纳米管、纳米颗粒、薄膜、纳米多孔硅、结晶硅粉末或硅纳米管的形式使用。该硅可以沉积在集电器上。集电器可以是金属线、金属网格、金属筛网、金属片、金属箔或金属板。优选集电器为金属箔,例如铜箔。可以通过本领域熟练技术人员已知的任何技术,例如通过溅射技术将硅薄膜沉积于金属箔上。制备Si薄膜电极的一种可能性描述于R.Elazari等;Electrochem.Comm.2012,14,21-24中。还可以使用硅/碳复合材料作为本发明阳极活性材料。该碳优选选自导电碳材料,如石墨、碳黑、碳纳米管、膨胀石墨、石墨烯或其混合物。
其他可能的阳极活性材料是Ti的锂离子插层氧化物。
优选存在于本发明锂离子蓄电池组中的阳极活性材料选自可以可逆地包藏和释放锂离子的碳,特别优选可以可逆地包藏和释放锂离子的碳选自结晶碳、硬碳和无定形碳,尤其优选石墨。在另一优选实施方案中,存在于本发明锂离子蓄电池组中的阳极活性材料选自可以可逆地包藏和释放锂离子的锡和硅,尤其是硅呈薄膜和/或硅/碳复合材料形式。在进一步优选的实施方案中,存在于本发明锂离子蓄电池组中的阳极活性材料选自能够包藏和释放锂离子的Ti氧化物。进一步优选锂、锂合金和能够形成锂合金的材料,优选锡。根据本发明的一个实施方案,阳极活性材料含有锡或硅。
阳极和阴极可以通过将电极活性材料、粘合剂、任选地导电材料和需要的话增稠剂分散于溶剂中制备电极浆料组合物并将该浆料组合物涂敷于集电器上而制造。集电器可以为金属线、金属网格、金属筛网、金属片、金属箔或金属板。优选集电器为金属箔,例如铜箔或铝箔。
本发明电化学电池可以含有本身为常规的其他成分,例如输出导体、隔片、外壳、电缆连接件等。输出导体可以构造成金属线、金属网格、金属筛网、膨胀金属、金属片或金属箔的形式。合适的金属箔尤其是铝箔。合适的隔片例如为玻璃纤维隔片和基于聚合物的隔片如聚烯烃隔片。外壳可以具有任何形状,例如立方形或呈圆柱体形状。在另一实施方案中,本发明电化学电池具有棱柱体形状。在一个方案中,所用外壳为加工成小袋的金属-塑料复合薄膜。
因此,本发明还进一步提供了本发明电化学电池在设备,尤其是在移动设备中的用途。移动设备的实例为机动车辆,例如汽车,自行车,飞机,或水上交通工具如船或艇。移动设备的其他实例为便携式的那些,例如计算机,尤其是笔记本电脑、电话机或电动工具,例如建筑领域的电动工具,尤其是钻机、电池组驱动的螺丝刀或电池组驱动的敲钉器。本发明电化学电池也可以用于固定储能站。
本发明由下列实施例说明;然而,这些实施例不限制本发明。
I.制备烷氧基硼酸锂
反应和后处理在N2下于手套箱中进行。
将0.02mol醇(ROH)(95%,Aldrich)溶于100ml THF中。将12.5mL(2.0mol)正丁基锂(1.6M己烷溶液,Aldrich)加入该溶液中。将反应混合物搅拌1小时以允许相应LiOR沉淀。将沉淀物滤出,随后用少量乙醚洗涤并真空干燥过夜。如此得到的LiOR由1H和13C NMR光谱法表征。
将0.005mol相应锂盐LiOR加入含有20ml THF的烧瓶中并加入3.4mL(0.03mol)三甲基硼酸盐。得到混合物。在将该混合物搅拌1周后滤出形成的白色固体。将得到的白色固体在手套箱的前室中真空干燥12小时。
产物由1H、13C和11B核磁共振(NMR)光谱法表征。
所有制备的化合物总结于表1中。
表1
II.电池制备和电化学测量
用来自Pred Materials(USA)的2032型纽扣电池部件—包括SUS 304镀Al外壳、SUS 316L盖、PP垫圈、15.5mm直径和1.0mm厚度的圆隔板以及15mm直径和1.4mm厚度的波形弹簧—组装纽扣电池。在Ar填充手套箱中用阴极活性材料LiNi0.5Mn1.5O4(d=14.7mm)和石墨阳极(d=15.0mm)构造电池,每一电池用一片Setela E20MM聚烯烃隔片(d=19mm)和40μL(20μL×2)电解质。水含量小于0.1ppm。电池组级碳酸酯溶剂和六氟磷酸锂(LiPF6)得自Novolyte。对比电解质组合物为在EC/EMC(3:7,体积比)中的1.0M LiPF6。本发明电解质组合物通过将式(I)化合物加入对比电解质组合物中而制备,相应式(I)化合物的浓度为电解质组合物总质量的1重量%。
在Arbin循环控制器上将所有电池在4.25~4.8V之间在室温(25℃)下循环20个循环并在升高的温度(55℃)下循环30个循环并通过Fisher Scientific Isotemp恒温箱控制温度。在循环之前将所有电池用环氧树脂密封。程序的细节如下,成型(总共5个循环,1C/20,2C/10,2C/5)和在室温(25℃)下循环(15个循环,C/5),然后在升高的温度下循环(30个循环,C/5)。对于各样品进行1-3次试验。
表2说明电池在有和没有添加剂下的循环性能。在室温下的容量保持率通过将第20个循环的放电容量与第6个循环的放电容量相比较而计算(在5个成型循环之后是第1个循环)。在升高的温度下的容量保持率通过将第50个循环的放电容量除以第6个循环的放电容量而计算(在5个成型循环之后是第1个循环)。第1个循环效率是第1个循环的放电容量与充电容量之比。
表2:电池在有和没有添加剂下的循环性能

Claims (15)

1.一种电解质组合物(A),含有
(i)至少一种非质子有机溶剂,
(ii)至少一种不同于至少一种式(I)化合物的导电盐,
(iii)至少一种式(I)化合物,
其中
R1、R2、R3和R4选自C1-C10烷基、C2-C10链烯基、C2-C10炔基、C3-C10环烷基、C6-C14芳基和C5-C14杂芳基,其中烷基、链烯基、炔基、环烷基、芳基和杂芳基可以被一个或多个选自如下的取代基取代:F、CN、OR5以及选自C1-C4烷基、C2-C4链烯基、C2-C4炔基、苯基和苄基的任选氟代基团,
其中R4不同于各R1、R2和R3
R5选自H、具有2-10个氧化烯单元的齐聚C1-C4氧化烯以及选自C1-C4烷基、C2-C4链烯基、C2-C4炔基、苯基、苄基和C(O)OC1-C10烷基的任选氟代基团,
R6选自H、F和任选氟代的C1-C4烷基;以及
(iv)任选地,至少一种其他添加剂。
2.根据权利要求1的电解质组合物,其中至少一种式(I)化合物选自如下式(I)化合物,其中:
R1、R2、R3和R4相互独立地选自C1-C6烷基、C2-C6链烯基、C2-C6炔基、C3-C6环烷基、C6-C14芳基和C5-C14杂芳基,其中烷基、链烯基、炔基、环烷基、芳基和杂芳基可以被一个或多个选自如下的取代基取代:F、CN、OR5以及选自C1-C4烷基、C2-C4链烯基、C2-C4炔基、苯基和苄基的任选氟代基团,
R5选自H、具有2-10个氧化烯单元的齐聚C2-C3氧化烯以及选自C1-C4烷基、C2-C4链烯基、C2-C4炔基、苯基、苄基和C(O)OC1-C4烷基的任选氟代基团,
R6选自H、F和任选氟代的C1-C4烷基。
3.根据权利要求1或2的电解质组合物,其中所述至少一种式(I)化合物选自如下式(I)化合物,其中:
R1、R2和R3为任选氟代的C1-C6烷基,以及
R4选自C1-C6烷基、C2-C6链烯基、C2-C6炔基、C3-C6环烷基、C6-C14芳基和C5-C14杂芳基,其中烷基、链烯基、炔基、环烷基、芳基和杂芳基可以被一个或多个选自如下的基团取代:F、CN、OR5以及选自C1-C4烷基、C2-C4链烯基、C2-C4炔基、苯基和苄基的任选氟代基团,
R5选自H、具有2-10个氧化烯单元的齐聚C1-C4氧化烯以及选自C1-C4烷基、C2-C4链烯基、C2-C4炔基、苯基、苄基和C(O)OC1-C4烷基的任选氟代基团,
R6选自H、F和任选氟代的C1-C4烷基。
4.根据权利要求1-3中任一项的电解质组合物,其中所述至少一种式(I)化合物选自如下式(I)化合物,其中:
R1、R2和R3为CH3,以及
R4选自C2-C4烷基、C2-C4链烯基、C2-C4炔基、C3-C6环烷基、C6芳基和C5-C7杂芳基,其中烷基、链烯基、炔基、环烷基、芳基和杂芳基可以被一个或多个选自如下的基团取代:F、CN、OR5以及选自C1-C4烷基、C2-C4链烯基、C2-C4炔基、苯基和苄基的任选氟代基团,以及
R5选自H、具有2-10个氧化烯单元的齐聚C2-C3氧化烯以及选自C1-C4烷基、苯基、苄基和C(O)OC1-C4烷基的任选氟代基团,
R6选自H、F和任选氟代的C1-C4烷基。
5.根据权利要求1-4中任一项的电解质组合物,其中所述至少一种式(I)化合物选自3-烯丙基三甲基硼酸锂、3-炔丙基三甲基硼酸锂、苯基三甲基硼酸锂、4-吡啶基三甲基硼酸锂、3-吡啶基三甲基硼酸锂、2-吡啶基三甲基硼酸锂、2,2,2-三氟乙基三甲基硼酸锂、甘油碳酸酯三甲基硼酸锂、乙二醇甲基醚三甲基硼酸锂、二甘醇甲基醚三甲基硼酸锂、4-氟苯基三甲基硼酸锂、2-丁炔基三甲基硼酸锂、3-丙腈三甲基硼酸锂和三氟乙基三甲基硼酸锂。
6.根据权利要求1-5中任一项的电解质组合物,其中所述至少一种非质子有机溶剂(i)选自:
(a)可以部分被卤代的环状和非环状有机碳酸酯,
(b)可以部分被卤代的二-C1-C10烷基醚,
(c)可以部分被卤代的二-C1-C4烷基-C2-C6亚烷基醚和聚醚,
(d)可以部分被卤代的环状醚,
(e)可以部分被卤代的环状和无环缩醛和缩酮,
(f)可以部分被卤代的原羧酸酯,
(g)可以部分被卤代的羧酸的环状和非环状酯,
(h)可以部分被卤代的环状和非环状砜,
(i)可以部分被卤代的环状和非环状腈和二腈,以及
(j)可以部分被卤代的离子液体。
7.根据权利要求1-6中任一项的电解质组合物,其中所述电解质组合物含有至少一种不同于所述至少一种式(I)化合物的导电盐(ii),所述至少一种导电盐(ii)选自:
·Li[F6-xP(CyF2y+1)x],其中x为0-6的整数且y为1-20的整数;
·Li[B(R10)4],Li[B(R10)2(OR11O)]和Li[B(OR11O)2],
其中R10各自相互独立地选自F、Cl、Br、I、C1-C4烷基、C2-C4链烯基和C2-C4炔基,其中烷基、链烯基和炔基可以被一个或多个OR12取代,其中R12选自C1-C6烷基、C2-C6链烯基和C2-C6炔基,以及
其中(OR10O)为衍生于1,2-或1,3-二醇、1,2-或1,3-二羧酸或1,2-或1,3-羟基羧酸的二价基团,其中该二价基团经由两个氧原子与中心B原子形成5或6员环;
·通式Li[X(CnF2n+1SO2)m]的盐,其中m和n如下所定义:
当X选自氧和硫时,m=1,
当X选自氮和磷时,m=2,
当X选自碳和硅时,m=3,以及
n为1-20的整数,
·LiClO4;LiAsF6;LiCF3SO3;Li2SiF6;LiSbF6;LiAlCl4,Li[N(SO2F)2],四氟(草酸根合)磷酸锂;以及草酸锂。
8.根据权利要求1-7中任一项的电解质组合物,其中所述电解质组合物含有至少一种选自如下的其他添加剂(iv):碳酸亚乙烯基酯及其衍生物,碳酸乙烯基亚乙酯及其衍生物,碳酸甲基亚乙酯及其衍生物,(二草酸根合)硼酸锂,二氟(草酸根合)硼酸锂,四氟(草酸根合)磷酸锂,草酸锂,2-乙烯基吡啶,4-乙烯基吡啶,环状外亚甲基碳酸酯,磺内酯,环状和无环磺酸酯,环状和无环亚硫酸酯,环状和无环亚磺酸酯,无机酸的有机酯,在1巴下的沸点为至少36℃的无环和环状烷烃,以及芳族化合物,任选被卤代的环状和无环磺酰基酰亚胺,任选被卤代的环状和无环磷酸酯,任选被卤代的环状和无环膦,任选被卤代的环状和无环亚磷酸酯包括,任选被卤代的环状和无环磷腈,任选被卤代的环状和无环甲硅烷基胺,任选被卤代的环状和无环卤代酯,任选被卤代的环状和无环酰胺,任选被卤代的环状和无环酸酐,任选被卤代的有机杂环。
9.根据权利要求1-8中任一项的电解质组合物,其中所述电解质组合物基于所述电解质组合物的总重量含有:
(i)60-99.98重量%至少一种非质子有机溶剂,
(ii)0.01-25重量%至少一种不同于至少一种式(I)化合物的导电盐,
(iii)0.01-25重量%至少一种式(I)化合物,和
(iv)0-10重量%至少一种其他添加剂。
10.如权利要求1-5中任一项所定义的式(I)化合物在锂离子电池组中作为电解质用添加剂的用途。
11.一种锂离子电池组,包括:
(A)根据权利要求1-9中任一项的电解质组合物,
(B)至少一个包含阴极活性材料的阴极,和
(C)至少一个包含阳极活性材料的阳极。
12.根据权利要求11的锂离子电池组,其中所述阳极活性材料含有能够可逆地包藏和释放锂离子的碳。
13.根据权利要求11的锂离子电池组,其中所述阳极活性材料含有硅或锡。
14.根据权利要求11-13中任一项的锂离子电池组,其中所述至少一种阴极活性材料包含能够包藏和释放锂离子的材料,后者选自具有橄榄石结构的锂代过渡金属磷酸盐、具有层状结构的锂离子插层过渡金属氧化物和具有尖晶石结构的锂代过渡金属混合氧化物。
15.根据权利要求11-14中任一项的锂离子电池组,其中所述至少一种阴极活性材料选自LiFePO4,LiCoPO4,通式Li(1+z)[NiaCobMnc](1-z)O2+e的具有层状结构的过渡金属氧化物,其中z为0-0.3,a、b和c可以相同或不同且独立地为0-0.8,其中a+b+c=1且-0.1≤e≤0.1;以及通式Li1+tM2-tO4-d的具有尖晶石结构的锂代过渡金属混合氧化物,其中d为0-0.4,t为0-0.4,同时大于60mol%的M为锰且选择为不超过30mol%的其他M为一种或多种选自周期表第3-12族的金属。
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