CN107256978A - 用于锂离子电池的电解质和包括该电解质的锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于锂离子电池的电解质和一种包括该电解质的锂离子电池，所述电解质包括非水有机溶剂和锂盐。所述非水有机溶剂包括阻燃溶剂和碳酸酯类溶剂。所述阻燃溶剂包括含有氟化的阳离子的离子液体和基于磷的溶剂。

Description

用于锂离子电池的电解质和包括该电解质的锂离子电池
本申请是申请日为2011年10月21日、申请号为201110328685.9、题为“用于锂离子电池的电解质和包括该电解质的锂离子电池”的专利申请的分案申请。
技术领域
提供了一种用于锂离子电池的电解质和一种包括该电解质的锂离子电池。
背景技术
近来，锂可充电电池作为用于小型便携式电子装置的电源而备受关注。锂可充电电池使用有机电解质溶液，因此放电电压是使用碱性水溶液的传统电池的放电电压的至少两倍，并因此具有高能量密度。
根据分隔件和电解质，锂可充电电池分为锂离子电池、锂离子聚合物电池和锂聚合物电池。它们的形状可以是圆柱形、棱柱形、硬币形等。
锂离子电池可以包括锂盐和有机溶剂作为电解质溶液。有机溶剂可以是基于2至5种组分的溶剂，该溶剂包括诸如碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯等的环状碳酸酯和诸如碳酸二甲酯、碳酸乙甲酯、碳酸二乙酯等的链状碳酸酯。然而，碳酸酯类有机溶剂具有安全性问题。
发明内容
本发明的一些实施例提供了一种能够提高电池特性以及提高电池安全性的用于锂离子电池的电解质。
在一些实施例中，锂离子电池包括电解质。
根据本发明的其它实施例，一种用于锂离子电池的电解质包括非水有机溶剂和锂盐。所述非水有机溶剂包括阻燃溶剂和碳酸酯类溶剂。所述阻燃溶剂包括含有氟化的阳离子的离子液体和基于磷的溶剂。
含有氟化的阳离子的离子液体可以包括由下面的化学式1至化学式8表示的阳离子。
化学式1
在化学式1中，R1可以是氟取代的C1至C5烷基或未取代的C1至C5烷基。R2可以是至少一个氢被氟取代的C1至C5烷基。
化学式2
在化学式2中，R3和R5中的每个可以独立地选自于氟取代的C1至C5烷基和未取代的C1至C5烷基。R4可以是氟取代的C1至C5亚烷基或未取代的C1至C5亚烷基。R4和R5中的至少一个包括至少一个氢被氟取代的基团。
化学式3
在化学式3中，R6可以是氟取代的C1至C5烷基或未取代的C1至C5烷基。R7可以是至少一个氢被氟取代的C1至C5烷基。
化学式4
在化学式4中，R8和R10中的每个可以独立地选自于氟取代的C1至C5烷基和未取代的C1至C5烷基。R9可以是氟取代的C1至C5亚烷基或未取代的C1至C5亚烷基。R9和R10中的至少一个包括至少一个氢被氟取代的基团。
化学式5
在化学式5中，R11至R13中的每个可以独立地选自于氟取代的C1至C5烷基和未取代的C1至C5烷基。R14可以是至少一个氢被氟取代的C1至C5烷基。
化学式6
在化学式6中，R15至R17以及R19中的每个可以独立地选自于氟取代的C1至C5烷基和未取代的C1至C5烷基。R18可以是氟取代的C1至C5亚烷基或未取代的C1至C5亚烷基。R18和R19中的至少一个包括至少一个氢被氟取代的基团。
化学式7
在化学式7中，R20可以是氟取代的C1至C5烷基或未取代的C1至C5烷基。R21可以是至少一个氢被氟取代的C1至C5烷基。
化学式8
在化学式8中，R22和R24中的每个可以独立地选自于氟取代的C1至C5烷基和未取代的C1至C5烷基。R23可以是氟取代的C1至C5亚烷基或未取代的C1至C5亚烷基。R22和R24中的至少一个包括至少一个氢被氟取代的基团。
包含氟化的阳离子的离子液体和基于磷的溶剂可以以大约50:50至大约30:70范围的体积比包含在阻燃溶剂中。
包含氟化的阳离子的离子液体还可以包含由下面的化学式9至化学式14中的一个表示的阴离子。
化学式9
化学式10
化学式11
化学式12
化学式13
化学式14
所述基于磷的溶剂可以包括磷酸酯类化合物或磷腈类化合物。合适的磷酸酯类化合物的非限制性示例包括磷酸三甲酯(TMP)、磷酸三乙酯(TEP)、磷酸三丙酯(TPP)、磷酸三甲苯酯(TCP)、磷酸三二甲苯酯(TXP)和它们的组合。合适的磷腈类化合物的非限制性示例包括六甲氧基环三磷腈、氟化的环三磷腈和它们的组合。
基于磷的溶剂的至少一个氢原子可以被至少一个氟原子取代。
碳酸酯类溶剂可以包括链状碳酸酯类溶剂和氟化的环状碳酸酯类溶剂中的至少一种。合适的链状碳酸酯类溶剂的非限制性示例包括碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲乙酯(MEC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)和它们的组合。
合适的氟化的环状碳酸酯类溶剂的非限制性示例包括由下面的化学式15表示的化合物。
化学式15
在化学式15中，R25和R26中的每个可以独立地选自于氢、卤素、氰基(CN)、硝基(NO2)和C1至C5氟代烷基，并且R25和R26中的至少一个是C1至C5氟代烷基或卤素。
所述非水有机溶剂可以包括量为大约20体积％至大约50体积％的阻燃溶剂，并可以包括量为大约50体积％至大约80体积％的碳酸酯类溶剂。在一些实施例中，例如，所述非水有机溶剂可以包括大约20体积％至大约50体积％的阻燃溶剂、大约40体积％至大约75体积％的链状碳酸酯类溶剂和大约5体积％至大约10体积％的氟化的环状碳酸酯类溶剂。
根据本发明的另一实施例，一种锂离子电池包括用于锂离子电池的所述电解质、包括可逆地嵌入/脱嵌锂离子的正极活性材料的正极和包括可逆地嵌入/脱嵌锂离子的负极活性材料的负极。
因为根据本发明实施例的用于锂离子电池的所述电解质具有低挥发性、低粘度和自熄性，所以包括所述电解质的锂离子电池具有良好的阻燃性、良好的高温储存特性、良好的高倍率充放电特性和良好的循环寿命特征。
附图说明
图1是根据本发明实施例的可充电锂电池的剖视图。
图2是对根据示例1制备的锂离子电池进行的阻燃性实验的结果的照片。
图3是对根据对比示例1制备的锂离子电池进行的阻燃性实验的结果的照片。
具体实施方式
在下文中将参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例。如本领域技术人员将认识到的，在未脱离本发明的精神或范围的所有情况下，所描述的实施例可以以各种不同的方式来修改。
根据本发明的实施例，用于锂离子电池的电解质包括非水有机溶剂和锂盐。非水有机溶剂包括阻燃溶剂和碳酸酯类溶剂。阻燃溶剂包括含有氟化的阳离子的离子液体和基于磷的溶剂。
非水有机溶剂作为用于传输参与电池的电化学反应的离子的介质。
含有氟化的阳离子的离子液体(其包含在非水有机溶剂中)可以包括由下面的化学式1至化学式8中的一个表示的阳离子。
化学式1
在化学式1中，R1可以是氟取代的C1至C5烷基或未取代的C1至C5烷基。R2可以是至少一个氢被氟取代的C1至C5烷基。
化学式2
在化学式2中，R3和R5中的每个独立地选自于氟取代的C1至C5烷基和未取代的C1至C5烷基。R4可以是氟取代的C1至C5亚烷基或未取代的C1至C5亚烷基。R4和R5中的至少一个包括至少一个氢被氟取代的基团。
化学式3
在化学式3中，R6可以是氟取代的C1至C5烷基或未取代的C1至C5烷基。R7可以是至少一个氢被氟取代的C1至C5烷基。
化学式4
在化学式4中，R8和R10中的每个可以独立地选自于氟取代的C1至C5烷基和未取代的C1至C5烷基。R9可以是氟取代的C1至C5亚烷基或未取代的C1至C5亚烷基。R9和R10中的至少一个包括至少一个氢被氟取代的基团。
化学式5
在化学式5中，R11至R13中的每个可以独立地选自于氟取代的C1至C5烷基和未取代的C1至C5烷基。R14可以是至少一个氢被氟取代的C1至C5烷基。
化学式6
在化学式6中，R15至R17以及R19中的每个可以独立地选自于氟取代的C1至C5烷基和未取代的C1至C5烷基。R18可以是氟取代的C1至C5亚烷基或未取代的C1至C5亚烷基。R18和R19中的至少一个包括至少一个氢被氟取代的基团。
化学式7
在化学式7中，R20可以是氟取代的C1至C5烷基或未取代的C1至C5烷基。R21可以是至少一个氢被氟取代的C1至C5烷基。
化学式8
在化学式8中，R22和R24中的每个可以独立地选自于氟取代的C1至C5烷基和未取代的C1至C5烷基。R23可以是氟取代的C1至C5亚烷基或未取代的C1至C5亚烷基。R22和R24中的至少一个包括至少一个氢被氟取代的基团。
根据一个实施例，在化学式1至8中，R1、R3、R6、R8、R11、R12、R13、R15、R16、R17或R22可以为CH3；R4、R9、R18或R23可以为CH2；R2、R5、R7、R10、R14、R19或R24可以为CH2F；R20或R21可以为CH2F或CH3。
包含氟化的阳离子的离子液体还可以包含由下面的化学式9至化学式14中的一个表示的阴离子。
化学式9
化学式10
化学式11
化学式12
化学式13
化学式14
非水有机溶剂中的离子液体可以包括由化学式1至化学式8表示的阳离子和由化学式9至化学式14表示的阴离子的组合。
包含氟化的阳离子的离子液体具有良好的阻燃性能、低挥发性和粘度以及良好的热稳定性。因此，该离子液体赋予所得的锂离子电池良好的阻燃性。另外，包含氟化的阳离子的离子液体抑制了挥发的溶剂产生的气体导致的内压升高和膨胀。因此，该离子液体提高了高温储存特性。另外，该离子液体具有提高的耐还原性，由此提高了电池性能特性。
基于磷的溶剂可以包括磷酸酯类化合物或磷腈类化合物。合适的磷酸酯类化合物的非限制性示例包括磷酸三甲酯(TMP)、磷酸三乙酯(TEP)、磷酸三丙酯(TPP)、磷酸三甲苯酯(TCP)、磷酸三二甲苯酯(TXP)和它们的组合。合适的磷腈类化合物的非限制性示例包括六甲氧基环三磷腈、氟化的环三磷腈和它们的组合。
基于磷的溶剂具有低粘度和高介电常数，并且是选择性地与活性自由基(例如R·、H·等)反应的自熄性材料。因此，基于磷的溶剂基本上防止燃烧反应。因此，基于磷的溶剂可以使起始分解热最小化，因此基本上可防止锂离子电池的热失控现象。
磷酸酯类化合物和磷腈类化合物中的至少一个氢可以被氟取代。当磷酸酯类化合物或磷腈类化合物包含氟(取代氢)时，则可以降低电解质粘度，因此同时提高了浸渍性能和阻燃性。
基于非水有机溶剂的总体积，可以包含量为大约1体积％至大约80体积％的阻燃溶剂。在一些实施例中，例如，可以包含量为大约20体积％至大约50体积％、优选地为大约20体积％至大约45体积％的阻燃溶剂。当以这些范围内的量包含阻燃溶剂时，电解质具有提高的阻燃性和浸渍性能，由此提高了所得的电池的循环寿命特性和容量。
另外，包含氟化的阳离子的离子液体和基于磷的溶剂可以以大约75:25至大约10:90、优选地大约50:50至大约20:80、更优选地大约50:50至大约30:70范围的体积比包含在阻燃溶剂中。基于非水有机溶剂的总体积，可以优选地以大约1体积％至大约40体积％、更优选地大约5％至大约35％的量含有包含氟化的阳离子的离子液体。基于非水有机溶剂的总体积，可以优选地以大约1体积％至大约25体积％、更优选地大约5体积％至大约15体积％的量含有基于磷的溶剂。当以该范围内的量使用这些组分时，电解质具有提高的阻燃性，并且所得的电池具有提高的循环寿命特性和容量。
碳酸酯类溶剂可以包括链状碳酸酯类溶剂和氟化的环状碳酸酯类溶剂中的至少一种。基于非水有机溶剂的总体积，可以以大约20体积％至大约99体积％的量包含碳酸酯类溶剂。在一些实施例中，例如，可以以大约50体积％至大约80体积％的量包含碳酸酯类溶剂。链状碳酸酯类溶剂的非限制性示例包括碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲乙酯(MEC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)和它们的组合。
链状碳酸酯具有低粘度，并可以降低电池的内阻，由此提高了高倍率和室温循环寿命特性。
基于非水有机溶剂的总量，可以以大约0体积％至大约98体积％的量包含链状碳酸酯类溶剂。在一些实施例中，可以以大约40体积％至大约75体积％的量包含链状碳酸酯类溶剂。当以该范围内的量包含链状碳酸酯类溶剂时，电解质可以具有提高的基底浸渍性能，并因此可具有提高的电池性能。
氟化的环状碳酸酯类溶剂可以包括由下面的化学式15表示的化合物。
化学式15
在化学式15中，R25和R26中的每个独立地选自于氢、卤素、氰基(CN)、硝基(NO2)和C1至C5氟代烷基，并且R25和R26中的至少一个是C1至C5氟代烷基或卤素。根据一个实施例，在化学式15中，R25或R26为氢或CH2F。
由化学式15表示的合适的化合物的非限制性示例包括碳酸二氟代亚乙酯和碳酸氟代亚丙酯。
基于非水有机溶剂的总量，可以以大约1体积％至大约20体积％的量包含氟化的环状碳酸酯类溶剂。在一些实施例中，例如，可以以大约5体积％至大约10体积％的量包含氟化的环状碳酸酯类溶剂。当以该范围内的量包含氟化的环状碳酸酯类溶剂时，氟化的环状碳酸酯类溶剂可以在负极和电解质溶液之间形成最优化的层，由此提高高温下的电池性能和循环寿命。
锂盐溶于有机溶剂中，并供给电池中的锂离子，由此实现可充电锂电池的基本操作，并改善锂离子在正极和负极之间的传输。锂盐的非限制性示例包括支持盐，例如LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiN(SO2C2F5)2、Li(CF3SO2)2N、LiN(SO3C2F5)2、LiCF3SO3、LiC4F9SO3、LiC6H5SO3、LiSCN、LiClO4、LiAlO2、LiAlCl4、LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(其中，x和y是自然数)、LiCl、LiI和LiB(C2O4)2(二草酸硼酸锂：LiBOB)。
可以以大约0.1M至大约2.0M的浓度来使用锂盐。当在上述浓度范围内包含锂盐时，电解质可具有最佳的导电率和粘度，并因此可实现良好的性能和锂离子迁移率。
根据本发明的其它实施例，锂离子电池包括用于锂离子电池的该电解质。锂离子电池可以具有包括圆柱形、棱柱形或硬币形电池的各种形状和尺寸，并且根据其尺寸还可以是薄膜或相当大的类型。与本发明有关的锂离子电池的结构和制造方法是众所周知的。
图1是根据本发明实施例的锂离子电池的示意性剖视图。锂离子电池不限于在图1中描绘的结构，而是可以制造成各种形状和类型，包括棱柱型、硬币型、钮扣型、层压片型、扁平型、圆柱型等，但不限于此。本领域技术人员可以基于期望的应用适当地设计该电池。
参照图1，可充电锂电池1包括电池壳体5，电池壳体5容纳有负极2、正极3以及位于正极3和负极2之间的分隔件4。电解质注入在壳体5中，密封构件6密封电池壳体5。
负极2和正极3可以通过在集流体上形成负极活性材料浆(包含负极活性材料)或正极活性材料浆(包含正极活性材料)来制造。
负极可以包括集流体和设置在集流体上的负极活性材料层。负极活性材料层包含负极活性材料。
负极活性材料可以包括可逆地嵌入/脱嵌锂离子的材料、锂金属、锂金属合金、能够掺杂和脱掺杂锂的材料、能够与锂离子反应以形成含锂化合物的材料或者过渡金属氧化物。锂金属合金的非限制性示例包括锂与选自于Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Si、Sb、Pb、In、Zn、Ba、Ra、Ge、Al和Sn的至少一种金属的合金。
过渡金属氧化物、能够掺杂和脱掺杂锂的材料以及能够与锂离子反应以形成含锂化合物的材料的非限制性示例包括氧化钒、氧化锂钒、Si、SiOx(其中，0<x<2)、Si-Y合金(其中，Y是选自于碱金属、碱土金属、13族元素、14族元素、15族元素、16族元素、过渡元素、稀土元素和它们的组合的元素，但Y不是Si)、Sn、SnO2、Sn-Q合金(其中，Q是选自于碱金属、碱土金属、13族元素、14族元素、15族元素、16族元素、过渡元素、稀土元素和它们的组合的元素，但是Q不是Sn)和它们的混合物。在一些实施例中，这些材料中的至少一种可以与SiO2混合。元素Y和Q可以独立地选自于Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Sc、Y、Ti、Zr、Hf、Rf、V、Nb、Ta、Db、Cr、Mo、W、Sg、Tc、Re、Bh、Fe、Pb、Ru、Os、Hs、Rh、Ir、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、B、Al、Ga、Sn、In、Ge、P、As、Sb、Bi、S、Se、Te、Po和它们的组合。
可逆地嵌入/脱嵌锂离子的材料包括碳材料。碳材料可以是在锂离子可充电电池中通常使用的任何基于碳的负极活性材料。碳材料的非限制性示例包括结晶碳、非晶碳和它们的混合物。结晶碳可以是无定形的或片形的、小片形的、球形的或纤维状的天然石墨或人造石墨。非晶碳可以是软碳、硬碳、中间相沥青碳化物、煅烧焦等。
负极活性材料层可以包括粘合剂，并且可选地还包括导电材料。粘合剂提高负极活性材料颗粒彼此间的结合和负极活性材料与集流体的结合。粘合剂的非限制性示例包括聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含亚乙基氧的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏1,1-二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸(酯)化的丁苯橡胶、环氧树脂、尼龙等。
包括导电材料，从而赋予电极导电性。该导电材料可以包括任何导电材料，只要它不引起化学变化。导电材料的非限制性示例包括基于碳的材料(例如，天然石墨、人造石墨、碳黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维等)、基于金属的材料(例如，金属粉、金属纤维等，例如铜、镍、铝、银等)、导电聚合物(例如，聚亚苯基衍生物)和它们的混合物。
集流体可以选自于铜箔、镍箔、不锈钢箔、钛箔、泡沫镍、泡沫铜、覆有导电金属的聚合物基底和它们的组合。
正极包括集流体和设置在集流体上的正极活性材料层。正极活性材料包括可逆地嵌入和脱嵌锂离子的至少一种锂化插层化合物。正极活性材料可以包括复合氧化物，该复合氧化物含有锂以及从钴、锰和镍中选择的至少一种元素。合适的正极活性材料的非限制性示例包括由下面的式子表示的化合物。
LiaA1-bXbD2(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5)，
LiaE1-bXbO2-cDc(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05)，
LiaE2-bXbD4(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5)，
LiaE2-bXbO4-cDc(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05)，
LiaNi1-b-cCobXcDα(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α≤2)，
LiaNi1-b-cCobXcO2-αTα(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α<2)，
LiaNi1-b-cCobXcO2-αT2(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α<2)，
LiaNi1-b-cMnbXcDα(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α≤2)，
LiaNi1-b-cMnbXcO2-αTα(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α<2)，
LiaNi1-b-cMnbXcO2-αT2(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α<2)，
LiaNibEcGdO2(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0.001≤d≤0.1)，
LiaNibCocMndGeO2(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0≤d≤0.5，0.001≤e≤0.1)，
LiaNiGbO2(0.90≤a≤1.8，0.001≤b≤0.1)，
LiaCoGbO2(0.90≤a≤1.8，0.001≤b≤0.1)，
LiaMnGbO2(0.90≤a≤1.8，0.001≤b≤0.1)，
LiaMn2GbO4(0.90≤a≤1.8，0.001≤b≤0.1)，
QO2，
QS2，
LiQS2，
V2O5，LiV2O5，
LiIO2，
LiNiVO4，
Li(3-f)J2(PO4)3(0≤f≤2)，
Li(3-f)Fe2(PO4)3(0≤f≤2)，
LiFePO4。
在上面的式子中，A选自于Ni、Co、Mn和它们的组合。X选自于Al、Ni、Co、Mn、Cr、Fe、Mg、Sr、V、稀土元素和它们的组合。D选自于O、F、S、P和它们的组合。E选自于Co、Mn和它们的组合。T选自于F、S、P和它们的组合。G选自于Al、Cr、Mn、Fe、Mg、La、Ce、Sr、V和它们的组合。Q选自于Ti、Mo、Mn和它们的组合。I选自于Cr、V、Fe、Sc、Y和它们的组合。J选自于由V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu和它们的组合组成的组。
正极活性材料可以在表面上具有涂层，或者可以与具有涂层的另一化合物混合。该涂层可以包括从涂覆元素的氧化物、涂覆元素的氢氧化物、涂覆元素的羟基氧化物、涂覆元素的碳酸氧盐(oxycarbonate)和涂覆元素的羟基碳酸盐(hydroxycarbonate)中选择的至少一种涂覆元素化合物。用于涂层的化合物可以是非晶的或结晶的。在涂层中含有的涂覆元素可以包括Mg、Al、Co、K、Na、Ca、Si、Ti、V、Sn、Ge、Ga、B、As、Zr或它们的混合物。可以通过任何方法来施加涂层，只要该方法不对正极活性材料的性能产生不利影响即可。例如，该方法可以包括对本领域普通技术人员来说众所周知的任何涂覆方法，例如喷涂、浸渍等。
正极活性材料层还包括粘合剂，并且可选地还包括导电材料。粘合剂提高正极活性材料颗粒彼此间的结合，并且还提高正极活性材料与集流体的结合。粘合剂的非限制性示例包括聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含亚乙基氧的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏1,1-二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸(酯)化的丁苯橡胶、环氧树脂、尼龙等。
包括导电材料，从而赋予电极导电性。该导电材料可以包括任何导电材料，只要它不引起化学变化。导电材料的非限制性示例包括基于碳的材料(例如，天然石墨、人造石墨、碳黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维等)、基于金属的材料(例如，金属粉、金属纤维等，包括例如铜、镍、铝、银等)、导电聚合物(例如，聚亚苯基衍生物)和它们的混合物。
集流体可以是铝(Al)，但不限于此。
负极和正极可以如下获得：在溶剂中将活性材料、导电材料和粘合剂混合，以制备活性材料组合物，并将该活性材料组合物涂覆在集流体上。电极制造方法是众所周知的。溶剂可以包括N-甲基吡咯烷酮等，但不限于此。
根据需要，锂离子电池还可以包括位于负极和正极之间的分隔件。合适的分隔件材料的非限制性示例包括聚乙烯、聚丙烯、聚偏1,1-二氟乙烯和它们的多层(例如，聚乙烯/聚丙烯双层分隔件、聚乙烯/聚丙烯/聚乙烯三层分隔件和聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层分隔件)。
下面的示例仅是为了举例说明的目的而给出的，并不限制本发明的范围。
电解质的制备
示例1
通过均匀地混合作为含有氟化的阳离子的离子液体的30体积％的N-甲基全氟丙基哌啶双(三氟甲磺酰)亚胺(MPPpTFSI)、作为基于磷的溶剂的10体积％的磷酸三甲酯(TMP)和作为碳酸酯类溶剂的60体积％的碳酸二甲酯(DMC)来制备溶剂。然后，将LiPF6以1.0M的浓度溶于溶剂中，从而制备出电解质。
对比示例1
通过混合作为链状碳酸酯类溶剂的70体积％的碳酸二甲酯和作为环状碳酸酯类溶剂的30体积％的碳酸亚乙酯(EC)来制备溶剂。然后，将LiPF6以1.0M的浓度溶于溶剂中，从而制备出电解质。
阻燃性实验
根据UL94方法来检查根据示例1和对比示例1的电解质的阻燃性。结果提供在图2和图3中。
如图2中所示，使用根据示例1的电解质制备的4cm×1cm玻璃纤维根本没有火焰。相比之下，图3示出了使用根据对比示例1的电解质溶液制备的4cm×1cm玻璃纤维容易起燃。
锂离子电池单体的制造
以大约94:6的重量比将人造石墨负极活性材料与聚偏1,1-二氟乙烯(PVdF)粘合剂混合在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，由此制备负极活性材料浆。将负极活性材料浆涂覆在铜箔集流体上。将涂覆的集流体干燥并挤压，从而制造出负极。
以96:2:2的重量比将LiCoO2正极活性材料、聚偏1,1-二氟乙烯粘合剂和碳黑(super-P)导电材料混合在N-甲基吡咯烷酮中，以制备正极活性材料浆。将该正极活性材料浆涂覆在铝箔集流体上。将涂覆的集流体干燥并挤压，从而制造出正极。
将负极和正极与聚乙烯分隔件螺旋卷绕，并挤压。将所得的组件放置在硬币型电池单体(2032单体；硬币型全电池单体)壳体中。将根据示例1和对比示例1的各电解质注入到壳体中，由此制造出具有根据示例1的电解质的锂离子电池单体和具有根据对比示例1的电解质的锂离子电池单体。
热稳定性评估：使其经受高温的实验
通过使其经受高温来测试包括根据示例1的电解质的锂离子电池单体和包括根据对比示例1的电解质的锂离子电池单体。结果提供在下面的表1中。通过使包括根据示例1的电解质的锂离子电池单体和包括根据对比示例1的电解质的锂离子电池单体在1C的全充电状态下经受60℃达7天来执行该测试。
如这里所报告的，保持力值是单体在使其经受7天之后的容量与在经受之前的容量之比(报告为百分比)。恢复性值是在再充电之后的充电量与单体的初始充电量之比(报告为百分比)。
表1
参照表1，与包括根据对比示例1的电解质溶液的锂离子电池单体相比，包括根据示例1的电解质溶液的锂离子电池单体具有提高的保持力、恢复性和△OCV。
虽然已经结合特定的示例性实施例描述了本公开，但是本领域普通技术人员理解到，在不脱离如在权利要求书中描述的本发明的精神和范围的情况下，可以对描述的实施例做出各种修改和改变。

Claims (17)

1.一种用于锂离子电池的电解质，所述电解质包括锂盐和非水有机溶剂，所述非水有机溶剂包括：
阻燃溶剂，包括含有氟化的阳离子的离子液体和基于磷的溶剂，以及
碳酸酯类溶剂，
其中，所述氟化的阳离子包括从由化学式3、化学式4、化学式6以及化学式8表示的阳离子和它们的组合组成的组中选择的阳离子：
化学式3
其中，R6是氟取代的C1至C5烷基或未取代的C1至C5烷基，以及
R7是至少一个氢被氟取代的C1至C5烷基，
化学式4
其中，R8和R10中的每个独立地选自于由氟取代的C1至C5烷基和未取代的C1至C5烷基组成的组，
R9是氟取代的C1至C5亚烷基或未取代的C1至C5亚烷基，以及
R9和R10中的至少一个是至少一个氢被氟取代的基团，
化学式6
其中，R15至R17以及R19中的每个独立地选自于由氟取代的C1至C5烷基和未取代的C1至C5烷基组成的组，
R18是氟取代的C1至C5亚烷基或未取代的C1至C5亚烷基，以及
R18和R19中的至少一个是至少一个氢被氟取代的基团，
化学式8
其中，R22和R24中的每个独立地选自于由氟取代的C1至C5烷基和未取代的C1至C5烷基组成的组，
R23是氟取代的C1至C5亚烷基或未取代的C1至C5亚烷基，以及
R22和R24中的至少一个是至少一个氢被氟取代的基团，
其中，所述非水有机溶剂包括：20体积％至50体积％的所述阻燃溶剂；以及50体积％至80体积％的所述碳酸酯类溶剂，
其中，包含氟化的阳离子的离子液体和基于磷的溶剂以50:50至30:70范围的体积比包含在阻燃溶剂中。
2.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的电解质，其中，所述离子液体还包括从由化学式9至化学式14表示的阴离子和它们的组合组成的组中选择的阴离子：
化学式9
化学式10
化学式11
化学式12
化学式13
化学式14
3.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的电解质，其中，所述基于磷的溶剂包括磷酸酯类化合物或磷腈类化合物。
4.根据权利要求3所述的用于锂离子电池的电解质，其中，所述磷酸酯类化合物包括从由磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丙酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三二甲苯酯和它们的组合组成的组中选择的化合物。
5.根据权利要求3所述的用于锂离子电池的电解质，其中，所述磷腈类化合物包括从由六甲氧基环三磷腈、氟化的环三磷腈和它们的组合组成的组中选择的化合物。
6.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的电解质，其中，所述基于磷的溶剂包括至少一个氟原子。
7.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的电解质，其中，所述碳酸酯类溶剂包括链状碳酸酯类溶剂和氟化的环状碳酸酯类溶剂中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的用于锂离子电池的电解质，其中，所述链状碳酸酯类溶剂包括从由碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯和它们的组合组成的组中选择的溶剂。
9.根据权利要求7所述的用于锂离子电池的电解质，其中，所述氟化的环状碳酸酯类溶剂包括从由化学式15表示的化合物和它们的组合组成的组中选择的化合物：
化学式15
其中，R25和R26中的每个独立地选自于由氢、卤素、氰基、硝基和C1至C5氟代烷基组成的组，并且R25和R26中的至少一个是C1至C5氟代烷基或卤素。
10.根据权利要求7所述的用于锂离子电池的电解质，其中，所述非水有机溶剂包括：
20体积％至50体积％的所述阻燃溶剂；
60体积％至75体积％的所述链状碳酸酯类溶剂；以及
5体积％至10体积％的所述氟化的环状碳酸酯类溶剂。
11.一种锂离子电池，所述锂离子电池包括电解质、正极和负极，所述正极包括可逆地嵌入/脱嵌锂离子的正极活性材料，所述负极包括可逆地嵌入/脱嵌锂离子的负极活性材料，所述电解质包括锂盐和非水有机溶剂，所述非水有机溶剂包括：
阻燃溶剂，包括含有氟化的阳离子的离子液体和基于磷的溶剂，以及
碳酸酯类溶剂，
其中，所述氟化的阳离子包括从由化学式3、化学式4、化学式6以及化学式8表示的阳离子和它们的组合组成的组中选择的阳离子：
化学式3
其中，R6是氟取代的C1至C5烷基或未取代的C1至C5烷基，以及
R7是至少一个氢被氟取代的C1至C5烷基，
化学式4
其中，R8和R10中的每个独立地选自于由氟取代的C1至C5烷基和未取代的C1至C5烷基组成的组，
R9是氟取代的C1至C5亚烷基或未取代的C1至C5亚烷基，以及
R9和R10中的至少一个是至少一个氢被氟取代的基团，
化学式6
其中，R15至R17以及R19中的每个独立地选自于由氟取代的C1至C5烷基和未取代的C1至C5烷基组成的组，
R18是氟取代的C1至C5亚烷基或未取代的C1至C5亚烷基，以及
R18和R19中的至少一个是至少一个氢被氟取代的基团，
化学式8
其中，R22和R24中的每个独立地选自于由氟取代的C1至C5烷基和未取代的C1至C5烷基组成的组，
R23是氟取代的C1至C5亚烷基或未取代的C1至C5亚烷基，以及
R22和R24中的至少一个是至少一个氢被氟取代的基团，
其中，所述非水有机溶剂包括：20体积％至50体积％的所述阻燃溶剂；以及50体积％至80体积％的所述碳酸酯类溶剂，
其中，包含氟化的阳离子的离子液体和基于磷的溶剂以50:50至30:70范围的体积比包含在阻燃溶剂中。
12.根据权利要求11所述的锂离子电池，其中，所述离子液体还包括从由化学式9至化学式14表示的阴离子和它们的组合组成的组中选择的阴离子：
化学式9
化学式10
化学式11
化学式12
化学式13
化学式14
13.根据权利要求11所述的锂离子电池，其中，所述基于磷的溶剂包括磷酸酯类化合物或磷腈类化合物。
14.根据权利要求13所述的锂离子电池，其中，所述磷酸酯类化合物包括从由磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丙酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三二甲苯酯和它们的组合组成的组中选择的化合物。
15.根据权利要求13所述的锂离子电池，其中，所述磷腈类化合物包括从由六甲氧基环三磷腈、氟化的环三磷腈和它们的组合组成的组中选择的化合物。
16.根据权利要求11所述的锂离子电池，其中，所述基于磷的溶剂包括至少一个氟原子。
17.根据权利要求11所述的锂离子电池，其中，所述碳酸酯类溶剂包括链状碳酸酯类溶剂和氟化的环状碳酸酯类溶剂中的至少一种。
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