CN113273012A - 用于锂金属和无阳极电池的含二氟(草酸)硼酸锂和四氟硼酸锂盐的电解质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了用于锂金属或无阳极可充电电池组电池的包含二氟(草酸)硼酸锂和四氟硼酸锂以及溶剂组分的电解质溶液,以及使用该电解质溶液提高电池组电池容量保持率的方法。还提供了包括锂金属或无阳极电池组电池和电解质溶液的可充电电池组系统,该电解质溶液包含二氟(草酸)硼酸锂和四氟硼酸锂以及溶剂组分。本发明所述系统表现出提高的容量保持率。
Description
技术领域
本发明涉及可充电电池组(battery)系统,更具体地,涉及提高锂金属和无阳极锂电池组的容量保持率的方法以及用于该电池组系统的电解质溶液。
背景技术
可充电电池组是用于电动汽车和用于电网储能(例如,在断电时作为备用电源,作为微电网部件等)的储能系统的集成组件。一些这样的可充电电池组系统包括锂金属和无阳极锂电池组。锂金属和无阳极锂电池组比传统锂离子电池组具有某些优势,因为它们的能量密度更高。由于无阳极电池缺少阳极涂层,因此其成本更低且更易于组装。然而,锂金属和无阳极锂电池组面临的挑战阻碍了其广泛应用。提高锂金属和无阳极电池组系统的某些特性将允许更广泛地使用该系统。例如,开发允许锂金属和无阳极锂电池组具有商业上可接受的循环性能的电解质组合物对于采用这种电池组系统是至关重要的。在本发明之前,工业界普遍认为,仅含二氟(草酸)硼酸锂(“LiDFOB”)盐的电解质最能提高锂金属和无阳极锂电池的容量保持率。参见Jurng S,Brown ZL,Kim J,Lucht BL.Effect ofelectrolyte on the nanostructure of the solid electrolyte interphase(SEI)andperformance of lithium metal anodes.Energy and Environmental Science 2018;11(9):2600-2608。
定义
“电池”(cell)或“电池组电池”(battery cell)通常指一种电化学电池,其是能够通过化学反应产生电能或通过引入电能促进化学反应的装置。电池组可以包含一个或多个电池。
“可充电电池组”通常指一种可以充电、放电至负载并再多次充电的电学电池组。在本发明中,基于无阳极锂离子电池组描述了多个示例。然而,本发明的实施方案不限于一种类型的无阳极可充电电池组,并且可以结合各种锂金属或无阳极可充电电池组技术实施。
发明内容
本发明涵盖提高无阳极锂电池组系统的容量保持率的方法以及用于该电池组系统的电解质溶液。已经发现,本方法和电解质溶液令人惊讶地提高了无阳极电池组系统的容量保持率。更具体地,本发明描述了作为无阳极电池中电解质的双盐的LiDFOB和四氟硼酸锂(“LiBF4”)的组合提高了充放电循环期间的容量保持率。已经发现这种双盐电解质溶液比单独使用LiDFOB或单独使用LiBF4的电解质令人惊讶地更好。此外,扫描电子显微镜已经显示,与使用常规电解质时所获得的相比,使用双盐时镀锂的形态得到了很大改善。进一步,当使用双盐电解质的袋型无阳极电池经受20至500磅/平方英寸范围内的单轴堆压力时,充放电容量保持率和镀锂形态均得到进一步改善。
本发明提供了一种提高锂金属或无阳极可充电电池组电池容量保持率的方法。该方法包括向电池组电池提供包含二氟(草酸)硼酸锂和四氟硼酸锂的盐组分以及溶剂组分。在一个实施方案中,溶剂组分包括氟代碳酸乙烯酯。在进一步的实施方案中,将在20至500磅/平方英寸范围内的单轴堆压力施加到电池组电池。在一个实施方案中,溶剂组分包括氟代碳酸乙烯酯。在进一步的实施方案中,溶剂组分进一步包括碳酸二乙酯。在一些实施方案中,氟代碳酸乙烯酯与碳酸二乙酯的体积比为约0.5:3至约3:0.5。在进一步的实施方案中,二氟(草酸)硼酸锂的摩尔浓度为约0.5M至2M,四氟硼酸锂的摩尔浓度为约0.5M至约2M。在本发明提供的某些实施方案中,与仅使用二氟(草酸)硼酸锂或四氟硼酸锂之一的系统相比,系统的容量保持率提高了至少50%。在进一步的实施方案中,系统的容量保持率在40℃下以C/5的充电速率和C/2的放电速率经过50个循环保持在至少85%。在其他实施方案中,在至少150psi的单轴堆压力下,系统的容量保持率在20℃下以C/5的充电速率和C/2的放电速率经过50个循环保持在至少80%。
本发明还提供了一种可充电电池组系统,其包括锂金属或无阳极电池组电池和包含二氟(草酸)硼酸锂和四氟硼酸锂的盐组分以及溶剂组分。在一个实施方案中,溶剂组分包括氟代碳酸乙烯酯。在进一步的实施方案中,溶剂组分进一步包括碳酸二乙酯。在一些实施方案中,氟代碳酸乙烯酯与碳酸二乙酯的体积比为约0.5:3至约3:0.5。在本发明提供的某些实施方案中,与仅使用二氟(草酸)硼酸锂和四氟硼酸锂之一的系统相比,系统的容量保持率提高了至少50%。在其他实施方案中,在至少150psi的单轴堆压力下,系统的容量保持率在20℃下以C/5的充电速率和C/2的放电速率经过50个循环保持在至少80%。在进一步的实施方案中,系统承受约20至约500psi的单轴堆压力。
本发明还提供了一种电解液组合物,其包括包含二氟(草酸)硼酸锂和四氟硼酸锂的盐组分,和溶剂组分。在一些实施方案中,溶剂组分包括氟代碳酸乙烯酯。在进一步的实施方案中,溶剂组分进一步包括碳酸二乙酯。在一些实施方案中,氟代碳酸乙烯酯与碳酸二乙酯的比例为约0.5:3至约3:0.5。
附图说明
图1示出了在电池堆压力为约10psi、温度为40℃且电压范围在3.6V至4.5V之间的条件下,在无阳极软包电池中以C/5的充电速率和C/2的放电速率进行充放电循环实验期间收集的实验数据:1)0.6M LiDFOB;2)0.6M LiDFOB+0.6M LiBF4;3)1.2M LiDFOB;和4)1MLiDFOB+0.4M LiBF4。
图2示出了在电池堆压力为约10psi、温度为40℃且电压范围在3.6V至4.5V之间的条件下,在无阳极软包电池中以C/5的充电速率和C/2的放电速率进行充放电循环实验期间收集的实验数据:1)1MLiBF4;2)1M LiPF6;3)0.6M LiDFOB;4)0.6M LiDFOB+0.6M LiPF6;5)0.6M LiDFOB+0.6M LiBF4;和6)1.2M LiDFOB。
图3示出了在电池堆压力为约10psi、温度为40℃的条件下,在无阳极软包电池中以C/5的充电速率和C/2的放电速率进行充放电循环实验期间收集的实验数据:1)在3.6V至4.2V的电压范围之间的1.2M LiDFOB;2)在3.6V至4.3V的电压范围之间的1.2MLiDFOB;3)在3.6V至4.5V电压范围之间的1.2M LiDFOB;4)在3.6V至4.2V电压范围之间的0.6M LiDFOB+0.6M LiBF4;5)在3.6V至4.3V电压范围之间的0.6M LiDFOB+0.6M LiBF4;和6)在3.6V至4.5V的电压范围之间的0.6M LiDFOB+0.6M LiBF4。
图4示出了在电池堆压力为约10psi、温度为40℃的条件下,在无阳极软包电池中以C/5的充电速率和C/2的放电速率充放电循环实验过程中收集的实验数据:1)0.6MLiDFOB+0.6M LiBF4在体积比为1:2的碳酸乙烯酯(“EC”):DEC溶剂中;2)0.6M LiDFOB+0.6MLiBF4在体积比为1:2的FEC:碳酸二甲酯(“DMC”)溶剂中;和3)0.6MLiDFOB+0.6M LiBF4在体积比为1:2的FEC:DEC溶剂中。
图5示出了在电池堆压力为约10psi、温度为40℃的条件下,在无阳极软包电池中以C/5的充电速率和C/2的放电速率充放电循环实验过程中收集的实验数据:1)0.6MLiDFOB+0.6M LiBF4在体积比为1:1的FEC:DMC溶剂中;和2)0.6M LiDFOB+0.6M LiBF4在体积比为1:2的FEC:DMC溶剂中。
图6示出了在电池堆压力为约10psi、温度为40℃的条件下,在无阳极软包电池中以C/5的充电速率和C/2的放电速率充放电循环实验过程中收集的实验数据:1)1M LiPF6在体积比为1:2的EC:DEC溶液中;和2)0.6M LiDFOB和0.6M LiBF4在体积比为1:2的EC:DEC溶液中。
图7示出了在温度为40℃的条件下,在无阳极软包电池中以C/5的充电速率和C/2的放电速率进行充放电循环实验期间收集的实验数据,该实验数据与图8所示的SEM图像相关:1)1M LiPF6在电池堆压力为约10psi的条件下;2)1M LiPF6在电池堆压力为约50psi的条件下;3)0.6M LiDFOB+0.6M LiBF4在电池堆压力为约10psi的条件下;以及4)0.6M LiDFOB+0.6M LiBF4在电池堆压力为约100psi的条件下。
图8示出了通过Phenom G2-Pro台式SEM,使用20μm比例尺的镀锂的实验所得产品的SEM图:1)在电池堆压力约10psi和约50psi、温度40℃且电压范围为3.6V至4.5V、1次充电后和50次循环后的条件下,1M LiPF6在体积比为1:2的FEC:DEC溶剂中;和2)在电池堆压力约10psi和约100psi、温度为40℃且电压范围为3.6V至4.5V、1次充电后和50次循环后的条件下,0.6M LiDFOB和0.6M LiBF4在体积比为1:2的FEC:DEC溶剂中。值得注意的,从LiDFOB+LiBF4电解质中得到的镀锂具有极小的表面积。值得注意的,在电池堆压力为100psi的条件下,从LiDFOB+LiBF4电解质中得到的镀锂的表面积甚至更小。
图9示出了温度为20℃的条件下,在无阳极软包电池中以C/5的充电速率和C/2的放电速率、电压范围为3.6至4.5V、电极上的单轴堆压力小于10psi、放电底部为约170psi且充电顶部为约250psi的条件下进行充放电循环实验期间收集的实验数据。图9显示了在20℃下使用在FEC:DEC 1:2中的0.6M LiDFOB+0.6M LiBF4测试的施加压力对电池的显著影响。
具体实施方式
以下描述旨在使本领域的任何技术人员能够制造和使用所述实施方案,并且是在特定应用及其要求的上下文中提供的。对所公开的实施方案的各种修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的,并且在不脱离本发明的主旨和保护范围的情况下,在此定义的一般原则可适用于其他实施方案和应用。因此,本发明不限于所示的实施方案,而是符合与这里公开的原理和特征一致的最宽范围。
在一个实施方案中,提供了一种电解液组合物,其包括包含二氟(草酸)硼酸锂和四氟硼酸锂的盐组分,和溶剂组分。在进一步的实施方案中,溶剂包括氟代碳酸乙烯酯。还提供了一种具有电池组电池的可充电电池组系统,该电池组电池包括包含二氟(草酸)硼酸锂和四氟硼酸锂的盐组分以及溶剂组分。在进一步的实施方案中,溶剂包括氟代碳酸乙烯酯。在一些实施方案中,可充电电池组系统包括无阳极电池。在其他实施方案中,可充电电池组系统包括锂金属阳极。
在进一步的实施方案中,提供了一种提高可充电电池组电池的容量保持率的方法。该方法包括向电池组电池提供包含二氟(草酸)硼酸锂和四氟硼酸锂的盐组分以及溶剂组分。
在进一步的实施方案中,具有本发明电解质的可充电电池组系统经受单轴堆压力,以提高镀锂的形态并提高容量保持率。在某些实施方案中,单轴堆压力范围为10psi至500psi。在进一步的实施方案中,使可充电电池组系统经受单轴堆压力将显著提高保持率。在进一步的实施方案中,使可充电电池组系统经受单轴堆压力将显著提高容量保持率,尤其是在较低温度(例如20℃)下。例如,在一些实施方案中,使可充电电池组系统经受更高的单轴堆压力(例如170psi)将导致在20℃和50次循环时容量保持率为至少80%。在一些实施方案中,单轴堆压力为至少50psi、60psi、70psi、80psi、90psi、100psi、110psi、120psi、130psi、140psi、150psi、160psi、170psi、180psi、190psi、200psi、210psi、220psi、230psi、240psi、250psi、260psi、270psi、280psi400 psi、410psi、420psi、430psi、440psi、450psi、460psi、470psi、480psi、490psi或500psi。在进一步的实施方案中,系统的容量保持率为至少70%、75%、80%、85%或90%。
在进一步的实施方案中,溶剂组分包括氟代碳酸乙烯酯。根据本发明所述的一些实施方案,溶剂组分包括氟代碳酸乙烯酯和额外的溶剂。在某些实施方案中,额外的溶剂是碳酸酯溶剂。在进一步的实施方案中,碳酸酯溶剂包括碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸乙基甲基酯、碳酸甲基丙酯、碳酸丙烯酯及其组合。在进一步的实施方案中,其中氟代碳酸乙烯酯与额外的碳酸酯溶剂一起存在,氟代碳酸乙烯酯与额外的碳酸酯溶剂的体积比为约0.5:3至约3:0.5。在某些实施方案中,氟代碳酸乙烯酯与额外的碳酸酯溶剂的体积比为约0.5:3、0.75:3;1:3;1.5:3、2:3、2.5:3、1:1、1:2、1:3、3:0.5、3:0.75、3:1、3:1.5、3:2、3:2.5或2:1。
在进一步的实施方案中,二氟(草酸)硼酸锂在盐组分中的摩尔浓度在约0.5M至2.0M之间。在一些实施方案中,二氟(草酸)硼酸锂在盐组分中的摩尔浓度为约0.5M、0.6M、0.7M、0.8M、0.9M、1.0M、1.1M、1.2M、1.3M、1.4M、1.5M、1.6M、1.7M、1.8M、1.9M、2.0M或2.1M。
在进一步的实施方案中,四氟硼酸锂的摩尔浓度在约0.5M至约2.0M之间。在进一步的实施方案中,盐组分中的四氟硼酸锂的摩尔浓度为约0.5M、0.6M、0.7M、0.8M、0.9M、1.0M、1.1M、1.2M、1.3M、1.4M、1.5M、1.6M、1.7M、1.8M、1.9M、2.0M、2.1M、2.3M、2.4M、2.5M、2.6M、2.7M、2.8M、2.9M、3.0M、3.1M、3.2M、3.3M、3.4M、3.5M、3.6M、3.7M、3.8M、3.9M、4.0M、4.1M、4.2M、4.3M、4.4M、4.5M、4.6M、4.7M、4.8M、4.9M或5.0M。
根据本发明所述的某些方法,与仅使用二氟(草酸)硼酸锂和四氟硼酸锂之一的无锂金属或无阳极电池组系统相比,本发明所述的电池组系统的容量保持率提高了至少50%。在进一步的实施方案中,与仅使用二氟(草酸)硼酸锂和四氟硼酸锂之一的无锂金属或无阳极电池组系统相比,容量保持率提高了至少55%、60%、65%、70%或75%。
在进一步的实施方案中,电池组系统的容量保持率以C/5的充电速率和C/2的放电速率经过50个循环保持至少85%。在进一步的实施方案中,容量保持率为至少86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%或97%。
在进一步的实施方案中,本发明所述的电池组系统包括任何已知的锂金属或无阳极锂电池组系统。
实施例
从Li-FUN科技(中国湖南省株洲市天元区金龙路新马工业区,412000)获得干燥且密封的单晶Li[Ni0.5Mn0.3Co0.2]O2(NMC 532)||铜软包电池(260mAh,4.5V)。正极由94wt.%的活性材料组成和单面涂布活性材料电极负载为16mg/cm2。将正电极压缩至3.5g/cm3的密度。用于电解质的试剂包括FEC(BASF,纯度99.4%)、DEC(BASF,纯度>99%)、DMC(BASF,纯度>99%)、LiPF6(BASF,纯度99.9%)、LiDFOB(Capchem或3M)和LiBF4(Capchem),电解质组分在充有氩气的手套箱中使用精密天平混合。在填入所需电解质之前,将软包电池切开,并在100℃真空干燥14小时,以去除任何残留水分。之后,在充有氩气的手套箱中用0.5mL电解质填充软包电池,并在-90kPa(相对于大气压力)的真空压力下用袋状封口机(MSK-115A真空封口机)密封。填充后,电池在1.5V下保持24小时以促进湿润,随后移至40℃的温度箱中用于循环。
测试了盐组合物和溶剂组合物在这些软包电池中提高容量保持率的能力。
盐组合物
如图1所示,在使用无阳极软包电池进行的充放电循环实验中观察到了本发明所述的令人惊讶的结果,该实验使用:1)0.6MLiDFOB;2)0.6M LiDFOB+0.6M LiBF4;3)1.2MLiDFOB;和4)1MLiDFOB+0.4M LiBF4。在第一系列实验中,测试在电池堆压力为约10psi、温度为40℃和电压范围为3.6V至4.5V内进行。所使用的溶剂为体积比为1:2的FEC:DEC溶剂。双重数据点对应于两个标称相同的电池的数据。图1示出了当LiDFOB与LiBF4结合使用时容量保持率得到提高。
额外的测试证实了图1所示的令人惊异地结果。在无阳极电池中以C/5的充电速率和C/2的放电速率进行额外的循环实验:1)1MLiBF4;2)1M LiPF6;3)0.6M LiDFOB;4)0.6MLiDFOB+0.6M LiPF6;5)0.6M LiDFOB+0.6M LiBF4;和6)1.2M LiDFOB。测试在电池堆压力为约10psi、温度为40℃和电压范围在3.6V至4.5V内进行。所使用的溶剂为体积比为1:2的FEC:DEC溶剂。双重数据点对应于两个标称相同的电池的数据。图2示出了当LiDFOB与LiBF4结合使用时容量保持率得到提高。此外,图2示出了LiDFOB和LiPF6的组合显示了增强的容量保持率,尽管与LiDFOB与LiBF4组合使用时相比增强程度较小。该数据表明,LiDFOB+LiBF4+LiPF6的组合也可能在无阳极电池中表现出有利的增强容量保持率。
上限截止电压测试
还对盐组合物进行了各种上限截止电压的测试,以确定使用LiDFOB+LiBF4观察到的容量保持率增强的令人惊讶的结果在各种电压下是否一致。图3显示了在无阳极电池中以C/5的充电速率和C/2的放电速率进行充放电循环实验期间收集的实验数据:1)在3.6V至4.2V的电压范围内的1.2M LiDFOB;2)在3.6V至4.3V的电压范围内的1.2M LiDFOB;3)在3.6V至4.5V的电压范围内的1.2M LiDFOB;4)在3.6V至4.2V电压范围内的0.6M LiDFOB+0.6MLiBF4;5)在3.6V至4.3V电压范围内的0.6M LiDFOB+0.6M LiBF4;和6)在3.6V至4.5V的电压范围内的0.6M LiDFOB+0.6M LiBF4。测试在电池堆压力约10psi和温度为40℃下进行。双重数据点对应于两个标称相同的电池的数据。所使用的溶剂为体积比为1:2的FEC:DEC溶剂。如图3所示,对于不同的上限循环电压(4.2V、4.3V和4.5V),添加LiBF4比单独使用LiDFOB提高了容量保持率。这证实了LiDFOB+LiBF4在不同的循环电压下稳定地提高容量保持率,而单独的LiDFOB在较低电压下表现更差。
溶剂组合物
还测试了溶剂组合物,以确定溶剂对LiDFOB+LiBF4提高无阳极电池容量保持率的能力的影响。
如图4所示,在无阳极电池中以C/5的充电速率和C/2的放电速率进行充放电循环实验期间,收集了如下实验数据:1)0.6MLiDFOB+0.6M LiBF4,其中EC:DEC溶剂的体积比为1:2;2)0.6MLiDFOB+0.6M LiBF4,其中FEC:DMC溶剂的体积比为1:2;和3)0.6MLiDFOB+0.6MLiBF4,其中FEC:DEC溶剂的体积比为1:2。测试在电池堆压力为约10psi、温度为40℃和电压范围为3.6V至4.5V内进行。双重数据点对应于两个标称相同的电池的数据。图4示出了在本发明所述的电解质体系中使用FEC作为溶剂提高了容量保持率,尤其是当与其他碳酸酯化合物一起使用时。图4进一步示出了使用DEC作为与FEC的共溶剂显示了最大提高的容量保留率。
进行了额外的实验,以进一步探索溶剂组合物对无阳极电池容量保持率增强的影响。图5示出了在无阳极电池中以C/5的充电速率和C/2的放电速率进行充放电循环实验期间收集的实验数据:1)0.6M LiDFOB+0.6M LiBF4,其中FEC:DMC溶剂的体积比为1:1;和2)0.6M LiDFOB+0.6M LiBF4,其中FEC:DMC溶剂的体积比为1:2。测试在电池堆压力为约10psi、温度为40℃和电压范围在3.6V至4.5V内进行。图5进一步说明,改变FEC:DMC的比例不会显著影响容量保持率。
此外,我们还进行了其他实验,以评估在其他溶剂中的LiDFOB和LiBF4组合。图6示出了在无阳极电池中以C/5的充电速率和C/2的放电速率进行充放电循环实验期间收集的实验数据:1)1M LiPF6,在体积比为1:2的EC:DEC溶剂中,和2)0.6M LiDFOB和0.6MLiBF4,在体积比为1:2的EC:DEC溶剂中。测试在电池堆压力为约10psi、温度为40℃和电压范围在3.6V至4.5V内进行。图6进一步说明了LiDFOB和LiBF4的组合也提高了在其他溶剂混合物中的容量保持率。
扫描电子显微镜评估
图7示出了在无阳极电池中以C/5的充电速率和C/2的放电速率进行充放电循环实验期间收集的与图8所示SEM图像相关的实验数据:1)1M LiPF6在电池堆压力为约10psi的条件下;2)1M LiPF6在电池堆压力为约50psi的条件下;3)0.6M LiDFOB+0.6M LiBF4在电池堆压力为约10psi的条件下;以及4)0.6M LiDFOB+0.6M LiBF4在电池堆压力为约100psi的条件下。所使用的溶剂为体积比为1:2的FEC:DEC溶剂。然后,使用Phenom G2-Pro台式SEM对该循环实验的样品进行检查,其中给出的比例尺为20μm:1)在电池堆压力约10psi和约50psi、温度为40℃且电压范围为3.6V至4.5V、1次充电后和50次循环后的条件下,1M LiPF6在体积比为1:2的FEC:DEC溶剂中;和2)在电池堆压力约10psi和约100psi、温度为40℃且电压范围为3.6V至4.5V,1次充电后和50次循环后的条件下,0.6M LiDFOB和0.6M LiBF4在体积比为1:2的FEC:DEC溶剂中。如图8所示,0.6M LiDFOB和0.6M LiBF4组合物与1M LiPF6组合物相比显示出低得多的表面积锂沉积物,这与容量保持率的提高一致。此外,从电池(0.6MLiDFOB和0.6M LiBF4)中提取并且在100psi堆压力下测试的锂,显示出所有测试样品中的最低表面积,与图7所示的最佳容量保持率一致。在不受理论约束的情况下,发明人认为,施加堆压力通过展平任何试图形成的枝状沉积物来改善锂的形态。当本发明的盐混合物和堆压力相结合时,所获得的锂形态是光滑且平坦的,显示出尺寸高达50微米的单个颗粒。
在20℃下测试
进行额外测试以评估温度对所述系统的影响。无阳极软包电池填充有0.6MLiDFOB+0.6M LiBF4的FEC:DEC 1:2电解液。所述电池在20℃、3.6V至4.5V的电压范围内、C/5的充电速率和C/2的放电速率的条件下进行测试。在对电极的单轴堆压力低于10psi的条件下,对两个电池进行了测试。在放电底部约170psi和充电顶部约250psi的对电极堆的单轴压力下,对另外两个电池进行了测试。图9显示了在20℃下使用0.6M LiDFOB+0.6M LiBF4在FEC:DEC 1:2中测试的施加的压力对电池的显著影响。
前述公开并非旨在将本发明限制于所公开的确切形式或特定使用领域。因此,应当理解,本发明的各种替代实施方案和/或变型方案(无论在此明确描述或暗示的)鉴于本发明的公开内容都是可行的。已经如此描述了本发明的实施方案,本领域技术人员将认识到,在不脱离本发明的保护范围的情况下,可以在形式和细节上进行改变。因此,本发明仅受限于权利要求。除非本说明书中另有说明,本说明书中提及的添加剂通常指有效添加剂。
在前述说明书中,已经参考特定实施方案描述了本发明。然而,如本领域技术人员将理解的,在不脱离本发明的主旨和保护范围的情况下,可以以各种其他方式修改或以其他方式实施本发明的各种实施方案。因此,该说明书应被视为说明性的,并且旨在向本领域技术人员教导制造和使用所公开的电池组系统的各种实施方案的方式。应当理解,这里示出和描述的公开内容的形式应被视为代表性实施方案。等同的要素或材料可替代本发明中代表性地说明和描述的那些要素或材料。此外,本发明的某些特征可以独立于其他特征的使用而被使用,所有这些对于受益于本发明的描述的本领域技术人员而言是显而易见的。用于描述和主张本发明的表述,例如“包括”、“包含”、“结合”、“由…组成”、“具有”、“是”旨在以非排他性的方式解释,即允许未明确描述的项目、组分或要素也存在。提及单数也应解释为涉及复数。提及“约”或“约”应解释为正或负10%。
此外,在此公开的各种实施方案应被理解为说明性和解释性的,并且不应以任何方式被解释为对本发明的限制。所有的合并引用(例如,附接、粘贴、耦合、连接等)仅用于帮助读者理解本发明,而不构成限制,尤其是对本发明的系统和/或方法的位置、方向或使用的限制。因此,合并引用(如有)应作广义解释。此外,这种合并引用不一定意味着两个要素直接相互连接。
此外,所有数字术语,例如但不限于“第一”、“第二”、“第三”、“首要”、“次要”、“主要”或任何其他普通和/或数字术语,也应仅被视为标识符,以帮助读者理解本发明的各种要素、实施方案、变型方案和/或改进方案,并且尤其不得对任何要素、实施方案、变型方案和/或改进方案相对于或超过另一要素、实施方案、变型方案和/或改进方案的顺序或偏好造成任何限制。
还应当理解,图示/图形中描述的一个或多个要素也可以以更分离或集成的方式实现,或者甚至在某些情况下被移除或变得不可操作,正如根据特定应用可使用的。
Claims (20)
1.一种提高锂金属或无阳极可充电电池组电池的容量保持率的方法,包括:
向电池组电池提供包含二氟(草酸)硼酸锂和四氟硼酸锂的盐组分,和溶剂组分。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,将在每平方英寸20至500磅范围内的单轴堆压力施加到所述电池组电池。
3.根据权利要求1所述的方法,其中所述溶剂组分包括氟代碳酸乙烯酯。
4.根据权利要求3所述的方法,其中所述溶剂组分进一步包括碳酸二乙酯。
5.根据权利要求4所述的方法,其中所述氟代碳酸乙烯酯与碳酸二乙酯的体积比为约0.5:3至约3:0.5。
6.根据权利要求1所述的方法,其中二氟(草酸)硼酸锂的摩尔浓度为约0.5M至2M。
7.根据权利要求1所述的方法,其中四氟硼酸锂的摩尔浓度为约0.5M至约2M。
8.根据权利要求1所述的方法,其中与仅使用二氟(草酸)硼酸锂和四氟硼酸锂中之一的系统相比,所述系统的容量保持率提高了至少50%。
9.根据权利要求1所述的方法,其中,所述系统的容量保持率在40℃下以C/5的充电速率和C/2的放电速率经过50个循环保持在至少85%。
10.根据权利要求1所述的方法,其中,在至少150psi的单轴堆压力下,所述系统的容量保持率在20℃下以C/5的充电速率和C/2的放电速率经过50个循环保持在至少80%。
11.一种包括锂金属或无阳极电池组电池的可充电电池组系统,包括:
包含二氟(草酸)硼酸锂和四氟硼酸锂的盐组分,和溶剂组分。
12.根据权利要求11所述的可充电电池组系统,其中,所述溶剂包括氟代碳酸乙烯酯。
13.根据权利要求12所述的可充电电池组系统,其中,所述溶剂组分进一步包括碳酸二乙酯。
14.根据权利要求13所述的可充电电池组系统,其中,所述氟代碳酸乙烯酯与碳酸二乙酯的比例为约0.5:3至约3:0.5。
15.根据权利要求11所述的可充电电池组系统,其中,与仅使用二氟(草酸)硼酸锂和四氟硼酸锂之一的系统相比,所述系统的容量保持率提高了至少50%。
16.根据权利要求11所述的可充电电池组系统,其中,当所述系统经受至少150psi的单轴堆压力时,所述系统的容量保持率在20℃下以C/5的充电速率和C/2的放电速率经过50个循环保持至少80%。
17.根据权利要求11所述的可充电电池组系统,其中,所述系统经受约20至约500psi的单轴堆压力。
18.一种电解液组合物,包括包含二氟(草酸)硼酸锂和四氟硼酸锂的盐组分和溶剂组分。
19.根据权利要求18所述的组合物,其中所述溶剂组分包括氟代碳酸乙烯酯。
20.根据权利要求19所述的组合物,其中所述溶剂组分进一步包括碳酸二乙酯。
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ZHANG, LJ ET AL.: "Investigation of the synergetic effects of LiBF4 and LiODFB as wide-temperature electrolyte salts in lithium-ion batteries", IONICS, vol. 24, no. 10, 2 February 2018 (2018-02-02), pages 2995 - 3004, XP036593482, DOI: 10.1007/s11581-018-2470-1 * |
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