CN114792838A - 用于含磷橄榄石正电极的三元盐电解质 - Google Patents

用于含磷橄榄石正电极的三元盐电解质 Download PDF

Info

Publication number
CN114792838A
CN114792838A CN202111540179.6A CN202111540179A CN114792838A CN 114792838 A CN114792838 A CN 114792838A CN 202111540179 A CN202111540179 A CN 202111540179A CN 114792838 A CN114792838 A CN 114792838A
Authority
CN
China
Prior art keywords
equal
electrochemical cell
less
positive electrode
carbonate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111540179.6A
Other languages
English (en)
Inventor
何美楠
蔡梅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GM Global Technology Operations LLC filed Critical GM Global Technology Operations LLC
Publication of CN114792838A publication Critical patent/CN114792838A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0568—Liquid materials characterised by the solutes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0569—Liquid materials characterised by the solvents
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/381—Alkaline or alkaline earth metals elements
    • H01M4/382—Lithium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/5825—Oxygenated metallic salts or polyanionic structures, e.g. borates, phosphates, silicates, olivines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025—Organic electrolyte
    • H01M2300/0028—Organic electrolyte characterised by the solvent
    • H01M2300/0034—Fluorinated solvents
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025—Organic electrolyte
    • H01M2300/0028—Organic electrolyte characterised by the solvent
    • H01M2300/0037—Mixture of solvents
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

根据本公开的各种方面的电化学电池包括正电极、负电极、隔离件和电解质。所述正电极包含正电活性材料。所述正电活性材料包含含磷橄榄石化合物。所述负电极包含锂金属。所述隔离件位于所述正电极和所述负电极之间。所述隔离件具有电绝缘性和离子传导性。所述电解质包含三元盐和溶剂。三元盐包含LiPF6、LiFSI和LiClO4。

Description

用于含磷橄榄石正电极的三元盐电解质
技术领域
本发明涉及用于含磷橄榄石正电极的三元盐电解质。
背景技术
本章节提供了与本公开相关的背景信息，其不必然是现有技术。
本公开涉及用于电化学电池的含磷橄榄石正电极的三元盐电解质和包括该三元盐电解质的电化学电池。
高能量密度电化学电池，例如锂-离子电池组，可用于各种消费产品和车辆，例如电池组电动车辆或混合电动车辆。随着在电池组功率和寿命方面持续取得的技术进步，电池组供电车辆有望成为一种交通选择。
发明内容
本章节提供了本公开的总体概述，而不是其全部范围或其所有特征的全面公开。
在各种方面，本公开提供了一种电化学电池。所述电化学电池包括正电极、负电极、隔离件和电解质。所述正电极包含正电活性材料。所述正电活性材料包含含磷橄榄石化合物。所述负电极包含锂金属。所述隔离件位于所述正电极和所述负电极之间。所述隔离件具有电绝缘性和离子传导性。所述电解质包含三元盐和溶剂。所述三元盐包含LiPF6、LiFSI和LiClO4。
在一方面，所述溶剂中的所述三元盐的总摩尔浓度大于或等于约0.5M至小于或等于约2M。
在一方面，所述总摩尔浓度大于或等于0.8M至小于或等于约1.2M。
在一方面，所述溶剂中的LiClO4的摩尔浓度大于或等于约0.1M至小于或等于约0.2M。
在一方面，所述溶剂中的LiPF6的摩尔浓度大于或等于约0.1M至小于或等于约1.4M。
在一方面，LiFSI的摩尔浓度大于或等于约0.1M至小于或等于约1.4M。
在一方面，所述溶剂中的所述三元盐的总摩尔浓度大于或等于约0.5M至小于或等于约2M。所述溶剂中的所述LiClO4的第一摩尔浓度大于或等于约0.1M至小于或等于约0.2M。所述溶剂中的所述LiPF6的第二摩尔浓度大于或等于约0.1M至小于或等于约1.4M。所述LiFSI的第三摩尔浓度大于或等于约0.1M至小于或等于约1.4M。
在一方面，所述溶剂包含氟化环状碳酸酯。
在一方面，所述氟化环状碳酸酯选自：氟代碳酸亚乙酯（FEC）、双氟代碳酸亚乙酯（DFEC）、三氟代碳酸亚丙酯（TFPC）或其任何组合。
在一方面，所述溶剂进一步包含直链碳酸酯。
在一方面，所述直链碳酸酯选自：碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）或其任何组合。
在一方面，所述氟化环状碳酸酯包括氟代碳酸亚乙酯（FEC），并且所述直链碳酸酯包括碳酸二甲酯（DMC）。
在一方面，所述溶剂包含体积比为大于或等于约1:9至小于或等于约9:1的所述氟化环状碳酸酯和所述直链碳酸酯。
在一方面，所述体积比为约1:4的氟化环状碳酸酯比直链碳酸酯。
在一方面，所述含磷橄榄石化合物具有Li-M1-M2-PO4的形式。M1是第一过渡金属。M2是第二过渡金属。
在一方面，所述含磷橄榄石化合物包括LMFP。
在一方面，所述含磷橄榄石化合物是第一正电活性材料，并且所述正电极进一步包含不同于所述第一正电活性材料的第二电活性材料。
在一方面，所述第二电活性材料选自：岩盐层状氧化物、尖晶石、或岩盐层状氧化物和尖晶石两者。
在一方面，所述正电极进一步包含导电材料。
在各种方面，本公开提供了包含溶剂和三元盐的电解质体系。所述溶剂包含氟化环状碳酸酯和直链碳酸酯。所述三元盐以大于或等于约0.5M至小于或等于约2M的总摩尔浓度存在于所述溶剂中。所述三元盐包含第一摩尔浓度为大于或等于约0.1M至小于或等于约0.2M的LiClO4、第二摩尔浓度为大于或等于约0.1M至小于或等于约1.4M的LiPF6、以及第三摩尔浓度为大于或等于约0.1M至小于或等于约1.4M的LiFSI。
本发明公开了以下实施方案。
1. 一种电化学电池，其包括：
包含正电活性材料的正电极，所述正电活性材料包含含磷橄榄石化合物；
包含锂金属的负电极；
所述正电极和所述负电极之间的隔离件，所述隔离件具有电绝缘性和离子传导性；以及
电解质，所述电解质包含，
三元盐，其包含LiPF6、LiFSI和LiClO4，以及
溶剂。
2. 根据实施方案1所述的电化学电池，其中所述三元盐在所述溶剂中的总摩尔浓度大于或等于约0.5M至小于或等于约2M。
3. 根据实施方案2所述的电化学电池，其中所述总摩尔浓度大于或等于0.8M至小于或等于约1.2M。
4. 根据实施方案1所述的电化学电池，其中所述LiClO4在所述溶剂中的摩尔浓度大于或等于约0.1M至小于或等于约0.2M。
5. 根据实施方案1所述的电化学电池，其中所述LiPF6在所述溶剂中的摩尔浓度大于或等于约0.1M至小于或等于约1.4M。
6. 根据实施方案1所述的电化学电池，其中所述LiFSI的摩尔浓度大于或等于约0.1M至小于或等于约1.4M。
7. 根据实施方案1所述的电化学电池，其中：
所述三元盐在所述溶剂中的总摩尔浓度大于或等于约0.5M至小于或等于约2M，
所述LiClO4在所述溶剂中的第一摩尔浓度大于或等于约0.1M至小于或等于约0.2M，
所述LiPF6在所述溶剂中的第二摩尔浓度大于或等于约0.1M至小于或等于约1.4M，以及
所述LiFSI的第三摩尔浓度大于或等于约0.1M至小于或等于约1.4M。
8. 根据实施方案1所述的电化学电池，其中所述溶剂包含氟化环状碳酸酯。
9. 根据实施方案8所述的电化学电池，其中所述氟化环状碳酸酯选自：氟代碳酸亚乙酯（FEC）、双氟代碳酸亚乙酯（DFEC）、三氟代碳酸亚丙酯（TFPC）或其任何组合。
10. 根据实施方案8所述的电化学电池，其中所述溶剂进一步包含直链碳酸酯。
11. 根据实施方案10所述的电化学电池，其中所述直链碳酸酯选自：碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）或其任何组合。
12. 根据实施方案10所述的电化学电池，其中所述氟化环状碳酸酯包括氟代碳酸亚乙酯（FEC）并且所述直链碳酸酯包括碳酸二甲酯（DMC）。
13. 根据实施方案10所述的电化学电池，其中所述溶剂包含体积比为大于或等于约1:9至小于或等于约9:1的所述氟化环状碳酸酯和所述直链碳酸酯。
14. 根据实施方案13所述的电化学电池，其中所述体积比为约1:4的氟化环状碳酸酯比直链碳酸酯。
15. 根据实施方案1所述的电化学电池，其中所述含磷橄榄石化合物具有Li-M1-M2-PO4的形式，其中M1为第一过渡金属且M2为第二过渡金属。
16. 根据实施方案15所述的电化学电池，其中所述含磷橄榄石化合物包括LMFP。
17. 根据实施方案1所述的电化学电池，其中所述含磷橄榄石化合物是第一正电活性材料并且所述正电极进一步包含不同于所述第一正电活性材料的第二电活性材料。
18. 根据实施方案17所述的电化学电池，其中所述第二电活性材料选自：岩盐层状氧化物、尖晶石、或所述岩盐层状氧化物和所述尖晶石两者。
19. 根据实施方案1所述的电化学电池，其中所述正电极进一步包含导电材料。
20. 一种电解质体系，其包含：
溶剂，其包含，
氟化环状碳酸酯，以及
直链碳酸盐；以及
三元盐，其在所述溶剂中的总摩尔浓度为大于或等于约0.5M至小于或等于约2M，所述三元盐包含
LiClO4，其第一摩尔浓度为大于或等于约0.1M至小于或等于约0.2M，
LiPF6，其第二摩尔浓度为大于或等于约0.1M至小于或等于约1.4M，以及
LiFSI，其第三摩尔浓度为大于或等于约0.1M至小于或等于约1.4M。
从本文提供的描述中，进一步的适用领域将变得显而易见。本发明内容中的描述和具体实例仅意在用于举例说明的目的，而非意在限制本公开的范围。
附图说明
本文描述的附图仅用于所选实施方案而非所有可能实施方案的图示说明目的，并且并非意在限制本公开的范围。
图1是用于循环锂离子的电化学电池的示意图；
图2是根据本公开的各种方面的包括锂金属负电极、含磷橄榄石正电极和三元盐电解质的电化学电池的示意图；
图3是描绘根据本公开的各种方面的包括磷酸锂锰铁（LMFP）正电极的电化学电池和包括镍-锰-钴622（NMC 622）正电极的对比电化学电池在150次循环中的容量的曲线图；
图4A-4C涉及根据本公开的各种方面的含磷橄榄石基正电极和镍基正电极的电阻；图4A是描绘面积比电阻随荷电状态（SOC）变化的曲线图；图4B是描绘包括含磷橄榄石基正电极的电化学电池的充电和放电电压分布的曲线图；以及图4C是描绘包括镍基正电极的电化学电池的充电和放电电压分布的曲线图；
图5A-5D涉及根据本公开的各种方面的在二甲醚（DME）中的4M LiFSI电解质的特性和性能；图5A是描绘温度和电解质的电导率之间的关系的曲线图；图5B是描绘LMFP基正电极和NMC 622基正电极与锂金属负电极在电解质中的容量保持率的曲线图；图5C是描绘包括LMFP基正电极、锂金属阳极和电解质的电化学电池的充电和放电电压分布的曲线图；以及图5D是描绘包括NMC 622基正电极、锂金属负电极和电解质的电化学电池的曲线图；
图6A-6D涉及根据本公开的各种方面的在 FEC/DME（体积比（V:V）1:4）中的1.2MLiPF6电解质的特性和性能；图6A是描绘温度和电解质的电导率之间的关系的曲线图；图6B是描绘LMFP基正电极和NMC 622基正电极与锂金属负电极在电解质中的容量保持率的曲线图；图6C是描绘包括LMFP基正电极、锂金属负电极和电解质的电化学电池的曲线图；以及图6D是描绘包括NMC 622基正电极、锂金属阳极和电解质的电化学电池的充电和放电电压分布的曲线图。
图7A-7D是与根据本公开的各种方面的LMFP/锂金属半电池的收获（harvest）锂金属形态相关的扫描电子显微镜（SEM）图像；图7A是半电池中原始锂金属电极的截面图；图7B是包括LiFSI电解质的半电池中的锂金属电极的截面图；图7C是包括LiPF6电解质的半电池中的锂金属电极的截面图；以及图7D是包括LiClO4的半电池中的锂金属电极的截面图。
图8是根据本公开的各种方面的三元盐电解质体系的首次循环库仑效率的图示；
图9A-9B涉及根据本公开的各种方面的三元盐电解质的电导率；图9A是描绘三种盐中每一种的电导率随温度变化的曲线图；以及图9B是三元盐电解质的电导率的图示；以及
图10是描绘根据本公开的各种方面的包括LMFP正电极、锂金属负电极和三元盐电解质的电化学电池的面积容量的曲线图。
遍及附图的几个视图，相应的附图标记表示相应的部件。
具体实施方式
提供了示例性实施方案，使得本公开将是彻底的，并将范围充分传达给本领域技术人员。阐述了大量具体细节，如具体组合物、组件、装置和方法的实例，以提供对本公开的实施方案的透彻理解。对于本领域技术人员显而易见的是，不需要采用具体细节，示例性实施方案可以以许多不同的形式来体现，并且均不应当解释为限制本公开的范围。在一些示例性实施方案中，没有详细描述公知的工艺、公知的装置结构和公知的技术。
本文所用的术语仅为了描述特定的示例性实施方案的目的，而非意为限制性的。除非上下文清楚地另行指明，否则本文所用的单数形式“一个”、“一种”和“该”意在也可以包括复数形式。术语“包含”、“包括”和“具有”是包容性的，且因此规定了所述特征、元件、组合物、步骤、整数、操作和/或组件的存在，但不排除一种或多种其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其集合的存在或加入。尽管开放式术语“包含”要理解为用于描述和要求保护本文阐述的各种实施方案的非限制性术语，但在某些方面，该术语可以替代地理解为更具限制性和约束性的术语，如“由……组成”或“基本由……组成”。因此，对于叙述组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或工艺步骤的任何给定实施方案，本公开还具体包括由或基本由这样叙述的组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或工艺步骤组成的实施方案。在“由……组成”的情况下，替代实施方案排除任何附加的组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或工艺步骤，而在“基本由……组成”的情况下，从这样的实施方案中排除实质上影响基本特性和新颖特性的任何附加的组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或工艺步骤，但是在该实施方案中可以包括不实质上影响基本特性和新颖特性的任何组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或工艺步骤。
除非明确确定为实施的次序，否则本文中描述的任何方法步骤、工艺和操作不应解释为必须要求它们以所论述或例示的特定次序来实施。还要理解的是，除非另行指明，否则可以采用附加或替代的步骤。
当组件、元件或层被提到在另一元件或层“上”、“啮合到”、“连接到”或“耦接到”另一元件或层时，其可以直接在该另一组件、元件或层上、直接啮合到、连接到或耦接到该另一组件、元件或层，或者可能存在中间元件或层。相比之下，当元件被提到“直接在另一元件或层上”、“直接啮合到”、“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件或层时，可以不存在中间元件或层。用于描述元件之间的关系的其它词语应以类似方式解释（例如，“在……之间”vs“直接在……之间”，“相邻”vs“直接相邻”等）。本文所用的术语“和/或”包括相关列举项的一个或多个中的任何和所有组合。
尽管在本文中可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种步骤、元件、组件、区域、层和/或区段，但除非另行指明，否则这些步骤、元件、组件、区域、层和/或区段不应受这些术语限制。这些术语可以仅用于将一个步骤、元件、组件、区域、层或区段与另一步骤、元件、组件、区域、层或区段进行区分。除非上下文清楚地指明，否则术语如“第一”、“第二”和其它数值术语在本文中使用时并不暗示顺序或次序。因此，下文讨论的第一步骤、元件、组件、区域、层或区段可以被称作第二步骤、元件、组件、区域、层或区段，而不偏离该示例性实施方案的教导。
为了便于描述，在本文中可以使用空间或时间上相对的术语，如“之前”、“之后”、“内”、“外”、“下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等描述如图中所示的一个元件或特征与另外一个或多个元件或特征的关系。除了图中描绘的取向之外，空间或时间上相对的术语可以意在涵盖装置或系统在使用或操作中的不同取向。
遍及本公开，数值表示近似测量值或范围界限以涵盖与给定值的微小偏差和具有大约所述值的实施方案以及具有确切所述值的实施方案。除了在具体实施方案的最后提供的工作实施例中之外，本说明书（包括所附权利要求书）中的参数（例如量或条件）的所有数值要理解为在所有情况下均被术语“约”修饰，无论“约”是否实际出现在该数值前。“约”表示所述数值允许一定程度上的轻微不精确性（一定程度上靠近该值的精确性；大致或合理地接近该值；近乎）。如果由“约”提供的不精确性在本领域中不以这种普通含义另行理解，那么本文所用的“约”至少表示可能由测量和使用此类参数的普通方法引起的变化。例如，“约”可以包含小于或等于5%、任选小于或等于4%、任选小于或等于3%、任选小于或等于2%、任选小于或等于1%、任选小于或等于0.5%、以及在某些方面任选小于或等于0.1%的变化。
此外，范围的公开包括在整个范围内所有值和进一步细分范围的公开，包括对于所述范围给出的端点和子范围。
现在将参考附图更全面地描述示例性实施方案。
本技术涉及可用于车辆应用的可充电锂-离子电池组。然而，本技术还可用于循环锂离子的其他电化学装置，例如手持电子装置或能量储存系统（ESS）。提供了一种可充电锂-离子电池组，其可以表现出高能量密度、低容量衰减和高库仑效率。
常规电化学电池的功能、结构与组成
典型的电化学电池包括第一电极（如正电极或阴极）、第二电极（如负电极或阳极）、电解质和隔离件。通常，在锂离子电池包中，电化学电池以堆叠形式电连接以提高总输出。锂离子电化学电池通过在负电极与正电极之间可逆地传送锂离子来运行。隔离件和电解质设置在负电极与正电极之间。该电解质适于传导锂离子，并可以为液体、凝胶或固体形式。在电池组充电过程中，锂离子由正电极向负电极移动，并在电池组放电时在相反的方向上移动。
堆叠体内的各负电极与正电极通常电连接到集流体（例如金属，如对负电极为铜，对正电极为铝）。在电池组使用过程中，与两个电极关联的集流体通过外部电路连接，所述外部电路使得电子产生的电流在负电极与正电极之间通过以补偿锂离子的传输。
电极通常可以并入各种商业电池组设计中，如方形电池、卷绕的圆柱形电池、纽扣电池、袋式电池或其它合适的电池形状。该电池可以包括每种极性的单个电极结构或具有以并联和/或串联电连接组装的多个正电极和负电极的堆叠结构。特别地，该电池组可以包括交替的正电极与负电极的堆叠体，隔离件设置在其间。虽然正电活性材料可以在电池组中用于初级或单次充电用途，所得电池组通常具有对于在多次电池循环中的二次电池组用途而言合意的循环性质。
在图1中显示了锂离子电池组20的示例性示意图。该锂离子电池组20包括负电极22、正电极24和设置在负电极22与正电极24之间的多孔隔离件26（例如微孔或纳米孔聚合物隔离件）。电解质30设置在负电极22与正电极24之间和多孔隔离件26的孔中。该电解质30还可以存在于负电极22与正电极24中，如存在于孔中。
负电极集流体32可以位于负电极22处或附近。正电极集流体34可以位于正电极24处或附近。虽然并未显示，该负电极集流体32与该正电极集流体34可以在一侧或两侧上被涂覆，如本领域已知的。在某些方面，该集流体可以在两侧上涂覆有电活性材料/电极层。负电极集流体32与正电极集流体34分别从外部电路40收集自由电子和使自由电子移动至外部电路40。可中断外部电路40包括负载装置42并连接负电极22（通过负电极集流体32）和正电极24（通过正电极集流体34）。
多孔隔离件26用作电绝缘体和机械支撑件。更特别地，该多孔隔离件26设置在负电极22与正电极24之间以防止或减少物理接触，并由此防止或减少短路的发生。除了在两个电极22、24之间提供物理屏障外，该多孔隔离件26可以在锂离子循环过程中为锂离子（和相关阴离子）的内部通行提供最小电阻路径，以促进锂离子电池组20的运行。
当负电极22含有相对更大量的可循环锂时，该锂离子电池组20可以通过在外部电路40闭合（以电连接负电极22和正电极24）时发生的可逆电化学反应在放电过程中产生电流。正电极24与负电极22之间的化学势差驱动由负电极22处锂（例如嵌入/合金化/镀敷锂）的氧化所产生的电子通过外电路40朝向正电极24移动。同样在负电极处产生的锂离子同时经由电解质30和多孔隔离件26朝向正电极24转移。电子流过外部电路40且锂离子穿过电解质30中的多孔隔离件26迁移，以便嵌入/合金化/镀敷到正电极24的正电活性材料中。通过外部电路40的电流可以被利用并被引导通过负载装置42，直到负电极22中的锂耗尽且该锂离子电池组20的容量减小。
该锂离子电池组20可以随时通过将外部电源（例如充电装置）连接到该锂离子电池组20以逆转在电池组放电过程中发生的电化学反应来充电或重供能。将外部电源连接到锂离子电池组20迫使正电极24处的锂离子移动回负电极22。通过外部电路40流回负电极22的电子与被电解质30携带穿过隔离件26回到负电极22的锂离子在负电极22处再结合，并用锂补充所述负电极22以便在下一电池组放电循环过程中消耗。由此，每个放电和充电事件被认为是一次循环，其中锂离子在正电极24与负电极22之间循环。
可用于将锂离子电池组20充电的外部电源可以根据锂离子电池组20的尺寸、结构和特定的最终用途而改变。一些值得注意和示例性的外部电源包括但不限于AC电源，如AC壁装插座或机动车交流发电机。可以使用转换器将AC转变为DC以便对电池组20充电。
在许多锂离子电池组配置中，负电极集流体32、负电极22、隔离件26、正电极24和正电极集流体34中的每一个被制备为相对薄的层（例如几微米至一毫米或更小的厚度）并且以电串联和/或并联布置连接的层形式组装以提供合适的电能和电源包。此外，该锂离子电池组20可以包括多种其它组件，所述组件尽管并未在本文中描绘，但仍然是本领域技术人员已知的。例如，作为实例，该锂离子电池组20可以包括外壳、垫圈、端帽、极耳、电池组端子以及可能位于该电池组20内（包括在负电极22、正电极24和/或隔离件26之间或周边）的任何其它常规组件或材料。如上所述，该锂离子电池组20的尺寸和形状可以根据设计其用于的特定应用而改变。电池组供电的车辆和手持式消费电子设备是两个实例，其中该锂离子电池组20最有可能被设计为不同的尺寸、容量和功率输出规格。该锂离子电池组20还可以与其它类似的锂离子电池或电池组串联或并联连接，以产生负载装置42所需的更大的电压输出、能量和/或功率。
因此，该锂离子电池组20可以对负载装置42产生电流，该负载装置42可操作地连接到外部电路40。虽然该负载装置42可以是任何数量的已知电动装置，作为实例，耗能负载装置的一些具体实例包括用于混合动力车辆或全电动车辆的电动机、膝上型计算机、平板计算机、移动电话和无线电动工具或器具。该负载装置42还可以是为了储能而对该锂离子电池组20充电的发电设备。在某些其它变型中，该电化学电池可以是超级电容器，如基于锂离子的超级电容器。
电解质
电解质通常为固体、液体或凝胶形式，并且能够在负电极22和正电极24之间传导锂离子，可用于锂-离子电池组20中。在某些方面，电解质30可以是非水液体电解质溶液，其包含溶解在有机溶剂或有机溶剂混合物中的一种或多种锂盐。在某些变型中，电解质30可以包含含水溶剂（即，水基溶剂）或混合溶剂（例如，包含至少1重量%的水的有机溶剂）。合适的锂盐通常具有惰性阴离子。
多孔隔离件
在某些变型中，该多孔隔离件26可以包括包含聚烯烃的微孔聚合物隔离件，包括由可以是直链或支链的均聚物（衍生自单一单体成分）或杂聚物（衍生自超过一种单体成分）制成的那些。在某些方面，该聚烯烃可以是聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、或PE和PP的共混物，或PE和/或PP的多层结构化多孔膜。市售聚烯烃多孔隔离件26膜包括可获自CelgardLLC的CELGARD 2500（单层聚丙烯隔离件）和CELGARD 2340（三层聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯隔离件）。
当该多孔隔离件26是微孔聚合物隔离件时，其可以是单层或多层层压材料。例如，在一个实施方案中，单个聚烯烃层可以形成整个微孔聚合物隔离件26。在其它方面，该隔离件26可以是纤维膜，其具有在相对表面之间延伸的大量孔，并可以具有例如小于1毫米的厚度。但是，作为另一实例，可以组装相似或不相似的聚烯烃的多个离散层以形成该微孔聚合物隔离件26。替代或除该聚烯烃之外，该微孔聚合物隔离件26还可以包含其它聚合物，例如但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚偏二氟乙烯（PVdF）、聚酰胺（尼龙）、聚氨酯、聚碳酸酯、聚酯、聚醚醚酮（PEEK）、聚醚砜（PES）、聚酰亚胺（PI）、聚酰胺-酰亚胺、聚醚、聚甲醛（例如缩醛）、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯（polyethylenenaphthenate）、聚丁烯、聚甲基戊烯、聚烯烃共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、聚苯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚硅氧烷聚合物（例如聚二甲基硅氧烷(PDMS)）、聚苯并咪唑（PBI）、聚苯并噁唑（PBO）、聚亚苯基、聚亚芳基醚酮、聚全氟环丁烷、聚偏二氟乙烯共聚物（例如, PVdF-六氟丙烯或(PVdF-HFP)）和聚偏二氟乙烯三元共聚物、聚氟乙烯、液晶聚合物（例如VECTRAN (Hoechst AG, Germany)和ZENITE (DuPont, Wilmington, DE)）、聚芳酰胺、聚苯醚、纤维素材料、中孔二氧化硅或其组合。
此外，该多孔隔离件26可以与陶瓷材料混合，或其表面可以涂覆陶瓷材料。例如，陶瓷涂层可以包含氧化铝（Al2O3）、二氧化硅（SiO2）或其组合。设想了用于形成隔离件26的各种常规可得的聚合物和商业产品，以及可用于生产此类微孔聚合物隔离件26的许多制造方法。
正电极
正电极24通常可以由锂基活性材料形成或包含锂基活性材料，该活性材料可以进行锂嵌入和脱嵌、合金化和脱合金化，同时用作锂-离子电池组20的正端子。正电极24可包含正电活性材料。正电活性材料可包含一种或多种过渡金属阳离子，例如锰（Mn）、镍（Ni）、钴（Co）、铬（Cr）、铁（Fe）、钒（V）及其组合。然而，在某些变型中，正电极24基本不含选定金属阳离子，例如镍（Ni）和钴（Co）。
正电活性材料可以是粉末组合物。正电活性材料可以与任选的导电材料(例如，导电颗粒)和聚合物粘合剂混合。粘合剂既可以将正电活性材料保持在一起并且还为正电极24提供离子传导性。聚合物粘合剂可包括聚偏二氟乙烯（PVdF）、聚(偏二氯乙烯)（PVC）、聚((二氯-1,4-亚苯基)乙烯)、羧甲基纤维素（CMC）、丁腈橡胶（NBR）、氟化聚氨酯、氟化环氧化物、氟化丙烯酸系树脂、卤代烃聚合物的共聚物、环氧化物、乙烯丙烯二胺三元橡胶（EPDM）、六氟丙烯（HFP）、乙烯丙烯酸共聚物（EAA）、乙烯乙酸乙烯酯共聚物（EVA）、EAA/EVA共聚物、PVDF/HFP共聚物、聚偏二氟乙烯（PVdF）、聚丙烯酸锂（LiPAA）、聚丙烯酸钠（NaPAA）、藻酸钠、藻酸锂或其组合。
粘合剂中的正电活性材料载量可以很大，例如大于约80重量％。例如，粘合剂可以大于或等于约1重量％至小于或等于约20重量％，任选地大于或等于约1重量％至小于或等于约10重量%，任选地大于或等于约1重量%至小于或等于约8重量%，任选地大于或等于约1重量%至小于或等于约6重量%，任选地大于或等于约1重量％至小于或等于约7重量％，任选地大于或等于约1重量％至小于或等于约5重量％，或任选地大于或等于约1重量％至小于或等于约3重量％的含量存在。
导电材料可包括石墨、其他碳基材料、导电金属或导电聚合物颗粒。作为实例，碳基材料可以包括KETJEN黑、DENKA黑、乙炔黑、炭黑等的颗粒。导电金属颗粒可包括镍、金、银、铜、铝等。导电聚合物的实例包括聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、聚吡咯等。在某些方面，可以使用导电材料的混合物。
在某些变型中，正电极24包含小于或等于约15重量％、任选地小于或等于约10重量％、或任选地大于或等于约0.5重量％至小于或等于约8重量%的量的导电材料。虽然补充的导电组合物可被描述为粉末，但这些材料在并入电极后失去它们的粉末特性，其中补充的导电材料的相关颗粒成为所得电极结构的组分。
负电极
负电极22可以包含负电活性材料作为能够用作锂-离子电池组20的负端子的锂宿主材料。常见的负电活性材料包括嵌锂材料或合金宿主材料或镀敷剥离（plating andstripping）材料。此类材料可以包括碳基材料，例如锂-石墨插层化合物、锂-硅化合物、锂-锡合金或钛酸锂Li4+xTi5O12，其中0≤x≤3，例如Li4Ti5O12(LTO)。
在某些方面，负电极22可以包含锂，并且在某些变型中包含金属锂。负电极22可以是锂金属电极（LME）。锂-离子电池组20可以是锂金属电池组或电池。用于可充电电池组的负电极中的金属锂具有各种潜在优势，包括具有最高的理论容量和最低的电化学势。因此，并入锂金属阳极的电池组可以具有更高的能量密度，这可以潜在地使储存容量加倍，因此电池组的尺寸可以减半，但仍与其他锂-离子电池组持续相同的时间量。
在某些变型中，负电极22可任选地包含导电材料以及一种或多种聚合物粘合剂材料以在结构上将锂材料保持在一起。例如，在一个实施方案中，负电极22可以包含活性材料，该活性材料包括与选自下组的粘合剂材料混合的锂-金属颗粒：聚偏二氟乙烯（PVdF）、乙烯丙烯二烯单体（EPDM）橡胶、羧甲基纤维素（CMC）、丁腈橡胶（NBR）、聚丙烯酸锂（LiPAA）、聚丙烯酸钠（NaPAA）、藻酸钠、藻酸锂或其组合。合适的附加导电材料可包括碳基材料或导电聚合物。作为实例，碳基材料可以包括KETJEN黑、DENKA黑、乙炔黑、炭黑等的颗粒。导电聚合物的实例包括聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、聚吡咯等。在某些方面，可以使用导电材料的混合物。负电极22可包含约50-100重量%的电活性材料（例如，锂颗粒或锂箔），任选地大于或等于约30重量%的导电材料，以及余量的粘合剂。
电极制造
在各种方面，负电极22和正电极24可以通过将相应的电活性材料与聚合物粘合剂化合物、非水溶剂、任选的增塑剂和任选的导电颗粒（如果必要）混合成浆料来制造。可以混合或搅拌浆料，然后通过刮刀和/或缝模涂覆薄薄地施加到基底上。基底可以是可移除的基底或替代地功能性基底，例如附接到电极膜一侧的集流体（例如金属网格或筛网层）。在一种变型中，可以施加热或辐射以从电极膜中蒸发溶剂，留下固体残留物。可以进一步固结电极膜，其中对膜施加热和压力以对其进行烧结和压延。在其他变型中，可以将膜在中等温度下干燥以形成自支撑膜。如果基底是可移除的，则将其从电极膜移除，然后将电极膜进一步层压到集流体上。对于任一类型的基底，剩余的增塑剂可以在并入电池组电池之前被提取。在各种方面，可以根据替代性的制造方法形成固体电极。
任选的电极表面涂层
在某些变型中，通过上述活性材料浆料浇铸形成的预制负电极22和正电极24可以通过蒸汽涂覆形成工艺直接涂覆以形成保形的无机-有机复合材料表面涂层，如下面进一步所述。因此，可以涂覆包含电活性材料的预制负电极的一个或多个暴露区域以最小化或防止电极材料在并入电化学电池时与电化学电池内的组分的反应，从而最小化或防止在负电极材料的表面上形成锂金属枝晶。在其他变型中，可以将包含电活性材料（如锂金属）的多个颗粒涂覆 无机-有机复合材料表面涂层。然后，可以在活性材料浆料中使用经涂覆的电活性颗粒以形成负电极，如上所述。
集流体
负电极22和正电极24通常与相应的负电极集流体32和正电极集流体34相关联以促进电子在电极和外部电路40之间的流动。集流体32、34是导电的并且可以包含金属，例如金属箔、金属网格或筛网、或网形金属。网形金属集流体是指具有更大厚度的金属网格，使得更多量的电极材料被放置在金属网格内。作为实例，导电材料包括铜、镍、铝、不锈钢、钛、其合金或其组合。
正电极集流体34可由铝或本领域技术人员已知的任何其他合适的导电材料形成。负电极集流体32可由铜或本领域技术人员已知的任何其他合适的导电材料形成。负电极集电体通常不包含铝，因为铝与锂反应，从而导致大的体积膨胀和收缩。剧烈的体积变化可能导致集流体的断裂和/或粉化。
具有含磷橄榄石正电极和三元盐电解质的电化学电池
在各种方面，本公开提供了用于电化学电池的三元盐电解质体系。三元盐电解质体系包含溶剂和三元盐，三元盐包含LiPF6、LiFSI和LiClO4。在某些方面，本公开提供了一种包括电解质的电化学电池。电化学电池可包括包含含磷橄榄石化合物的正电极和包含锂金属的负电极。与具有其他正电活性材料和/或电解质组合物的锂金属电池相比，该电化学电池可具有延长的循环寿命和改进的快速充电能力。
参考图2，提供了根据本公开的各种方面的电化学电池60。电化学电池60包括负电极62、正电极64和三元盐电解质66。隔离件68设置在负电极62和正电极64之间。电化学电池60进一步包括与负电极62相关联的负电极集流体70和与正电极64相关联的正电极集流体72。
正电极
正电极64包含正电活性材料、粘合剂和任选的导电材料。电活性材料可以以大于或等于约5重量％至小于或等于约95重量％存在于正电极64中。在某些方面，电活性材料可以以大于或等于约5重量％，任选地大于或等于约10重量％，任选地大于或等于约20重量％，任选大于或等于约30重量％，任选地大于或等于约40重量％，任选地大于或等于约50重量％，任选地大于或等于约60重量％，任选地大于或等于约70重量％，任选地大于或等于约80重量％，或任选地大于或等于约90重量％存在。在某些方面，电活性材料可以以小于或等于约95重量％，任选小于或等于约90重量％，任选小于或等于约80重量％，任选小于或等于约70重量％，任选地小于或等于约60重量％，任选地小于或等于约50重量％，任选地小于或等于约40重量％，任选地小于或等于约30重量％，任选地小于或等于约20重量％，或任选地小于或等于约10重量％存在。
粘合剂可以以大于或等于约1重量％至小于或等于约10重量％，作为实例，例如大于或等于约1重量％至小于或等于约3重量％，大于或等于约3重量％至小于或等于约5重量％，或大于或等于约5重量％至小于或等于约10重量％存在于正电极64中。导电材料可以以大于或等于约1重量％至小于或等于约10重量％，作为实例，例如大于或等于约1重量％至小于或等于约3重量％，大于或等于约3重量％至小于或等于约5重量％，或大于或等于约5重量％至小于或等于约10重量％存在于正电极64中。
电活性材料包含含磷橄榄石化合物。含磷橄榄石化合物可以具有Li-M1-M2-PO4的形式，其中M1是第一过渡金属并且M2是第二过渡金属。在某些方面，含磷橄榄石化合物包括LiFexM1–xPO4，其中M是过渡金属并且0<x<1。例如，含磷橄榄石化合物可包括磷酸锂锰铁（LMFP），例如LiMnxFe1-xPO4，其中0<x<1。LiMnxFe1-xPO4（其中0<x<1）的实例包括例如LiMn0.7Fe0.3PO4、LiMn0.6Fe0.4PO4、LiMn0.8Fe0.2PO4和LiMn0.75Fe0.25PO4。在某些方面，含磷橄榄石化合物与其他正电活性材料（例如镍基材料）相比可具有致密的晶体结构。致密的晶体结构可促进热稳定性和容量稳定性（参见例如实施例1）。
在某些方面，电活性材料进一步包含第二电活性材料。第二电活性材料可以以例如小于或等于总电活性材料的约90重量％，任选地小于或等于总电活性材料的约80重量％，任选地小于或等于总电活性材料的约70重量％，任选地小于或等于总电活性材料的约60重量％，任选地小于或等于总电活性材料的约50重量％，任选地小于或等于总电活性材料的约40重量％，任选地小于或等于总电活性材料的约30重量％，任选地小于或等于总电活性材料的约20重量％，任选地小于或等于总电活性材料的约10重量％，或任选地小于或等于总电活性材料的约5重量%存在。作为实例，第二电活性材料可以包括岩盐层状氧化物、尖晶石或岩盐层状氧化物和尖晶石两者。作为实例，岩盐层状氧化物可包括LiNixMnyCo1-x-yO2、LiNixMn1-xO2、Li1+xMO2、（例如，LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2和/或LiNi0.5Mn0.5O2)、锂镍锰钴氧化物（NMC）（例如，NMC 111、NMC 523、NMC 622、NMC 721和/或NMC 811）和/或锂镍钴铝氧化物（NCA））。作为实例，尖晶石可以包括LiMn2O4和/或LiNi0.5Mn1.5O4。在某些方面，电活性材料基本由一种或多种含磷橄榄石化合物组成并且不含第二电活性材料。
粘合剂可包括聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚丙烯酸（PAA）、苯乙烯-丁二烯橡胶（SBR）或其任何组合。导电材料可包括石墨、其他碳基材料、导电金属、导电聚合物颗粒或其任何组合。作为实例，碳基材料可以包括KETJEN黑、DENKA黑、乙炔黑、炭黑等的颗粒。导电金属颗粒可包括镍、金、银、铜、铝等。导电聚合物的实例包括聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、聚吡咯等。在某些方面，导电材料的混合物可用于正电极64。
负电极
在某些方面，负电极62包含锂金属。锂金属可以是锂箔或锂膜的形式。在某些方面，包含锂金属的负电极62可具有100%的活性材料载量。在某些方面，包含锂金属的负电极62可以基本由锂金属组成。在某些方面，包含锂金属的负电极62可具有大于或等于约5μm至小于或等于约500μm，作为实例，例如大于或等于约5μm至小于或等于约50μm，大于或等于约50μm至小于或等于约100μm，大于或等于约100μm至小于或等于约250μm，或大于或等于约250μm至小于或等于约500μm的厚度。
集流体
在某些方面，作为实例，负电极集流体70可以包含铜。在某些方面，作为实例，正电极集流体72可以包含铝。
三元盐电解质
三元盐电解质66设置在负电极62和正电极64之间、负电极62和/或正电极64内和/或隔离件68内。三元盐电解质66包含溶剂和三元盐。三元盐包含氟磺酰亚胺锂（LiN(FSO2)2）（LIFSI）、六氟磷酸锂（LiPF6）和高氯酸锂（LiClO4）。在某些方面，三元盐基本由LiFSI、LiPF6和LiClO4组成并且不含其他盐。
三元盐电解质66的组成可以基于电化学电池的期望性能进行调整（tailored）。在某些方面，LiFSI可以促进增加的锂金属稳定性和增加的电导率。在某些方面，LiPF6可以促进增加的电导率和增加的容量保持率。在某些方面，LiClO4可以促进增加的热稳定性和可接受的收获形态，这对应于增加的锂金属稳定性。
在某些方面，溶剂中LiFSI的摩尔浓度大于或等于约0.1M至小于或等于约1.4M，任选大于或等于约0.3M至小于或等于约0.7M，任选地大于或等于约0.4M至小于或等于约0.6M，或任选地约0.5M。在某些方面，溶剂中LiFSI的摩尔浓度大于或等于0.1M，任选地大于或等于0.2M，大于或等于0.3M，任选地大于或等于0.4M，任选地大于或等于0.5M，任选地大于或等于0.6M，任选地大于或等于0.7M，任选地大于或等于0.8M，任选地大于或等于0.9M，任选地大于或等于1M，任选地大于或等于1.1M，任选地大于或等于1.2M，任选地大于或等于1.3M。在某些方面，溶剂中LiFSI的摩尔浓度小于或等于约1.4M，任选地小于或等于约1.3M，任选地小于或等于约1.2M，任选地小于或等于约1.1M，任选地小于或等于约1M，任选地小于或等于约0.9M，任选地小于或等于约0.8M，任选地小于或等于约0.7M，任选地小于或等于约0.6M，任选地小于或等于约0.5M，任选地小于或等于约0.4M，任选地小于或等于约0.3M，或任选地小于或等于约0.2M。作为实例，溶剂中LiFSI的摩尔浓度可以大于或等于约0.1M至小于或等于约0.5M，大于或等于约0.5M至小于或等于约1M，或大于或等于约1M至小于或等于约1.4M。
在某些方面，溶剂中LiPF6的摩尔浓度大于或等于约0.1M至小于或等于约1.4M，任选地大于或等于约0.1M至小于或等于约0.5M，任选地大于或等于约0.2M至小于或等于约0.4M，或任选地约0.3M。在某些方面，溶剂中LiPF6的摩尔浓度大于或等于0.1M，任选大于或等于0.2M，任选大于或等于0.3M，任选大于或等于0.4M，任选大于或等于0.5M，任选地大于或等于0.6M，任选地大于或等于0.7M，任选地大于或等于0.8M，任选地大于或等于0.9M，任选地大于或等于1M，任选地大于或等于1.1M，任选地大于或等于1.2M，任选地大于或等于1.3M。在某些方面，溶剂中LiPF6的摩尔浓度小于或等于约1.4M，任选地小于或等于约1.3M，任选地小于或等于约1.2M，任选地小于或等于约1.1M，任选地小于或等于约1M，任选地小于或等于约0.9M，任选地小于或等于约0.8M，任选地小于或等于约0.7M，任选地小于或等于约0.6M，任选地小于或等于约0.5M，任选地小于或等于约0.4M，任选地小于或等于约0.3M，或任选地小于或等于约0.2M。作为实例，溶剂中LiPF6的摩尔浓度可以大于或等于约0.1M至小于或等于约0.5M，大于或等于约0.5M至小于或等于约1M，或大于或等于约1M至小于或等于约1.4M。
在某些方面，溶剂中LiClO4的摩尔浓度大于或等于约0.1M至小于或等于约0.2M或任选地大于或等于约0.15M至小于或等于约0.2M。在某些方面，溶剂中LiClO4的摩尔浓度大于或等于0.1M，任选地大于或等于0.12M，任选地大于或等于0.13M，任选地大于或等于0.14M，任选地大于或等于0.15M，任选地大于或等于0.16M，任选地大于或等于0.17M，任选地大于或等于0.18M，或任选地大于或等于0.19M。在某些方面，溶剂中LiClO4的摩尔浓度小于或等于约0.2M，任选地小于或等于约0.19M，任选地小于或等于约0.18M，任选地小于或等于约0.17M，任选地小于或等于约0.16M，任选地小于或等于约0.15M，任选地小于或等于约0.14M，任选地小于或等于约0.13M，任选地小于或等于约0.12M，或任选地小于或等于约0.11M。作为实例，溶剂中LiClO4的摩尔浓度可以大于或等于约0.1M至小于或等于约0.13M，大于或等于约0.13M至小于或等于约0.17M，或大于或等于约0.17M至小于或等于约0.2M。
溶剂中三元盐的总摩尔浓度（例如，LiFSI、LiPF6和LiClO4的摩尔浓度之和）可以大于或等于0.5M至小于或等于约2M，或任选地大于或等于0.75M至小于或等于约1.75M，或任选地大于或等于约0.8M至小于或等于约1.2M。例如，摩尔浓度可以大于或等于0.5M至小于或等于约0.75M、大于或等于0.75M至小于或等于约1M、大于或等于1M至小于或等于约1.25M，大于或等于1.25M至小于或等于约1.5M，大于或等于1.5M至小于或等于约1.75M，或大于或等于1.75M至小于或等于约2M。下面在表1中示出了示例性组成。
LiFSI(M) LiPF<sub>6</sub>(M) LiClO<sub>4</sub>(M) 总计(M)
0.2 0.8 0.2 1.2
0.4 0.6 0.2 1.2
0.5 0.3 0.2 1.0
0.6 0.4 0.2 1.2
0.8 0.2 0.2 1.2
表1。
溶剂可包含氟化环状碳酸酯、直链碳酸酯或氟化环状碳酸酯和直链碳酸酯两者。氟化环状碳酸酯可以选自：氟代碳酸亚乙酯（FEC）、双氟代碳酸亚乙酯（DFEC）、三氟代碳酸亚丙酯（TFPC）或其任何组合。在某些方面，氟化环状碳酸酯可以是固体电解质界面（SEI）形成剂（former）。直链碳酸酯可以选自：碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）或其任何组合。
在某些方面，溶剂包含体积比（氟化环状碳酸酯比直链碳酸酯）为大于或等于约1:9至小于或等于约9:1，任选地大于或等于约1:9至小于或等于约1:1，大于或等于约1:6至小于或等于约1:2，或任选地约1:4的氟化环状碳酸酯和直链碳酸酯两者。作为实例，体积比可以大于或等于约1:9至小于或等于约1:5，大于或等于约1:5至小于或等于约1:2，大于或等于约1:2至小于或等于约1:1，大于或等于约1:1至小于或等于约2:1，大于或等于约2:1至小于或等于约5:1，或大于或等于约5:1至小于或等于约9:1。在一个实例中，体积比为1:4的氟化环状碳酸酯比直链碳酸酯，例如1:4 FEC:DMC。
隔离件
隔离件68具有离子传导性和电绝缘性。在某些方面，隔离件68与如上所述的图1的多孔隔离件26相似或相同。
实施例1：具有LMFP电极的容量稳定性
制备了两个电化学电池。第一电化学电池包括第一正电极、第一负电极和第一电解质。第一正电极包含含磷橄榄石电活性材料。第一正电极包含95重量％的LMFP作为含磷橄榄石电活性材料、2.5重量％的碳作为导电添加剂和2.5重量％的PVDF作为粘合剂。第一正电极具有约2.5g/cm3的密度和约4.5mAh/cm2的负载（loading）。第一负电极包含石墨，具有约2.5g/cm3的密度和约4.5mAh/cm2的负载。第一电解质包含在溶剂中的1.2M LiPF6以及碳酸亚乙烯酯（VC）添加剂，所述溶剂包含碳酸亚乙酯（EC）、EMC和碳酸亚丙酯（PC）。
第二或对比电化学电池包括第二正电极、第二负电极和第二电解质。第二正电极包含镍基电活性材料。第二正电极包含96重量％的NMC 622作为镍基电活性材料、2重量％的碳作为导电添加剂和2重量％的PVDF作为粘合剂。第二正电极具有约2.5g/cm3的密度和约4.5mAh/cm2的负载。第二负电极包含石墨，具有约2.5g/cm3的密度和约4.5mAh/cm2的负载。第二电解质包含在溶剂中的1.2M LiPF6和VC添加剂，所述溶剂包含EC和EMC。
参考图3，提供了描绘根据本公开的各种方面的第一电化学电池和第二电化学电池在150次循环中的容量的曲线图。x轴110表示循环并且y轴112表示以mAh/cm2为单位的面积容量。第一曲线114表示第一电化学电池的容量。第二曲线116表示第二电化学电池的容量。在大约五次循环后，第一电化学电池在每次循环中通常具有比第二电化学电池更高的容量，表明含磷橄榄石电活性材料比镍基电活性材料具有更好的容量稳定性。
实施例2：具有LMFP电极的电阻
制备了两个电化学电池。第一电化学电池包括第一正电极、第一负电极和第一电解质。第一正电极包含含磷橄榄石电活性材料。第一正电极包含95重量％的LMFP作为含磷橄榄石电活性材料、2.5重量％的无定形纳米碳（C45）作为导电添加剂和2.5重量％的PVDF作为粘合剂。LMFP的锂扩散率为10-15cm/s和电导率为10-13S/cm。第一正电极具有约4.5mAh/cm2的负载。第一负电极包含锂金属并限定30μm的厚度。第一电解质包含在FEC/DMC（1:4体积比）溶剂中的1.2M LiPF6。
第二或对比电化学电池包括第二正电极、第二负电极和第二电解质。第二正电极包含镍基电活性材料。第二正电极包含96重量％的NMC 622作为镍基电活性材料、2重量％的无定形纳米碳（C45）作为导电添加剂和2重量％的PVDF作为粘合剂。NMC 622的锂扩散率为10-9cm/S和电导率为10-3S/cm。第二正电极具有约4.5mAh/cm2的负载。第二负电极包括30μm厚的锂金属。第二电解质包含在FEC/DMC（1:4体积比）中的1.2M LiPF6。
参考图4A，提供了描绘根据本公开的各种方面的第一电化学电池和第二电化学电池的正电极的面积比电阻随荷电状态变化的曲线图。x轴130表示以％为单位的荷电状态（SOC）并且y轴132表示以Ω/cm2为单位的面积比电阻。第一曲线134描绘了第一电化学电池的包含LMFP的正电极的电阻。第二曲线136描绘了第二电化学电池的包含NMC 622的正电极的电阻。第一曲线134通常高于第二曲线136，表明LMFP具有比NMC622更高的电阻。此外，第一曲线134具有显著的电阻增加，直至在约30%的SOC处达到约66Ω/cm2的最大面积比电阻134。
参考图4B，提供了描绘根据本公开的各种方面的具有LMFP正电极的第一电化学电池的充电和放电电压分布的曲线图。x轴150表示以%为单位的SOC并且y轴152表示以V为单位的电压。第一电化学电池在2.5-4.3V的电压窗口内以0.5C的充电倍率（C-倍率）循环。充电曲线显示在154。如158所示，充电曲线154在约4.1V和约30%的SOC处变平。放电曲线显示在156。如160所示，放电曲线156在约4.0V和约40%的SOC处变平。
参考图4C，提供了描绘根据本公开的各种方面的具有NMC 622正电极的第二电化学电池的充电和放电电压分布的曲线图。x轴170表示以%为单位的SOC并且y轴172表示以V为单位的电压。第二电化学电池在2.5-4.3V的电压窗口内以0.5C的C-倍率循环。充电曲线显示在174。放电曲线显示在176。充电曲线174和放电曲线176两者通常随着SOC增加而增加。
LMFP比NMC 622具有更高的对电阻的敏感性。电阻较低时效率和热稳定性通常较高。在某些方面，电解质组成和浓度也可能影响效率和热稳定性。因此，与包括镍基正电极（例如，NMC 622）的电化学电池相比，可以为包括含磷橄榄石基正电极（例如，LMFP）的电化学电池选择不同的电解质。
实施例3：LiFSI基电解质
参考图5A，提供了根据本公开的各种方面的包含在DME溶剂中的4M LiFSI的电解质的电导率随温度变化的曲线图。x轴180表示以℃为单位的温度并且y轴182表示以mS为单位的电导率。如184所示，电导率在20℃时仅为约1.5mS。
制备了两个电化学电池。每个电化学电池包括20μm厚的锂金属负电极。每个电化学电池包括20μL的电解质，该电解质包含在DME溶剂中的4M LiFSI。第一电化学电池包括具有LMFP电活性材料和4.5mAh/cm2负载的正电极。第二或对比电化学电池包括具有NMC 622电活性材料和4.5mAh/cm2负载的正电极。除了不同的电活性材料外，正电极是相同的。
参考图5B，提供了描绘根据本公开的各种方面的第一电化学电池和第二电化学电池的容量的曲线图。x轴190表示循环并且y轴192表示以mAh为单位的容量。第一曲线194表示第一电化学电池的容量。第一电化学电池在约135次循环处经历了显著的容量衰减，如在196处所示。第二曲线198描绘了第二电化学电池的容量。由于更高电导率的正电极材料，第二曲线198通常高于第一曲线194。此外，第二电化学电池具有更长的循环寿命，在约160次循环后经历了显著的容量衰减，如在200处所示。
参考图5C，提供了描绘根据本公开的各种方面的包括LMFP正电极的第一电化学电池的充电和放电电压分布的曲线图。x轴210表示以mAh为单位的容量并且y轴212表示以V为单位的电压。第一电化学电池在2.5-4.3V的电压窗口中以各种C-倍率循环。第一曲线214图示了在0.1C的C-倍率下的充电电压分布。在0.1C时，包括LMFP正电极的第一电化学电池提供了约6.3mAh的容量。第二曲线216图示了在0.1C的C-倍率下的放电电压分布。第三曲线218图示了在0.5C的C-倍率下的充电电压分布。在0.5C时，第一电化学电池提供了约5.2mAh的容量。第四曲线220图示了在0.5C的C-倍率下的放电电压分布。因此，第一电化学电池在这些不同的C-倍率下具有82.5%（5.2mAh/6.3mAh）的容量可逆性，这被认为与DME中的4MLiFSI电解质的相对较低电导率和LMFP正电极的相对较低电导率的耦合有关。
参考图5D，提供了描绘根据本公开的各种方面的包括NMC 622正电极的第二电化学电池的充电和放电电压分布的曲线图。x轴230表示以mAh为单位的容量并且y轴232表示以V为单位的电压。第二电化学电池在2.5-4.3V的电压窗口中以各种C-倍率循环。第一曲线234图示了在0.1C的C-倍率下的充电电压分布。具有NMC 622正电极的第二电化学电池在0.1C时提供了约6.2mAh的容量。第二曲线236图示了在0.1C的C-倍率下的放电电压分布。第三曲线238图示了在0.5C的C-倍率下的充电电压分布。第二电化学电池在0.5C时提供了约5.6mAh容量的比容量。第四曲线240图示了在0.5C的C-倍率下的放电电压分布。因此，第二电化学电池在这些不同的电流倍率下具有92%的容量可逆性（5.6mAh/6.2mAh），这被认为与NMC 622的相对较高的电导率有关，即使NMC 622的相对较高的电导率与DME中的4M LiFSI电解质的相对较低的电导率耦合。
实施例4：LiPF6电解质
参考图6A，提供了根据本公开的各种方面的包含在FEC/DMC（1:4体积比）溶剂中的1.2M LiPF6的电解质的电导率随温度变化的曲线图。x轴260表示以℃为单位的温度并且y轴262表示以mS为单位的电导率。如在264处所示，电导率在20℃时为约4.2mS。
制备了两个电化学电池。每个电化学电池包括锂金属负电极。每个电化学电池包括30μL的电解质，该电解质包含在FEC/DMC（1:4体积比）溶剂中的1.2M LiPF6。第一电化学电池包括具有LMFP电活性材料和4.5mAh/cm2负载的正电极。第二或对比电化学电池包括具有NMC 622电活性材料和4.5mAh/cm2负载的正电极。
参考图6B，提供了描绘根据本公开的各种方面的第一电化学电池和第二电化学电池的容量的曲线图。x轴280表示循环并且y轴282表示以mAh为单位的容量。第一曲线284表示第一电化学电池的容量。第二曲线286表示第二电化学电池的容量。第一曲线284通常高于第二曲线286。第二电化学电池在约130次循环后经历了显著的容量衰减，如在288处所示。相比之下，如在290处所示，第一电化学电池在130次循环后基本保持其容量，表明在更高电导率的LiPF6基电解质中的良好的容量性能。
参考图6C，提供了描绘根据本公开的各种方面的包括LMFP正电极的第一电化学电池的充电和放电电压分布的曲线图。x轴310表示以mAh/g为单位的容量并且y轴312表示以V为单位的电压。第一电化学电池在2.5-4.3V的电压窗口中以各种C-倍率循环。第一曲线314图示了在0.1C的C-倍率下的充电电压分布。第一电化学电池在0.1C时提供了约155mAh/g的比容量。第二曲线316图示了在0.1C的C-倍率下的放电电压分布。第三曲线318图示了在0.2C的C-倍率下的充电电压分布。第一电化学电池在0.2C时提供约142mAh/g的比容量。第四曲线320图示了在0.2C的C-倍率下的放电电压分布。第五曲线322图示了在0.5C的C-倍率下的充电电压分布。第一电化学电池在0.5C时提供了约138mAh/g的比容量。第六曲线324图示了在0.5C的C-倍率下的放电电压分布。第七曲线326图示了在1C的C-倍率下的充电电压曲线。第一电化学电池在1C时提供了约135mAh/g的比容量。第八曲线328图示了在1C的C-倍率下的放电电压分布。
参考图6D，提供了描绘根据本公开的各种方面的包括NMC 622正电极的第一电化学电池的充电和放电电压分布的曲线图。x轴340表示以mAh/g为单位的容量并且y轴342代表以V为单位的电压。第二电化学电池在2.5-4.3V的电压窗口中以各种C-倍率循环。第一曲线344图示了在0.1C的C-倍率下的充电电压分布。第二电化学电池在0.1C时提供了约180mAh/g的比容量。第二曲线346图示了在0.1C的C-倍率下的放电电压分布。第三曲线348图示了在0.2C的C-倍率下的充电电压分布。第二电化学电池在0.2C时提供了约177mAh/g的容量。第四曲线350图示了在0.2C的C-倍率下的放电电压分布。第五曲线352图示了在0.5C的C-倍率下的充电电压分布。第二电化学电池在0.5C时提供了约168mAh/g的容量。第六曲线354图示了在0.5C的C-倍率下的放电电压分布。第七曲线356图示了在1C的C-倍率下的充电电压分布。第二电化学电池在1C时提供了约158mAh/g的比容量。第八曲线358图示了在1C的C-倍率下的放电电压曲线。
包括LMFP正电极和相对较高电导率的在FEC/DMC中的1.2M LiPF6电解质的第一电化学电池在0.5C和0.1C之间具有89%的容量可逆性（138mAh/g/155mAh/g）。因此，与实施例3的包括相对较低电导率的在DME中的4M LiFSI电解质的第一电化学电池相比，包括LMFP正电极和在FEC/DMC中的1.2M LiPF6电解质的第一电化学电池在容量可逆性方面表现更好。相比之下，与实施例3的包括相对较低电导率的在DME中的4M LiFSI电解质的第二电化学电池相比，包括在FEC/DMC中的LiPF6中的NMC 622正电极的第二电化学电池的容量可逆性在容量可逆性方面表现相似。
实施例5：收获锂金属形态
收获锂金属形态用于评价锂金属阳极在不同电解质中的稳定性。根据本公开的各种方面制备了四个LMFP/锂金属半电池。第一或对比半电池不含电解质。第二半电池包括在FEC/DMC（1:4体积比）溶剂中的1M LiFSI电解质。第三半电池包括在FEC/DMC（1:4体积比）溶剂中的1M LiPF6电解质。第四半电池包括在FEC/DMC（1:4体积比）溶剂中的LiClO4电解质。第一半电池不循环。第二半电池、第三半电池和第四半电池在0.1C下循环，用于在2.5-4.3V电压窗口内充电和放电循环三次。
参考图7A，提供了根据本公开的各种方面的第一半电池的原始锂金属负电极370的截面图。负电极370限定的厚度372为约20μm。
参考图7B，提供了根据本公开的各种方面的第二半电池的锂金属负电极380的截面图。负电极380限定的厚度382为约80μm。负电极380限定了多个孔384。
参考图7C，提供了根据本公开的各种方面的第三半电池的锂金属负电极390的截面图。负电极390限定的厚度392为50μm。负电极390限定了多个孔394。在循环后，与图7A的原始电极370和图7B的对应于LiFSI电解质的电极380二者相比，具有LiPF6电解质的电极390通常更薄且孔更少。
参考图7D，提供了根据本公开的各种方面的第四半电池的锂金属负电极400的截面图。负电极400限定的厚度402为30μm。在循环后，与图7A的原始电极370、图7B的对应于LiFSI电解质的电极380以及图7C的对应于LiPF6电解质的电极390相比，具有LiClO4电解质的电极400通常更薄且孔更少。
循环后的锂金属负电极的更高的厚度和孔隙率通常表明循环期间更大的锂消耗。因此，与其中锂金属负电极具有更小的厚度和/或孔隙率增加的体系相比，其中循环后的负电极具有大的厚度和/或孔隙率增加的体系可能具有更低的锂金属稳定性。因此，与仅包含LiPF6盐或仅包含LiFSI盐的电解质相比，包含LiClO4电解质盐的电解质对锂金属电极可具有更大的稳定性。
实施例6：首次循环库仑效率
首次循环库仑效率用于评价锂金属负电极稳定性。较高的首次循环库仑效率通常表明形成SEI层消耗的锂较少。
图8描绘了根据本公开的各种方面的LMFP/锂金属半电池中的三元盐电解质体系的首次循环库仑效率。三元盐电解质体系包含在FEC/DMC（1:4体积比）溶剂中的作为盐的LiFSI、LiPF6和LiClO4。第一轴420表示LiFSI的摩尔百分比。第二轴422表示LiPF6的摩尔百分比。第三轴424表示LiClO4的摩尔百分比。
第一区域426和第二区域428对应于大于或等于91.9％至小于或等于约92％的最高库仑效率范围。与第一区域426相比，第二区域428通常包含较低量的LiClO4、较高量的LiPF6和较高量的LiFSI。在某些方面，三元盐电解质的组成可以被选择为在对应于较低量的LiClO4的第一区域426中。
实施例7：电导率
参考图9A，提供了描绘根据本公开的各种方面的三种电解质的电导率随温度变化的曲线图。x轴440表示以℃为单位的温度并且y轴442表示以S/m为单位的电导率。第一数据集444描绘了包含在体积比为1:4的FEC/DMC中的1M LiFSI的第一电解质的电导率。第二数据集446描绘了包含在体积比为1:4的FEC/DMC中的1M LiPF6的第二电解质的电导率。第三数据集448描绘了包含在体积比为1:4的FEC/DMC中的1M LiClO4的第三电解质的电导率。
参考图9B，提供了根据本公开的各种方面的三元盐电解质体系的电导率。第一轴460表示LiFSI的摩尔百分比。第二轴462表示LiPF6的摩尔百分比。第三轴464表示LiClO4的摩尔百分比。第一区域466对应于大于或等于7.06S/m的电导率。第二区域468对应于大于或等于6.6S/m至小于7.06S/m的电导率。第三区域470对应于大于或等于6.26S/m至小于6.6S/m的电导率。第四区域472对应于大于或等于5.86S/m至小于6.26S/m的电导率。
下面在表2中示出了三元盐电解质中盐的不同摩尔比率的示例性电导率。一般而言，三元盐体系的高电导率可以通过LiPF6和LiFSI的较高摩尔比率以及LiClO4的较低比率来实现。
LiPF<sub>6</sub> LiFSI LiClO<sub>4</sub> 电导率（10<sup>-3</sup>S/cm）
10 0 0 7.06
5 5 0 6.26
3 7 0 6.08
5 3 2 6.25
4 3 3 5.55
3 3 4 4.77
表2。
实施例8：电化学性能
制备了根据本公开的各种方面的包括三元盐电解质的电化学电池。溶剂包含FEC:DMC体积比为1:4的FEC和DMC。三元盐电解质包含溶剂中的0.5M LiFSI、0.3M LiPF6和0.2MLiClO4。正电极包含95重量％的LMFP作为电活性材料、2.5重量％的PVDF作为粘合剂和2.5重量％的无定形碳（C45）作为导电添加剂。正电极具有4.5mAh/cm2负载。负电极包含在8μm厚的铜集流体上的30μm厚的锂金属。电化学电池包括30μL的三元盐电解质。
参考图10，提供了描绘根据本公开的各种方面的电化学电池的面积容量的曲线图。x轴510表示循环并且y轴512表示以mAh/cm2为单位的面积容量。电化学电池在至少约200次循环后基本保持容量，如在514处所示。
已经出于说明和描述的目的提供了实施方案的前述描述。其并不意在穷举或限制本公开。特定实施方案的各个元件或特征通常不限于该特定实施方案，而是在适用的情况下是可互换的并且可以用在所选实施方案中，即使未具体示出或描述。其也可以以多种方式变化。此类变化不应视为对本公开内容的背离，并且所有此类修改均意在包括在本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种电化学电池，其包括：
包含正电活性材料的正电极，所述正电活性材料包含含磷橄榄石化合物；
包含锂金属的负电极；
所述正电极和所述负电极之间的隔离件，所述隔离件具有电绝缘性和离子传导性；以及
电解质，所述电解质包含，
三元盐，其包含LiPF6、LiFSI和LiClO4，以及溶剂。
2.根据权利要求1所述的电化学电池，其中：
所述三元盐在所述溶剂中的总摩尔浓度大于或等于约0.5M至小于或等于约2M，
所述LiClO4在所述溶剂中的第一摩尔浓度大于或等于约0.1M至小于或等于约0.2M，
所述LiPF6在所述溶剂中的第二摩尔浓度大于或等于约0.1M至小于或等于约1.4M，以及
所述LiFSI的第三摩尔浓度大于或等于约0.1M至小于或等于约1.4M。
3.根据前述权利要求中任一项所述的电化学电池，其中所述溶剂包含氟化环状碳酸酯。
4.根据权利要求3所述的电化学电池，其中所述氟化环状碳酸酯选自：氟代碳酸亚乙酯（FEC）、双氟代碳酸亚乙酯（DFEC）、三氟代碳酸亚丙酯（TFPC）或其任何组合。
5.根据权利要求3所述的电化学电池，其中所述溶剂进一步包含直链碳酸酯。
6.根据权利要求5所述的电化学电池，其中所述直链碳酸酯选自：碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）或其任何组合。
7.根据权利要求5所述的电化学电池，其中所述氟化环状碳酸酯包括氟代碳酸亚乙酯（FEC）并且所述直链碳酸酯包括碳酸二甲酯（DMC）。
8.根据权利要求5所述的电化学电池，其中所述溶剂包含体积比为大于或等于约1:9至小于或等于约9:1的所述氟化环状碳酸酯和所述直链碳酸酯。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电化学电池，其中所述含磷橄榄石化合物具有Li-M1-M2-PO4的形式，其中M1为第一过渡金属且M2为第二过渡金属。
10.根据权利要求9所述的电化学电池，其中所述含磷橄榄石化合物包括LMFP。
CN202111540179.6A 2021-01-26 2021-12-16 用于含磷橄榄石正电极的三元盐电解质 Pending CN114792838A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/158,742 US11637321B2 (en) 2021-01-26 2021-01-26 Ternary salts electrolyte for a phospho-olivine positive electrode
US17/158742 2021-01-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114792838A true CN114792838A (zh) 2022-07-26

Family

ID=82320528

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111540179.6A Pending CN114792838A (zh) 2021-01-26 2021-12-16 用于含磷橄榄石正电极的三元盐电解质

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11637321B2 (zh)
CN (1) CN114792838A (zh)
DE (1) DE102021131181A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11637321B2 (en) 2021-01-26 2023-04-25 GM Global Technology Operations LLC Ternary salts electrolyte for a phospho-olivine positive electrode

Family Cites Families (44)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11081721B2 (en) * 2009-11-24 2021-08-03 Duracell U.S. Operations, Inc. Secondary electrochemical cells with separator and electrolyte combination
US9362552B2 (en) 2012-06-01 2016-06-07 GM Global Technology Operations LLC Lithium ion battery electrode materials and methods of making the same
US9123939B2 (en) 2013-03-14 2015-09-01 GM Global Technology Operations LLC Anodes including mesoporous hollow silicon particles and a method for synthesizing mesoporous hollow silicon particles
US9160036B2 (en) 2013-03-15 2015-10-13 GM Global Technology Operations LLC Electrolyte additives for lithium sulfur rechargeable batteries
US8974946B2 (en) 2013-03-15 2015-03-10 Gm Global Technology Operations Coating for separator or cathode of lithium—sulfur or silicon—sulfur battery
US9537144B2 (en) 2013-03-15 2017-01-03 GM Global Technology Operations LLC Single lithium ion conductor as binder in lithium-sulfur or silicon-sulfur battery
US20160111721A1 (en) 2013-05-07 2016-04-21 The Regents Of The University Of California Voltage-responsive coating for lithium-sulfur battery
US20150056493A1 (en) 2013-08-21 2015-02-26 GM Global Technology Operations LLC Coated porous separators and coated electrodes for lithium batteries
US20150056507A1 (en) 2013-08-21 2015-02-26 GM Global Technology Operations LLC Lithium-based battery electrodes
US9742028B2 (en) 2013-08-21 2017-08-22 GM Global Technology Operations LLC Flexible membranes and coated electrodes for lithium based batteries
US9373829B2 (en) 2013-10-11 2016-06-21 GM Global Technology Operations LLC Porous interlayer for a lithium-sulfur battery
US9252411B2 (en) 2013-11-22 2016-02-02 GM Global Technology Operations LLC Multifunction battery separator
US9437871B2 (en) 2014-02-05 2016-09-06 GM Global Technology Operations LLC Sulfur based active material for a positive electrode
US10128481B2 (en) 2014-02-18 2018-11-13 GM Global Technology Operations LLC Lithium-based battery separator and method for making the same
WO2015126649A1 (en) 2014-02-18 2015-08-27 GM Global Technology Operations LLC Electrolytes and methods for using the same
US9302914B2 (en) 2014-02-28 2016-04-05 GM Global Technology Operations LLC Methods for making hollow carbon materials and active materials for electrodes
US10084204B2 (en) 2014-07-21 2018-09-25 GM Global Technology Operations LLC Electrolyte solution and sulfur-based or selenium-based batteries including the electrolyte solution
US9979008B2 (en) 2014-11-14 2018-05-22 GM Global Technology Operations LLC Methods for making a solid electrolyte interface layer on a surface of an electrode
US20160172706A1 (en) 2014-12-10 2016-06-16 GM Global Technology Operations LLC Electrolyte and electrode structure
US20160172710A1 (en) 2014-12-10 2016-06-16 The Regents Of The University Of California Electrolyte and negative electrode structure
US10312501B2 (en) 2014-12-10 2019-06-04 GM Global Technology Operations LLC Electrolyte and negative electrode structure
US10199643B2 (en) 2014-12-16 2019-02-05 GM Global Technology Operations LLC Negative electrode for lithium-based batteries
US9929435B2 (en) 2015-02-27 2018-03-27 GM Global Technology Operations LLC Electrolyte structure for metal batteries
US9905847B2 (en) 2015-11-18 2018-02-27 GM Global Technology Operations LLC Forming electrode active materials
US9985284B2 (en) 2015-11-18 2018-05-29 GM Global Technology Operations LLC Forming sulfur-based positive electrode active materials
US10629941B2 (en) 2016-01-22 2020-04-21 GM Global Technology Operations LLC Making a pouch format cell and attaching a tab to an electrode
US9923189B2 (en) 2016-02-02 2018-03-20 GM Global Technology Operations LLC Electrophoretic deposition of an electrode for a lithium-based battery
US20170271678A1 (en) 2016-03-15 2017-09-21 GM Global Technology Operations LLC Primer Surface Coating For High-Performance Silicon-Based Electrodes
US10367201B2 (en) 2016-03-30 2019-07-30 GM Global Technology Operations LLC Negative electrode including a polymeric single-ion conductor coating
US9896763B2 (en) 2016-05-13 2018-02-20 GM Global Technology Operations LLC Particle reactor for atomic layer deposition (ALD) and chemical vapor deposition (CVD) processes
US10396360B2 (en) 2016-05-20 2019-08-27 Gm Global Technology Operations Llc. Polymerization process for forming polymeric ultrathin conformal coatings on electrode materials
US10326166B2 (en) 2016-08-15 2019-06-18 GM Global Technology Operations LLC Gel electrolytes and precursors thereof
US10381170B2 (en) 2017-03-29 2019-08-13 GM Global Technology Operations LLC Microporous and hierarchical porous carbon
US10680281B2 (en) 2017-04-06 2020-06-09 GM Global Technology Operations LLC Sulfide and oxy-sulfide glass and glass-ceramic films for batteries incorporating metallic anodes
US10431849B2 (en) 2017-04-21 2019-10-01 GM Global Technology Operations LLC High energy density alkali metal batteries incorporating solid electrolytes
US10629949B2 (en) 2017-04-24 2020-04-21 GM Global Technology Operations LLC Passivation of sulfide, oxide, and oxysulfide glass electrolyte films for lithium metal batteries
US10734673B2 (en) 2017-06-23 2020-08-04 GM Global Technology Operations LLC Ionically-conductive reinforced glass ceramic separators/solid electrolytes
US20190372155A1 (en) 2018-05-30 2019-12-05 GM Global Technology Operations LLC Methods of manufacturing high-active-material-loading composite electrodes and all-solid-state batteries including composite electrodes
US11239459B2 (en) 2018-10-18 2022-02-01 GM Global Technology Operations LLC Low-expansion composite electrodes for all-solid-state batteries
US20200395630A1 (en) 2019-06-12 2020-12-17 GM Global Technology Operations LLC Protective sacrificial coating to enhance stability of battery materials
US11094996B2 (en) 2019-09-18 2021-08-17 GM Global Technology Operations LLC Additive to ceramic ion conducting material to mitigate the resistive effect of surface carbonates and hydroxides
US11404698B2 (en) 2019-10-30 2022-08-02 GM Global Technology Operations LLC Liquid metal interfacial layers for solid electrolytes and methods thereof
EP4229706A1 (en) * 2020-10-14 2023-08-23 Sion Power Corporation Electrolytes for reduced gassing
US11637321B2 (en) 2021-01-26 2023-04-25 GM Global Technology Operations LLC Ternary salts electrolyte for a phospho-olivine positive electrode

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11637321B2 (en) 2021-01-26 2023-04-25 GM Global Technology Operations LLC Ternary salts electrolyte for a phospho-olivine positive electrode

Also Published As

Publication number Publication date
US11637321B2 (en) 2023-04-25
DE102021131181A1 (de) 2022-07-28
US20220246987A1 (en) 2022-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109411827B (zh) 改善或支持具有含锂阳极的电化学电池单元的阳极稳定性的醚基电解质体系
CN108899583B (zh) 用于含硅电极的电解质体系
CN109411823B (zh) 改善或支持具有含锂阳极的电化学电池单元的效率的碳酸盐基电解质体系
US20190319242A1 (en) Separator for lithium metal based batteries
CN111384399B (zh) 用于锂金属电极的保护性涂层
US20210066687A1 (en) Electrochemical cells having high-aspect-ratio electrodes
US10903491B2 (en) Rechargeable lithium-ion battery chemistry with fast charge capability and high energy density
CN110556521B (zh) 硅阳极材料
US11165052B2 (en) Lithium alloy-based electrodes for electrochemical cells and methods for making the same
US20220173377A1 (en) Thick electrodes for electrochemical cells
CN115241456A (zh) 具有用于控制固体电解质界面层的形成的表面结构的集流体
CN114388774A (zh) 过锂化的阴极材料
US11637321B2 (en) Ternary salts electrolyte for a phospho-olivine positive electrode
US11996553B2 (en) Method of coating electroactive materials with conductive polymers
US11600814B2 (en) Nickel-containing positive electrode slurries having reduced or eliminated gelation and high-energy-density positive electrodes for electrochemical cells
CN114597348A (zh) 通过轧制制得电极的制造方法
US20230369568A1 (en) Lithium-containing particle coatings for positive electroactive materials
US20230231135A1 (en) Protective coatings for lithium metal electrodes and methods of forming the same
US20240047654A1 (en) Lithium-rich, manganese-rich layered electroactive materials and methods of forming the same
US20230387398A1 (en) Carbon additives for silicon-containing electrodes
US20240055593A1 (en) Hybrid battery having improved thermal stability and power performance
US20230343951A1 (en) Cobalt-free, high-power electrochemical cell
US20220367848A1 (en) Double-sided electrodes and electrochemical cells including the same
CN116266621A (zh) 具有改进的热稳定性的高镍含量的正电极
CN116960279A (zh) 用于锂金属电极的保护层及其形成方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination