CN114930596A - 用于锂离子电池的电解质组合物 - Google Patents

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Abstract

提供用于在锂离子电池中使用电解质组合物的系统和方法。在一个实例中，电解质组合物可包括碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、1,3‑丙烷磺内酯、亚硫酸乙烯酯以及包括不少于80摩尔％的双(氟磺酰)亚胺锂盐的导电盐。以这种方式，所述锂离子电池的容量保持率诸如在100％荷电状态下在高温存储期间可维持。

Description

用于锂离子电池的电解质组合物
相关申请的交叉引用
本申请要求标题为“用于锂离子电池的电解质组合物”并且在2020年1月10日提交的美国临时申请62/959,774号的优先权。上述申请的全部内容以引用方式并入以用于所有目的。
技术领域
本公开大体上涉及用于锂离子电池的电解质组合物。
背景技术和发明内容
锂离子电池或锂二次电池已经变得更普遍地用作电动车辆和混合电动车辆的电源。在锂离子电池中，锂离子通过电解介质(通常是液体电解质)在负极与正极之间来回移动。在此类电解质中，通常包括一种或多种导电盐，例如六氟磷酸锂(LiPF6)。然而，由于LiPF6在湿气存在时在高温下的不稳定性，单独使用LiPF6可能会出现问题，其中可能产生氟化氢(HF)并且使锂离子电池的容量衰减。
发明人已经发现以上问题并且已经确定用于至少部分地解决所述问题的解决方法。在一个实例中，提供包括例如作为主要导电盐的双(氟磺酰)亚胺锂盐(LiFSI，LiN(FSO2)2)和至少四种添加剂的非水电解液。在一些实例中，非水电解液还可包括LiPF6以作为次要导电盐。相对于使用LiPF6作为主要导电盐，非水电解液可能能够减小锂离子电池在高温存储期间的容量衰减和阻抗增长。
在一个实例中，一种电解质组合物可包括碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、1,3-丙烷磺内酯(PS)、亚硫酸乙烯酯(ES)以及包括不少于80摩尔％的LiFSI的导电盐。以这种方式，包括所述电解质组合物的锂离子电池可以在高温存储应用期间保持高容量。
应理解，提供以上概述以用简化形式来介绍对在具体实施方式中进一步描述的概念的选择。识别所要求的主题的关键或基本特征并非有意的，所述主题的范围仅由跟随具体实施方式的权利要求书限定。此外，所要求的主题不限于解决在上文或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实现方式。
附图说明
图1A示出包括示例性电解质组合物的锂离子电池。
图1B示出按重量描绘例示性电解质组合物的曲线图。
图2A示出描绘例示性锂离子电池在100％荷电状态下在高温存储期间的相对容量的曲线图。
图2B示出描绘例示性锂离子电池在100％荷电状态下在高温存储期间的相对阻抗的曲线图。
图3示出用于形成用于锂离子电池中的示例性电解质组合物的方法的流程图。
具体实施方式
以下描述涉及用于在锂离子电池中使用电解质组合物的系统和方法，所述电解质组合物包括作为主要导电盐的双(氟磺酰)亚胺锂盐(LiFSI，LiN(FSO2)2)和至少四种另外的添加剂组分。包括电解质组合物的一种示例性锂离子电池在图1A中描绘，并且各种示例性电解质组合物的相对组分重量在图1B中用图形描绘。描绘示例性锂离子电池的相对电容和相对阻抗的曲线图分别在图2A和图2B中描绘，指示出在碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、1,3-丙烷磺内酯(PS)以及亚硫酸乙烯酯(ES)存在下使用LiFSI作为主要导电盐可以在100％荷电状态(SOC)下在高温(例如，60℃)存储条件下更好地保持容量和阻抗。用于形成随后用于锂离子电池中的电解质组合物的方法在图3中提供。
现在参考图1A，描绘了包括封闭浸没在电解质110中的负极104和正极106的壳体102的锂离子电池100。此外，分隔体108(例如，多孔的膜分隔体)可以在壳体102内置于负极104与正极106之间，使得可避免负极104与正极106之间的物理接触。在锂离子电池100的充电期间，锂离子可从负极104流到正极106。电解质110可以填充锂离子电池100的壳体102内的任何空容积，使得电解质110可以促进负极104与正极106之间，即跨分隔体108，的锂离子传输。
壳体102可以是气密的囊或罐头。在一些实例中，气密的囊可以由囊材料组成，所述囊材料可以形成为矩形横截面形状，其中囊的侧面可被热封。在额外或替代的实例中，壳体102的侧面中的一个或多个可以折叠或卷起。如至少本领域普通技术人员已知的，其他材料可以用于壳体102。
负极104可包括负极活性材料，例如锂插入化合物(例如，锂添加化合物或锂接受化合物)。在一些实例中，负极活性材料可以是锂铁磷酸盐、锂金属磷酸盐、锂双金属磷酸盐、锂多金属磷酸盐或包括锂和磷酸盐的另一种材料。将了解，其他负极活性材料可以预期在本公开的范围内。
负极104还可包括导电添加剂和黏合剂。在一些实例中，导电添加剂可以是碳质的。举例来说，导电添加剂可以是碳(例如，碳黑)并且导电添加剂的来源可包括聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、糖、另一个来源或来源的组合。在一些实例中，黏合剂可以是聚合黏合剂(例如，聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮等)。在一些实例中，导电添加剂和/或黏合剂可以是单一的材料或多种材料。导电添加剂和黏合剂在组成上没有特别限制并且可以是本领域普通技术人员已知的。负极活性材料、导电添加剂和黏合剂中的每一种可包括在负极浆液中，所述负极浆液可以铸造、干燥并且压延在负极电流收集器(例如，基于铝的导电基板)上。
正极106可包括正极活性材料，例如锂金属、蓝宝石、石墨烯、矽、氧化矽、锡、锂锡氧化物或另一种氧化锡中的一种或多种。将了解，其他正极活性材料可以预期在本公开的范围内。正极活性材料可包括在正极浆液中，所述正极浆液可以铸造、干燥并且压延在正极电流收集器(例如，基于铜的导电基板)上。正极106还可包括导电添加剂和黏合剂。作为一实例，导电添加剂可以是碳黑，而黏合剂可以是聚偏二氟乙烯。在一些实例中，导电添加剂和/或黏合剂可以是单一的材料或多种材料，所述材料类似于在上文关于负极活性材料提及的材料。导电添加剂和黏合剂在组成上没有特别限制并且可以是本领域普通技术人员已知的。
分隔体108可以具有高孔隙率、在电解质110中的极好稳定性和极好的吸收性质。分隔体108的示例性材料可以选自由聚烯烃(诸如聚乙烯和/或聚丙烯)制成的无纺布或多孔膜，或陶瓷涂布的聚合物材料。如至少本领域普通技术人员已知的，其他材料可以用于分隔体108。
电解质110可以由包括导电盐和至少四种添加剂的电解质组合物形成。如图1A中示例的，本文中提供的每种电解质组合物可以至少包括LiFSI(例如，作为导电盐)、VC、FEC、PS以及ES(例如，作为至少四种添加剂)。此类特定的电解质组合物可将相应的特定技术益处赋予锂离子电池100。举例来说，发明人在本文中认识到，包括与分散在锂离子电池(例如，100)中的特定量的VC、FEC、PS以及ES添加剂组合的LiFSI的电解质(例如，110)可以在高温(例如，60℃)存储期间在高SOC(例如，100％)下使容量衰减变慢，而不腐蚀负极电流收集器。换句话说，与例如依赖于六氟磷酸锂(LiPF6)作为主要导电盐的其他方法相比，将LiFSI作为主要导电盐和上文提及的特定量的添加剂一起使用，在耐湿性和提高电池性能方面表现出意想不到的优势。
在额外或替代的实例中，电解质组合物还可包括LiPF6以作为次要导电盐。在另外或替代实例中，至少四种添加剂还可包括1,3,2-二恶唑噻吩2,2-二氧化物(DTD)。LiPF6和/或DTD可以按特定比率与LiFSI、VC、FEC、PS以及ES组合以平衡锂离子电池100中的各种电池性能益处。
导电盐可包括主要导电盐及次要导电盐中的一种或两种。在一些实例中，主要(大部分)导电盐可以是LiFSI，而次要(例如，少数)导电盐可以是LiPF6。
然而，在其他实例中，电解质组合物可以不包括或实质上不包括次要导电盐。在此类实例中，LiFSI可能是包括在电解质组合物中的唯一导电盐。
使用LiFSI作为主要导电盐可以提高锂离子电池100的容量保持率，因为LiFSI在与湿气的副反应中可不产生氟化氢(HF)，氟化氢可能对电池性能有害。以这种方式，与以LiPF6作为主要导电盐的电解质相比，电解质110可以具有更高耐湿性并且可以更好地维持电池性能，这是因为过量的LiPF6可产生对电池性能有害的氟化氢。LiFSI和LiPF6可以按经过选择以保持大部分归于LiFSI的电池性能益处的比率包括在电解质110中。举例而言，主要导电盐(例如，LiFSI)可以占电解质组合物中的所有导电盐(例如，主要和次要导电盐)的80摩尔％或更多，使得充足的LiFSI可存在以为锂离子电池100提供容量保持率益处。因而，次要导电盐(例如，LiPF6)可以占电解质组合物中的所有导电盐的20摩尔％或更少。
在一些实例中，主要导电盐可以大于电解质组合物中的所有导电盐的80摩尔％。在其他实例中，主要导电盐可以大于电解质组合物中的所有导电盐的85摩尔％。在其他实例中，主要导电盐可以大于电解质组合物中的所有导电盐的90摩尔％。在其他实例中，主要导电盐可以大于电解质组合物中的所有导电盐的95摩尔％。在其他实例中，主要导电盐可以占电解质组合物中的所有导电盐的100摩尔％(例如，次要导电盐可能不存在)。在一个实例中，主要导电盐可以占电解质组合物中的所有导电盐的约80摩尔％(如本文所用，“约”可以指代具有最多5％的公差或偏差的数值)。在另一个实例中，主要导电盐可以占电解质组合物中的所有导电盐的基本上恰好80摩尔％。
在一些实例中，次要导电盐可以少于电解质组合物中的所有导电盐的20摩尔％。在其他实例中，次要导电盐可以少于电解质组合物中的所有导电盐的15摩尔％。在其他实例中，次要导电盐可以少于电解质组合物中的所有导电盐的10摩尔％。在其他实例中，次要导电盐可以少于电解质组合物中的所有导电盐的5摩尔％。在一个实例中，次要导电盐可以占电解质组合物中的所有导电盐的约20％摩尔。在另一个实例中，次要导电盐可以占电解质组合物中的所有导电盐的基本上恰好20摩尔％。
至少四种添加剂可包括第一添加剂，例如，VC。在一些实例中，第一添加剂可以0.1重量％至10重量％存在于电解质组合物中。在其他实例中，第一添加剂可以0.2重量％至5重量％存在于电解质组合物中。在其他实例中，第一添加剂可以0.5重量％至2重量％存在于电解质组合物中。在一个实例中，第一添加剂可以是VC并且以0.5重量％至1.5重量％存在于电解质组合物中。
至少四种添加剂还可包括第二添加剂，例如，FEC。在一些实例中，第二添加剂可以0.1重量％至10重量％存在于电解质组合物中。在其他实例中，第二添加剂可以0.2重量％至5重量％存在于电解质组合物中。在其他实例中，第二添加剂可以0.5重量％至2重量％存在于电解质组合物中。在一个实例中，第二添加剂可以是FEC并且以0.5重量％至1.5重量％存在于电解质组合物中。
至少四种添加剂还可包括第三添加剂，例如，PS。在一些实例中，第三添加剂可以0.1重量％至10重量％存在于电解质组合物中。在其他实例中，第三添加剂可以0.2重量％至5重量％存在于电解质组合物中。在其他实例中，第三添加剂可以0.5重量％至2重量％存在于电解质组合物中。在一个实例中，第三添加剂可以是PS并且以0.5重量％至1.5重量％存在于电解质组合物中。
至少四种添加剂还可包括第四添加剂，例如，ES。在一些实例中，第四添加剂可以0.1重量％至10重量％存在于电解质组合物中。在其他实例中，第四添加剂可以0.2重量％至5重量％存在于电解质组合物中。在其他实例中，第四添加剂可以0.5重量％至2重量％存在于电解质组合物中。在一个实例中，第四添加剂可以是ES并且以0.5重量％至1.5重量％存在于电解质组合物中。
在一些实例中，至少四种添加剂可包括除VC、FEC、PC以及ES以外的一种或多种另外添加剂。举例来说，至少四种添加剂还可包括第五添加剂，例如，DTD。在一些实例中，第五添加剂可以0.1重量％至10重量％存在于电解质组合物中。在其他实例中，第五添加剂可以0.2重量％至5重量％存在于电解质组合物中。在其他实例中，第五添加剂可以0.2重量％至2重量％存在于电解质组合物中。在一些实例中，第五添加剂可以是DTD并且以0.5重量％至1.5重量％存在于电解质组合物中。
电解质110可以是非水的，这是因为导电盐和添加剂中的每一种可以溶解于非水溶剂中。明确地说，非水溶剂可包括一种或多种环状碳酸酯溶剂和一种或多种线性碳酸酯溶剂。一种或多种环状碳酸酯溶剂可包括碳酸二乙酯(EC)和碳酸丙烯酯(PC)。一种或多种线性碳酸酯溶剂可包括碳酸二乙酯(DEC)、碳酸乙基甲酯(EMC)和碳酸二甲酯(DMC)。在一些实例中，非水溶剂还可包括一种或多种丙酸酯衍生物溶剂，例如丙酸乙酯(EP)和/或丙酸甲酯(MP)。一种或多种丙酸酯衍生物溶剂可以提高电解质110的总润湿性并且降低电解质110的黏度，使得电解质110可以适合低温电力应用。如至少本领域普通技术人员已知的，其他溶剂可包括在电解质110中。
现在参考图1B，曲线图120和140描绘用于锂离子电池(例如，100)中的示例性电解质组合物。每种电解质组合物可包括作为第一导电盐150的LiFSI、作为第一添加剂151的VC、作为第二添加剂152的FEC、作为第三添加剂153的PS、作为第四添加剂154的ES以及非水溶剂160；任选地，作为第五添加剂156的DTD和/或作为第二导电盐158的LiPF6还可包括在示例性电解质组合物中。曲线图120和140还按重量指示各种组分的相对量，指示出所述导电盐可以基本上大于添加剂的量包括在示例性电解质组合物中，并且第一、第二、第三、第四以及第五添加剂(例如，151、152、153、154以及156)可以基本上相等的量包括。
举例来说，如曲线图120所示，第一电解质组合物可包括10重量％到15重量％的第一导电盐150(例如，LiFSI)、1重量％到5重量％的第二导电盐158(例如，LiPF6)、0.5重量％到1.5重量％的第一添加剂151(例如，VC)、0.5重量％到1.5重量％的第二添加剂152(例如，FEC)、0.5重量％到1.5重量％的第三添加剂153(例如，PS)、0.5重量％到1.5重量％的第四添加剂154(例如，ES)以及非水溶剂160，明确地说，所述非水溶剂包括30重量％到50重量％的EMC、20重量％到30重量％的EC、0重量％到10重量％的PC以及0重量％到10重量％的DEC。
示例性电解质组合物还可包括第五添加剂156。举例来说，如曲线图140所示，第二电解质组合物可包括12重量％到16重量％的第一导电盐150(例如，LiFSI)、0.5重量％到1.5重量％的第一添加剂151(例如，VC)、0.5重量％到1.5重量％的第二添加剂152(例如，FEC)、0.5重量％到1.5重量％的第三添加剂153(例如，PS)、0.5重量％到1.5重量％的第四添加剂154(例如，ES)、0.5重量％到1.5重量％的第五添加剂156(例如，DTD)以及非水溶剂160，明确地说，所述非水溶剂包括30重量％到50重量％的EMC、20重量％到30重量％的EC、5重量％到20重量％的DMC、5重量％到20重量％的EP、0重量％到10重量％的PC以及0重量％到10重量％的DEC。
本文中提供的电解质组合物可以借助于包括在其中的特定量的每种组分和组分之间的特定比率而将独特的电化学益处赋予锂离子电池(例如，100)。举例来说，在电解质组合物中包括少量(例如，0.5重量％到1.5重量％)、基本上相等量的每种VC、FEC、PS以及ES(例如，添加剂151、152、153以及154)可以提供在下文分别参考图2A和图2B详细讨论的容量保持率和阻抗益处。此等电解质组合物在本领域中无法预见，这是因为仅特定组分的特定量的复杂组合才能产生所宣称的技术优点。
制备用于在锂离子电池(例如，100)中使用的给定电解质组合物将在下文参考图3更详细地讨论。简要地，电解质组合物可以在一个或多个混合步骤中制备，所述混合步骤包括将LiFSI、VC、FEC、PS以及ES(每一种呈颗粒形式)和任选的LiPF6和/或DTD(每一种呈颗粒形式)中的每一种混合在非水溶剂中，直到导电盐和添加剂中的每一种基本上溶解为止。因而，在一些实例中，在制备电解质组合物时可以不使用过滤、(例如，用于粒子大小控制的)筛选或纯化步骤。接着可以用电解质组合物来填充锂离子电池的空容积。
现在参考图2A，曲线图200描绘示例性锂离子电池在基本上100％SOC下在高温(约60℃)存储中的相对容量。明确地说，虚曲线202示出包括以LiPF6作为主要(例如，大部分)导电盐的电解质的第一锂离子电池的相对容量，而实曲线204示出包括具有如在上文参考图1B描述的第一电解质组合物(例如，以LiFSI作为主要导电盐，以LiPF6作为次要导电盐，并且以VC、FEC、PS以及ES作为添加剂)的电解质的第二锂离子电池的相对容量。
现在参考图2B，曲线图206描绘示例性锂离子电池在基本上100％SOC下在高温(约60℃)存储中的相对阻抗。明确地说，虚曲线208示出包括以LiPF6作为主要(例如，大部分)导电盐的电解质的第一锂离子电池的相对阻抗，而实曲线210示出包括具有如在上文参考图1B描述的第一电解质组合物(例如，以LiFSI作为主要导电盐，以LiPF6作为次要导电盐，并且以VC、FEC、PS以及ES作为添加剂)的电解质的第二锂离子电池的相对阻抗。
如通过比较图2A的曲线图200中的实曲线204与虚曲线202所示，在大于100天的持续时间中，第二锂离子电池(例如，包括LiFSI和LiPF6作为导电盐)的相对容量比第一锂离子电池(例如，仅包括LiPF6作为导电盐)的相对容量衰减慢。如通过比较图2B的曲线图206中的实曲线210与虚曲线208进一步所示，在大于100天的持续时间中，第二锂离子电池(例如，包括LiFSI和LiPF6作为导电盐)的相对阻抗比第一锂离子电池(例如，仅包括LiPF6作为导电盐)的相对阻抗增长慢。此现象指示包括与VC、FEC、PS以及ES组合的LiFSI可以减轻归于LiPF6的PF6 -负离子的水解(诸如在包括LiPF6以作为主要导电盐时出现，如在第一锂离子电池中)的有害影响。在一些实例中，有害影响可包括对锂离子电池中的负极电流收集器的腐蚀，这由在高温存储期间来自PF6 -负离子的水解的HF产生引起。以这种方式，与依赖于结合次最佳添加剂比率使用LiPF6作为主要导电盐的类似电池相比，提高的锂离子电池容量保持率可以经由使用本文中所提供的特定电解质组合物来赋予。
现在参考图3，描绘了用于形成用于在锂离子电池中使用的电解质组合物的方法300的流程图。明确地说，电解质组合物可以通过将至少一种主要导电盐和四种添加剂溶解在非水溶剂中来形成，由此电解质组合物可以接着填充锂离子电池的空容积。将了解，方法300可以关于在上文参考图1A和图1B描述的组分进行描述。举例而言，锂离子电池可以是锂离子电池100，而电解质组合物可以表征电解质110。
在302，方法300可包括形成电解质组合物。明确地说，在304，可将第一导电盐混合在非水溶剂中，直到第一导电盐基本上溶解于非水溶剂为止。第一导电盐可以是主要导电盐。即，第一导电盐可以是包括在电解质组合物中的所有导电盐的大部分组分(按摩尔浓度计)。在一些实例中，第一导电盐可以是LiFSI。
在306，可以任选地将第二导电盐混合在非水溶剂中，直到第二导电盐基本上溶解于非水溶剂为止。第二导电盐可以是次要导电盐。即，第二导电盐可以是包括在电解质组合物中的所有导电盐的少数组分(按摩尔浓度计)。举例而言，第一导电盐与第二导电盐的摩尔比可以不低于4:1(但是可以高于4:1)。在一些实例中，第二导电盐可以是LiPF6。
在308，可将第一添加剂混合在非水溶剂中，直到第一添加剂基本上溶解于非水溶剂为止。在一些实例中，第一添加剂可以足以形成最后形成的电解质组合物的0.5重量％到1.5重量％的量添加。
在310，可将第二添加剂混合在非水溶剂中，直到第二添加剂基本上溶解于非水溶剂为止。在一些实例中，第二添加剂可以足以形成最后形成的电解质组合物的0.5重量％到1.5重量％的量添加。
在312，可将第三添加剂混合在非水溶剂中，直到第三添加剂基本上溶解于非水溶剂为止。在一些实例中，第三添加剂可以足以形成最后形成的电解质组合物的0.5重量％到1.5重量％的量添加。
在314，可将第四添加剂混合在非水溶剂中，直到第四添加剂基本上溶解于非水溶剂为止。在一些实例中，第四添加剂可以足以形成最后形成的电解质组合物的0.5重量％到1.5重量％的量添加。
第一到第四添加剂可从VC、FEC、PS以及ES选择。然而，一旦选择了一种添加剂，则不能再次选择所述添加剂。作为非限制性实例，在第一添加剂选择为VC的情况下，第二、第三和第四添加剂则不可以是VC(但是可从FEC、PS和ES选择)。在此种情况下，如果第二添加剂接着选择为FEC，则第三和第四添加剂不可以是VC或FEC(但是可从PS和ES选择)，诸如此类。
在316，可将第五添加剂任选地混合在非水溶剂中，直到第五添加剂基本上溶解于非水溶剂为止。在一些实例中，第五添加剂可以是DTD。在一些实例中，第五添加剂可以足以形成最后形成的电解质组合物的0.5重量％到1.5重量％的量添加。
上述的混合步骤可在具有足以用于混合所要体积的任何格式的容器中执行。在一些实例中，混合可以通过手动摇动或经由机械摇动5分钟或另一持续时间(例如，1分钟、10分钟、30分钟或60分钟)来进行。在一些实例中，混合可以用预定速度(例如2000RPM)或用另一混合速度(例如1000RPM、1500RPM或2500RPM)进行。所使用的混合容器和过程的类型没有特别限制并且可以是本领域普通技术人员已知的。将了解，混合参数可以根据所需的电解质组合物改变。此外，可以理解，在一些实例中，电解质组合物的形成可包括过滤步骤(例如，在方法300的步骤316之后)。然而，在其他实例中，可以理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以不使用过滤。
因而，可以形成电解质组合物。作为第一实例，电解质组合物可包括1重量％到5重量％的LiPF6、10重量％到15重量％的LiFSI、0.5重量％到1.5重量％的VC、0.5重量％到1.5重量％的FEC、0.5重量％到1.5重量％的PS、0.5重量％到1.5重量％的ES、30重量％到50重量％的EMC、20重量％到30重量％的EC、0重量％到10重量％的PC以及0重量％到10重量％的DEC。作为第二实例，电解质组合物可包括12重量％到16重量％的LiFSI、0.5重量％到1.5重量％的VC、0.5重量％到1.5重量％的FEC、0.5重量％到1.5重量％的PS、0.5重量％到1.5重量％的ES、0.5重量％到1.5重量％的DTD、30重量％到50重量％的EMC、20重量％到30重量％的EC、5重量％到20重量％的DMC、5重量％到20重量％的EP、0重量％到10重量％的PC以及0重量％到10重量％的DEC。将了解，众多电解质组合物可以在本公开的范围内由本领域普通技术人员考虑。即，上述的电解质组合物仅为示例性的，并且不应被解释为限制本公开内的范围。
在318，方法300可包括用电解质组合物填充锂离子电池的空容积。举例来说，负极、正极和分隔体可以放置在壳体内。壳体内的未被负极、正极或分隔体占据的空容积以及负极、正极和分隔体的孔可以用电解质组合物填充，使得负极、正极和分隔体中的每个被浸没在电解质组合物中。壳体可以是气密型的，使得负极、正极、分隔体以及电解质组合物被封闭在壳体内。方法300接着可以结束。
以这种方式，提供一种用于锂离子电池的电解质组合物。所述电解质组合物可包括LiFSI作为主要导电盐，从而部分地或完全地替代作为主要导电盐的LiPF6。选择LiFSI作为主要导电盐的技术效果是可以避免涉及LiPF6的有害副反应。所述电解质组合物还可包括按重量比计的特定量的VC、FEC、PS及ES，以使归因于使用LiFSI的电化学益处最大化。在一些实例中，还可包括DTD，以作为电解质组合物中的添加剂。此类特定的电解质组合物的技术效果是可以减轻锂离子电池中的容量衰退，尤其是在高SOC下的高温存储期间。
在一个实例中，一种电解质组合物包括VC、FEB、PS、ES和包括不少于80摩尔％的LiFSI的导电盐。电解质组合物的第一实例还包括其中导电盐包括LiPF6。电解质组合物的第二实例，任选地包括电解质组合物的第一实例，还包括其中LiPF6占导电盐的20摩尔％或更少。电解质组合物的第三实例，任选地包括电解质组合物的第一实例和第二实例中的一个或多个，还包括其中LiFSI占导电盐的100摩尔％。电解质组合物的第四实例，任选地包括电解质组合物的第一到第三实例中的一个或多个，还包括DTD。电解质组合物的第五实例，任选地包括电解质组合物的第一到第四实例中的一个或多个，还包括其中DTD占电解质组合物的0.5重量％到1.5重量。电解质组合物的第六实例，任选地包括电解质组合物的第一至第五实例中的一个或多个，还包括其中LiFSI占电解质组合物的10重量％到15重量％，并且LiPF6占电解质组合物的1重量％到5重量％。电解质组合物的第七实例，任选地包括电解质组合物的第一到第六实例中的一个或多个，还包括其中LiFSI占电解质组合物的12重量％到16重量％。电解质组合物的第八实例，任选地包括电解质组合物的第一至第七实例中的一个或多个，还包括其中VC占电解质组合物的0.5重量％到1.5重量％，FEC占电解质组合物的0.5重量％到1.5重量％，PS占电解质组合物的0.5重量％到1.5重量％，并且ES占电解质组合物的0.5重量％到1.5重量％。电解质组合物的第九实例，任选地包括电解质组合物的第一至第八实例中的一个或多个，还包括选自包括以下项的组的非水溶剂：EC、PC、DEC、EMC、DMC、EP、MP以及其组合。
在另一个实例中，一种锂离子电池，所述锂离子电池包括：负极；正极；分隔体，所述分隔体置于所述负极与所述正极之间；以及非水电解质，所述非水电解质包括一种或多种环状碳酸酯溶剂、一种或多种线性碳酸酯溶剂、VC、FEC、PS、ES以及导电盐，所述导电盐包括不少于80摩尔％的LiFSI，其中所述负极、所述正极和所述分隔体中的每个被浸没在所述非水电解质中。锂离子电池的第一实例还包括其中所述导电盐还包括LiPF6。锂离子电池的第二实例，任选地包括锂离子电池的第一实例，还包括其中所述非水电解质还包括DTD。锂离子电池的第三实例，任选地包括锂离子电池的第一实例和第二实例中的一个或多个，还包括其中所述非水电解质还包括一种或多种丙酸酯衍生物溶剂。
在又一个实例中，一种方法，所述方法包括：形成电解质组合物，包括：将第一导电盐混合在非水溶剂中，直到所述第一导电盐基本上溶解为止，其中所述第一导电盐是LiFSI并且所述第一导电盐占所述电解质组合物的所有导电盐的不少于80摩尔％；将第一添加剂混合在所述非水溶剂中，直到所述第一添加剂基本上溶解为止；将第二添加剂混合在所述非水溶剂中，直到所述第二添加剂基本上溶解为止；将第三添加剂混合在所述非水溶剂中，直到所述第三添加剂基本上溶解为止；以及将第四添加剂混合在所述非水溶剂中，直到所述第四添加剂基本上溶解为止，其中所述第一添加剂到所述第四添加剂各自包括VC、FEC、PS以及ES中的一种，并且所述第一添加剂到所述第四添加剂都不相同；以及用所述电解质组合物填充锂离子电池的空容积。所述方法的第一实例还包括其中所述非水溶剂选自包括以下项的组：EC、PC、DEC、EMC、DMC、EP、MP以及其组合。所述方法的第二实例，任选地包括所述方法的第一实例，还包括其中形成所述电解质组合物还包括将第二导电盐混合在非水溶剂中，直到所述第二导电盐基本上溶解为止，其中所述第二导电盐是LiPF6。所述方法的第三实例，任选地包括所述方法的第一实例和第二实例中的一个或多个，还包括其中形成所述电解质组合物还包括将第五添加剂混合在所述非水溶剂中，直到所述第五添加剂基本上溶解为止，其中所述第五添加剂是DTD。所述方法的第四实例，任选地包括所述方法的第一实例到第三实例中的一个或多个，还包括其中所述电解质组合物包括：10重量％到15重量％的所述第一导电盐；1重量％到5重量％的所述第二导电盐；0.5重量％到1.5重量％的所述第一添加剂；0.5重量％到1.5重量％的所述第二添加剂；0.5重量％到1.5重量％的所述第三添加剂；0.5重量％到1.5重量％的所述第四添加剂；30重量％到50重量％的所述非水溶剂的第一组分，所述第一组分是EMC；20重量％到30重量％的所述非水溶剂的第二组分，所述第二组分是EC；0重量％到10重量％的所述非水溶剂的第三组分，所述第三组分是PC；以及0重量％到10重量％的所述非水溶剂的第四组分，所述第四组分是DEC。所述方法的第五实例，任选地包括所述方法的第一实例到第四实例中的一个或多个，还包括其中所述电解质组合物包括：12重量％到16重量％的所述第一导电盐；0.5重量％到1.5重量％的所述第一添加剂；0.5重量％到1.5重量％的所述第二添加剂；0.5重量％到1.5重量％的所述第三添加剂；0.5重量％到1.5重量％的所述第四添加剂；0.5重量％到1.5重量％的所述第五添加剂；30重量％到50重量％的所述非水溶剂的第一组分，所述第一组分是EMC；20重量％到30重量％的所述非水溶剂的第二组分，所述第二组分是EC；0重量％到10重量％的所述非水溶剂的第三组分，所述第三组分是PC；0重量％到10重量％的所述非水溶剂的第四组分，所述第四组分是DEC；5重量％到20重量％的所述非水溶剂的第五组分，所述第五组分是DMC；以及5重量％到20重量％的所述非水溶剂的第六组分，所述第六组分是EP。
前述权利要求特别指出被视为新颖并且非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可能提及“一”要素或“一第一”要素或其等效物。此等权利要求应当理解为包括一个或多个此等要素的合并，不要求也不排除两个或更多个此等要素。公开的特征、功能、元件和/或性质的其它组合和子组合可以通过修订本发明的权利要求或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求来要求。此等权利要求，无论在范围上比原始权利要求更宽、更窄、相同或不同，也被视为包括在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种电解质组合物，所述电解质组合物包括：
碳酸亚乙烯酯VC；
氟代碳酸乙烯酯FEC；
1,3-丙烷磺内酯PS；
亚硫酸乙烯酯ES；以及
包括不少于80摩尔％的双(氟磺酰)亚胺锂盐LiFSI的导电盐。
2.如权利要求1所述的电解质组合物，其中，所述导电盐包括LiPF6。
3.如前述权利要求中任一项所述的电解质组合物，其中，LiPF6占所述导电盐的20摩尔％或少于20摩尔％。
4.如前述权利要求中任一项所述的电解质组合物，其中，所述LiFSI占所述导电盐的100摩尔％。
5.如前述权利要求中任一项所述的电解质组合物，所述电解质组合物还包括1,3,2-二恶唑噻吩2,2-二氧化物DTD。
6.如前述权利要求中任一项所述的电解质组合物，其中，所述DTD占所述电解质组合物的0.5重量％到1.5重量％。
7.如前述权利要求中任一项所述的电解质组合物，其中
所述LiFSI占所述电解质组合物的10重量％到15重量％；并且
所述LiPF6占所述电解质组合物的1重量％到5重量％。
8.如前述权利要求中任一项所述的电解质组合物，其中，所述LiFSI占所述电解质组合物的12重量％到16重量％。
9.如前述权利要求中任一项所述的电解质组合物，其中
所述碳酸亚乙烯酯占所述电解质组合物的0.5重量％到1.5重量％；
所述氟代碳酸乙烯酯占所述电解质组合物的0.5重量％到1.5重量％；
所述1,3-丙烷磺内酯占所述电解质组合物的0.5重量％到1.5重量％；并且
所述亚硫酸乙烯酯占所述电解质组合物的0.5重量％到1.5重量％。
10.如前述权利要求中任一项所述的电解质组合物，所述电解质组合物还包括选自包括以下项的组的非水溶剂：碳酸乙烯酯EC、碳酸丙烯酯PC、碳酸二乙酯DEC、碳酸乙基甲酯EMC、碳酸二甲酯DMC、丙酸乙酯EP、丙酸甲酯MP以及其组合。
11.一种锂离子电池，所述锂离子电池包括：
负极；
正极；
分隔体，所述分隔体置于所述负极与所述正极之间；以及
非水电解质，所述非水电解质包括一种或多种环状碳酸酯溶剂、一种或多种线性碳酸酯溶剂、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、1,3-丙烷磺内酯、亚硫酸乙烯酯以及导电盐，所述导电盐包括不少于80摩尔％的双(氟磺酰)亚胺锂盐；
其中，所述负极、所述正极和所述分隔体中的每个被浸没在所述非水电解质中。
12.如权利要求11所述的锂离子电池，其中，所述导电盐还包括LiPF6。
13.如权利要求11和12中任一项所述的锂离子电池，其中，所述非水电解质还包括1,3,2-二恶唑噻吩2,2-二氧化物。
14.如权利要求11至13中任一项所述的锂离子电池，其中，所述非水电解质还包括一种或多种丙酸酯衍生物溶剂。
15.一种方法，所述方法包括：
形成电解质组合物，包括：
将第一导电盐混合在非水溶剂中，直到所述第一导电盐基本上溶解为止，其中，所述第一导电盐是双(氟磺酰)亚胺锂盐LiFSI，并且所述第一导电盐占所述电解质组合物中的所有导电盐的不少于80摩尔％；
将第一添加剂混合在所述非水溶剂中，直到所述第一添加剂基本上溶解为止；
将第二添加剂混合在所述非水溶剂中，直到所述第二添加剂基本上溶解为止；
将第三添加剂混合在所述非水溶剂中，直到所述第三添加剂基本上溶解为止；以及
将第四添加剂混合在所述非水溶剂中，直到所述第四添加剂基本上溶解为止，
其中，所述第一添加剂到所述第四添加剂各自包括碳酸亚乙烯酯VC、氟代碳酸乙烯酯FEC、1,3-丙烷磺内酯PS以及亚硫酸乙烯酯ES中的一种，并且所述第一添加剂到所述第四添加剂都不相同；以及
用所述电解质组合物填充锂离子电池的空容积。
16.如权利要求15所述的方法，其中，所述非水溶剂选自包括以下项的组：碳酸乙烯酯EC、碳酸丙烯酯PC、碳酸二乙酯DEC、碳酸乙基甲酯EMC、碳酸二甲酯DMC、丙酸乙酯EP、丙酸甲酯MP以及其组合。
17.如权利要求15和16中任一项所述的方法，其中，形成所述电解质组合物还包括：
将第二导电盐混合在非水溶剂中，直到所述第二导电盐基本上溶解为止，其中，所述第二导电盐是六氟磷酸锂LiPF6。
18.如权利要求15至17中任一项所述的方法，其中，形成所述电解质组合物还包括：
将第五添加剂混合在所述非水溶剂中，直到所述第五添加剂基本上溶解为止，其中，所述第五添加剂是1,3,2-二恶唑噻吩2,2-二氧化物DTD。
19.如权利要求15至18中任一项所述的方法，其中，所述电解质组合物包括：
10重量％到15重量％的所述第一导电盐；
1重量％到5重量％的所述第二导电盐；
0.5重量％到1.5重量％的所述第一添加剂；
0.5重量％到1.5重量％的所述第二添加剂；
0.5重量％到1.5重量％的所述第三添加剂；
0.5重量％到1.5重量％的所述第四添加剂；
30重量％到50重量％的所述非水溶剂的第一组分，所述第一组分是碳酸乙基甲酯；
20重量％到30重量％的所述非水溶剂的第二组分，所述第二组分是碳酸乙烯酯；
0重量％到10重量％的所述非水溶剂的第三组分，所述第三组分是碳酸丙烯酯；以及
0重量％到10重量％的所述非水溶剂的第四组分，所述第四组分是碳酸二乙酯。
20.如权利要求18所述的方法，其中，所述电解质组合物包括：
12重量％到16重量％的所述第一导电盐；
0.5重量％到1.5重量％的所述第一添加剂；
0.5重量％到1.5重量％的所述第二添加剂；
0.5重量％到1.5重量％的所述第三添加剂；
0.5重量％到1.5重量％的所述第四添加剂；
0.5重量％到1.5重量％的所述第五添加剂；
30重量％到50重量％的所述非水溶剂的所述第一组分，所述第一组分是碳酸乙基甲酯；
20重量％到30重量％的所述非水溶剂的所述第二组分，所述第二组分是碳酸乙烯酯；
0重量％到10重量％的所述非水溶剂的所述第三组分，所述第三组分是碳酸丙烯酯；
0重量％到10重量％的所述非水溶剂的所述第四组分，所述第四组分是碳酸二乙酯；
5重量％到20重量％的所述非水溶剂的第五组分，所述第五组分是碳酸二甲酯；以及
5重量％到20重量％的所述非水溶剂的第六组分，所述第六组分是丙酸乙酯。
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