CN115966763A - 用于锂离子电池的电解质添加剂 - Google Patents

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Abstract

本公开整体涉及电池单元，并且更具体地涉及在锂离子电池单元中使用的电解质添加剂。

Description

用于锂离子电池的电解质添加剂
相关专利申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2021年6月17日提交的名称为“ElectrolyteAdditives for Lithium Ion Batteries”的美国专利申请63/211,836的权益，该专利申请全文以引用方式并入本文。
技术领域
本公开整体涉及电池单元，并且更具体地涉及在锂离子电池单元中使用的电解质添加剂。
背景技术
锂离子电池广泛用作消费性电子产品中的电源。消费性电子产品需要能够传送较高体积能量密度并且维持更多放电-充电循环的锂离子电池。锂离子电池通常以高达4.45V(全电池电压)的电压工作。
电池寿命周期可能由于正极结构的不稳定性和电解质劣化而缩短。正极材料的稳定性可以通过LiCoO2的改性(诸如掺杂和表面涂覆)来改善。在开发既能够实现高体积能量密度又能够实现长电池循环寿命的电解质方面只取得了有限的进展。大多数现有的电解质形成稳定的正极-电解质(CEI)和/或固体-电解质中间相(SEI)的能力很差，导致快速的界面阻抗增长和容量衰减。
发明内容
在第一方面，本公开涉及一种电解质流体电解质流体，所述电解质流体包含式(I)化合物：
其中m为大于或等于1并且小于或等于5的整数。在各个方面，m可以大于2并且小于4，等于3。阴离子可以是本领域已知的任何阴离子，包括本文所述的那些阴离子。
在第二方面，化合物为式(II)化合物
在第三方面，该电解质流体包含选自下列的电解质盐：LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiSO3CF3、LiN(SO2F)2、LiN(SO2CF3)2、LiBC4O8、Li[PF3(C2CF5)3]、LiC(SO2CF3)3，以及它们的组合。
在第四方面，该电解质流体包含选自下列的溶剂：碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、丙酸乙酯(EP)、丁酸丁酯(BB)、乙酸甲酯(MA)、丁酸甲酯(MB)、丙酸甲酯(MP)、碳酸丙烯酯(PC)、乙酸乙酯(EA)、丙酸丙酯(PP)、丙酸丁酯(BP)、乙酸丙酯(PA)和乙酸丁酯(BA)，以及它们的组合。
在第五方面，该电解质流体包含选自下列的添加剂：(LiDFOB)、丙-1-烯-1,3-磺酸内酯(PES)、甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、丙烷磺酸内酯(PS)、氟代碳酸亚乙酯(FEC)、琥珀腈(SN)、碳酸乙烯基酯(VC)、己二腈(ADN)、乙二醇双(2-氰基乙基)醚(EGPN)、1,3,6-己烷三腈(HTCN)，以及它们的组合。
在第六方面，本公开涉及一种电池单元。该电池单元可以包括正极和负极，其中正极具有设置在正极集流体上的正极活性材料，负极具有设置在负极集流体上的负极活性材料。负极朝向正极取向，使得负极活性材料面向正极活性材料。隔板设置在正极活性材料与负极活性材料之间。如本文所述的电解质流体设置在正极与负极之间。在一些变型中，该电池单元可以具有高于包括不包含式(I)化合物的电解质流体的电池单元在25℃处的放电比容量。在另外的变型中，该电池单元在循环200处的能量存留比在不存在该式(I)化合物的情况下包括该电解质流体的电池单元的能量存留高至少20％。在又一变型中，与在不存在该式(I)化合物的情况下包括该电解质流体的电池单元相比，该电池单元在循环200处的RSS降低至少40％。
附图说明
通过以下结合附图的详细描述，将容易理解本公开，其中类似的附图标号指代类似的结构元件，并且其中：
图1为根据例示性实施方案的电池单元的俯视图；
图2为根据例示性实施方案的电池单元的透视图；
图3描绘了根据例示性实施方案，与含有具有1％Pyr14CNFSI的对照电解质配制物的电池相比，含有对照电解质配制物的电池的放电比容量；
图4描绘了根据例示性实施方案，与包含1％Pyr14CNFSI的对照相比，对照电解质在45℃处操作的电池在循环200处的循环能量存留；
图5描绘了根据例示性实施方案，对于在45℃处操作的电池，具有对照电解质和包含1％Pyr14CNFSI的对照电解质的电池在循环200处在循环202处的循环RSS；
图6为根据例示性实施方案，对于具有对照电解质和包含1％Pyr14CNFSI的电解质的电池，在45℃处归一化至循环26的0.2C能量存留作为循环计数的函数的曲线图；并且
图7描绘了根据例示性实施方案，对于具有对照电解质和包含1％Pyr14CNFSI的电解质的电池，在45℃处RSS作为电池循环计数的函数的曲线图。
具体实施方式
现在将具体地参考在附图中示出的代表性实施方案。应当理解，以下描述不旨在将实施方案限制于一个优选实施方案。相反，其旨在涵盖可被包括在由所附权利要求书限定的所述实施方案的实质和范围内的另选形式、修改形式和等同形式。
图1示出了根据一个实施方案的电池单元100的俯视图。电池单元100可对应于用于给消费、医疗、航空、国防和/或运输应用中使用的设备供电的锂离子或锂聚合物电池单元。电池单元100包括具有多个层的叠堆102，所述多个层包括具有阴极活性涂层的阴极、隔板和具有阳极活性涂层的阳极。更具体地讲，叠堆102可包括一条阴极活性材料(例如涂覆有锂化合物的铝箔)和一条阳极活性材料(例如涂覆有碳的铜箔)。叠堆102还包括设置在一条正极活性材料与一条负极活性材料之间的一条隔板材料(例如，微孔聚合物膜或非织造织物垫)。阴极、阳极和隔板层可以平面构型保持平坦或可被卷绕成卷绕构型(例如，“凝胶卷”)。电解质溶液设置在每个正极与负极之间。
在组装电池单元100期间，叠堆102可以被包封在袋或容器中。叠堆102可为平面或卷绕构型，但其它构型也是可以的。在一些变型中，袋诸如通过将柔性片材沿折叠线112折叠而形成的袋。在一些情况下，该柔性片材由具有聚合物膜(诸如聚丙烯)的铝制成。在折叠柔性片材之后，例如可以通过沿着侧面密封部110和沿着平台密封部108施加热来密封柔性片材。柔性袋的厚度可以小于或等于120微米，以改善电池单元100的封装效率、电池单元100的密度或这两者。
叠堆102还可以包括耦接到正极和负极的一组导电引片106。导电引片106可延伸穿过袋中的密封部(例如，使用密封带104形成的密封部)以为电池单元100提供端子。然后，导电引片106可用于将电池单元100与一个或多个其它电池单元电耦合以形成电池组。例如，电池组可以串联、并联或串并联构型耦合电池单元来形成。这样耦合的单元可封装在硬质壳体中以完成电池组，或可嵌入便携式电子设备(诸如膝上型计算机、平板电脑、移动电话、个人数字助理(PDA)、数码相机和/或便携式媒体播放器)的外壳内。
图2呈现了根据所公开的实施方案的电池单元200(例如，图1的电池单元100)的透视图。电池包括正极202和负极210，其中正极包括集流体204和正极活性材料206，负极包括负极集流体212和负极活性材料214。隔板208设置在正极202与负极210之间。电解质流体216设置在正极202与负极210之间，并且与隔板208接触。为了形成电池单元，可以将正极202、隔板208和负极210以平面构型堆叠，或者可以将它们堆叠，然后卷绕成卷绕构型。然后添加电解质流体216。在组装该电池单元之前，这组层可以对应于单元叠堆。
正极集流体、正极活性材料、负极集流体、负极活性材料和隔板可以是本领域已知的任何材料。在一些变型中，正极集流体可以是铝箔，负极集流体可以是铜箔。正极活性材料可以是在例如14/206,654、15/458,604、15/458,612、15/709,961、15/710,540、15/804,186、16/531,883、16/529,545、16/999,307、16/999,328、16/999,265中描述的任何材料，前述每一份专利均全文以引用方式并入本文。
隔板可以包括微孔聚合物膜或非织造织物垫。微孔聚合物膜或非织造织物垫的非限制性示例包括以下材料的微孔聚合物膜或非织造织物垫：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙烯(PVC)、聚酯和聚偏二氟乙烯(PVdF)。然而，其他微孔聚合物膜或非织造织物垫也是可能的(例如，凝胶聚合物电解质)。
一般来讲，隔板表示电池中的结构，诸如插入层，其防止正极和负极的物理接触，同时允许离子在两者间传输。隔板由具有提供离子传输通道的孔的材料形成，其可以包括吸收含有离子的电解质流体。用于隔板的材料可以根据化学稳定性、孔隙率、孔径、渗透性、润湿性、机械强度、尺寸稳定性、软化温度和热收缩率来选择。这些参数可能影响电池性能和运行期间的安全性。
一般来讲，电解质流体可以充当导电路径，用于在放电期间使阳离子从负电极传递到正电极。电解质流体包含电解质盐、电解质溶剂和一种或多种电解质添加剂。
在一些变型中，本公开涉及包含氰基官能化的离子液体化合物的电解质流体。在各个方面，与含有不包含氰基官能化的离子液体化合物的电解质流体的电池单元相比，掺入这些电解质流体的电池单元可以具有一种或多种特性，包括更大的初始容量、更长的循环寿命和降低的电池阻抗增长，和/或增加的储存后恢复容量。
在一些变型中，离子液体化合物为式(I)化合物：
其中m为大于或等于1并且小于或等于5的整数。
在一些变型中，m为1。在一些变型中，m为2。在一些变型中，m为3。在一些变型中，m为4。在一些变型中，m为5。在一些变型中，m大于或等于1并且小于或等于3。
阴离子可以是离子液体中使用的任何阴离子。在一些变型中，阴离子可以是无机阴离子(例如，N(SO2F)2、N(SO2CF3)2、Cl-、AlCl4 -、PF6 -、BF4 -、NTf2 -、OTF、N(CN)2 -、HSO4 -、DCA-)或和有机阴离子(例如，CH3COO-、CH3CH2OSO3 -、CH3SO3 -)。
在一些更具体的变型中，式(I)的离子液体化合物为式(II)化合物：
在一些变型中，式(I)化合物为总电解质流体的至少0.1重量％。在一些变型中，式(I)化合物为总电解质流体的至少0.2重量％。在一些变型中，式(I)化合物为总电解质流体的至少0.4重量％。在一些变型中，式(I)化合物为总电解质流体的至少0.6重量％。在一些变型中，式(I)化合物为总电解质流体的至少0.8重量％。在一些变型中，式(I)化合物为总电解质流体的至少1.0重量％。在一些变型中，式(I)化合物为总电解质流体的至少1.5重量％。在一些变型中，式(I)化合物为总电解质流体的至少2.0重量％。在一些变型中，式(I)化合物为总电解质流体的至少2.5重量％。在一些变型中，式(I)化合物为总电解质流体的至少3.0重量％。在一些变型中，式(I)化合物为总电解质流体的至少3.5重量％。在一些变型中，式(I)化合物为总电解质流体的至少4.0重量％。在一些变型中，式(I)化合物为总电解质流体的至少4.5重量％。在一些变型中，式(I)化合物为总电解质流体的至少5.0重量％。在一些变型中，式(I)化合物为总电解质流体的至少5.5重量％。在一些变型中，式(I)化合物为总电解质流体的至少6.0重量％。在一些变型中，式(I)化合物为总电解质流体的至少6.5重量％。在一些变型中，式(I)化合物为总电解质流体的至少7.0重量％。在一些变型中，式(I)化合物为总电解质流体的至少7.5重量％。在一些变型中，式(I)化合物为总电解质流体的至少8.0重量％。在一些变型中，式(I)化合物为总电解质流体的至少8.5重量％。在一些变型中，式(I)化合物为总电解质流体的至少9.0重量％。在一些变型中，式(I)化合物为总电解质流体的至少9.5重量％。
在一些变型中，式(I)化合物小于或等于总电解质流体的10.0重量％。在一些变型中，式(I)化合物小于或等于总电解质流体的9.5重量％。在一些变型中，式(I)化合物小于或等于总电解质流体的9.0重量％。在一些变型中，式(I)化合物小于或等于总电解质流体的8.5重量％。在一些变型中，式(I)化合物小于或等于总电解质流体的8.0重量％。在一些变型中，式(I)化合物小于或等于总电解质流体的7.5重量％。在一些变型中，式(I)化合物小于或等于总电解质流体的7.0重量％。在一些变型中，式(I)化合物小于或等于总电解质流体的6.5重量％。在一些变型中，式(I)化合物小于或等于总电解质流体的6.0重量％。在一些变型中，式(I)化合物小于或等于总电解质流体的5.5重量％。在一些变型中，式(I)化合物小于或等于总电解质流体的5.0重量％。在一些变型中，式(I)化合物小于或等于总电解质流体的4.5重量％。在一些变型中，式(I)化合物小于或等于总电解质流体的4.0重量％。在一些变型中，式(I)化合物小于或等于总电解质流体的3.5重量％。在一些变型中，式(I)化合物小于或等于总电解质流体的3.0重量％。在一些变型中，式(I)化合物小于或等于总电解质流体的2.5重量％。在一些变型中，式(I)化合物小于或等于总电解质流体的2.0重量％。在一些变型中，式(I)化合物小于或等于总电解质流体的1.5重量％。在一些变型中，式(I)化合物小于或等于总电解质流体的1.0重量％。在一些变型中，式(I)化合物小于或等于总电解质流体的0.8重量％。在一些变型中，式(I)化合物小于或等于总电解质流体的0.6重量％。在一些变型中，式(I)化合物小于或等于总电解质流体的0.4重量％。在一些变型中，式(I)化合物小于或等于总电解质流体的0.2重量％。
电解质流体包含电解质溶剂。电解质溶剂可以是适用于电池单元的任何类型的电解质溶剂。电解质溶剂的非限制性示例包括碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、丙酸乙酯(EP)、丁酸丁酯(BB)、乙酸甲酯(MA)、丁酸甲酯(MB)、丙酸甲酯(MP)、碳酸丙烯酯(PC)、乙酸乙酯(EA)、丙酸丙酯(PP)、丙酸丁酯(BP)、乙酸丙酯(PA)和乙酸丁酯(BA)，或者它们的组合。
电解质流体还具有溶解在其中的一种或多种电解质盐。该盐可以是适用于电池单元的任何类型的盐。例如但非限制地，用于锂离子电池单元的盐包括LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiN(SO2F)2、LiSO3CF3、LiN(SO2CF3)2、LiBC4O8、Li[PF3(C2CF5)3]、LiC(SO2CF3)3，以及它们的任何组合。其他盐也是可能的，包括盐的组合。
在一些变型中，该盐在总电解质流体中为至少0.1M。在一些变型中，该盐在总电解质流体中为至少0.2M。在一些变型中，该盐在总电解质流体中为至少0.3M。在一些变型中，该盐在总电解质流体中为至少0.4M。在一些变型中，该盐在总电解质流体中为至少0.5M。在一些变型中，该盐在总电解质流体中为至少0.6M。在一些变型中，该盐在总电解质流体中为至少0.7M。在一些变型中，该盐在总电解质流体中为至少0.8M。在一些变型中，该盐在总电解质流体中为至少0.9M。在一些变型中，该盐在总电解质流体中为至少1.0M。在一些变型中，该盐在总电解质流体中为至少1.3M。在一些变型中，该盐在总电解质流体中为至少1.6M。在一些变型中，该盐在总电解质流体中为至少1.9M。
在一些变型中，该盐在电解质流体中小于或等于2.0M。在一些变型中，该盐在电解质流体中小于或等于1.9M。在一些变型中，该盐在电解质流体中小于或等于1.6M。在一些变型中，该盐在电解质流体中小于或等于1.3M。在一些变型中，该盐在电解质流体中小于或等于1.1M。在一些变型中，该盐在电解质流体中小于或等于1.0M。在一些变型中，该盐在电解质流体中小于或等于0.9M。在一些变型中，该盐在电解质流体中小于或等于0.8M。在一些变型中，该盐在电解质流体中小于或等于0.7M。在一些变型中，该盐在电解质流体中小于或等于0.6M。在一些变型中，该盐在电解质流体中小于或等于0.5M。在一些变型中，该盐在电解质流体中小于或等于0.4M。在一些变型中，该盐在电解质流体中小于或等于0.3M。在一些变型中，该盐在电解质流体中小于或等于0.2M。
在一些变型中，该电解质流体可以包含一种或多种添加剂。在各个方面，添加剂可以包括下列的任意组合和数量范围：二氟(草酸)硼酸锂(LiDFOB)、丙-1-烯-1,3-磺酸内酯(PES)、甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、丙烷磺酸内酯(PS)、氟代碳酸亚乙酯(FEC)、琥珀腈(SN)、碳酸乙烯基酯(VC)、己二腈(ADN)、乙二醇双(2-氰基乙基)醚(EGPN)和/或1,3,6-己烷三腈(HTCN)。
在一些变型中，LiDFOB为总电解质流体的至少0.1重量％。在一些变型中，LiDFOB为总电解质流体的至少0.2重量％。在一些变型中，LiDFOB为总电解质流体的至少0.3重量％。在一些变型中，LiDFOB为总电解质流体的至少0.4重量％。在一些变型中，LiDFOB为总电解质流体的至少0.5重量％。在一些变型中，LiDFOB为总电解质流体的至少0.6重量％。在一些变型中，LiDFOB为总电解质流体的至少0.7重量％。在一些变型中，LiDFOB为总电解质流体的至少0.8重量％。在一些变型中，LiDFOB为总电解质流体的至少0.9重量％。在一些变型中，LiDFOB为总电解质流体的至少1.0重量％。在一些变型中，LiDFOB为总电解质流体的至少1.3重量％。在一些变型中，LiDFOB为总电解质流体的至少1.6重量％。在一些变型中，LiDFOB为总电解质流体的至少1.9重量％。
在一些变型中，LiDFOB小于或等于总电解质流体的2.0重量％。在一些变型中，LiDFOB小于或等于总电解质流体的1.9重量％。在一些变型中，LiDFOB小于或等于总电解质流体的1.3重量％。在一些变型中，LiDFOB小于或等于总电解质流体的1.3重量％。在一些变型中，LiDFOB小于或等于总电解质流体的1.1重量％。在一些变型中，LiDFOB小于或等于总电解质流体的1.0重量％。在一些变型中，LiDFOB小于或等于总电解质流体的0.9重量％。在一些变型中，LiDFOB小于或等于总电解质流体的0.8重量％。在一些变型中，LiDFOB小于或等于总电解质流体的0.7重量％。在一些变型中，LiDFOB小于或等于总电解质流体的0.6重量％。在一些变型中，LiDFOB小于或等于总电解质流体的0.5重量％。在一些变型中，LiDFOB小于或等于总电解质流体的0.4重量％。在一些变型中，LiDFOB小于或等于总电解质流体的0.3重量％。在一些变型中，LiDFOB小于或等于总电解质流体的0.2重量％。
在一些变型中，PES的量为总电解质流体的至少0.5重量％。在一些变型中，PES的量为总电解质流体的至少0.6重量％。在一些变型中，PES的量为总电解质流体的至少0.9重量％。在一些变型中，PES的量为总电解质流体的至少1.3重量％。在一些变型中，PES的量为总电解质流体的至少1.6重量％。在一些变型中，PES的量为总电解质流体的至少1.9重量％。在一些变型中，PES的量为总电解质流体的至少2.2重量％。在一些变型中，PES的量为总电解质流体的至少2.5重量％。在一些变型中，PES的量为总电解质流体的至少2.8重量％。在一些变型中，PES的量为总电解质流体的至少3.1重量％。
在一些变型中，PES的量小于或等于总电解质流体的3.5重量％。在一些变型中，PES的量小于或等于总电解质流体的3.1重量％。在一些变型中，PES的量小于或等于总电解质流体的2.8重量％。在一些变型中，PES的量小于或等于总电解质流体的2.5重量％。在一些变型中，PES的量小于或等于总电解质流体的2.2重量％。在一些变型中，PES的量小于或等于总电解质流体的1.9重量％。在一些变型中，PES的量小于或等于总电解质流体的1.6重量％。在一些变型中，PES的量小于或等于总电解质流体的1.3重量％。在一些变型中，PES的量小于或等于总电解质流体的1.1重量％。在一些变型中，PES的量小于或等于总电解质流体的0.9重量％。在一些变型中，PES的量小于或等于总电解质流体的0.6重量％。
在一些变型中，MMDS的量为总电解质流体的至少0.1重量％。在一些变型中，MMDS的量为总电解质流体的至少0.2重量％。在一些变型中，MMDS的量为总电解质流体的至少0.3重量％。在一些变型中，MMDS的量为总电解质流体的至少0.4重量％。在一些变型中，MMDS的量为总电解质流体的至少0.5重量％。在一些变型中，MMDS的量为总电解质流体的至少0.6重量％。在一些变型中，MMDS的量为总电解质流体的至少0.7重量％。在一些变型中，MMDS的量为总电解质流体的至少0.8重量％。在一些变型中，MMDS的量为总电解质流体的至少0.9重量％。在一些变型中，MMDS的量为总电解质流体的至少1.0重量％。在一些变型中，MMDS的量为总电解质流体的至少1.1重量％。在一些变型中，MMDS的量为总电解质流体的至少1.2重量％。在一些变型中，MMDS的量为总电解质流体的至少1.3重量％。在一些变型中，MMDS的量为总电解质流体的至少1.4重量％。
在一些变型中，MMDS的量小于或等于总电解质流体的1.5重量％。在一些变型中，MMDS的量小于或等于总电解质流体的1.4重量％。在一些变型中，MMDS的量小于或等于总电解质流体的1.3重量％。在一些变型中，MMDS的量小于或等于总电解质流体的1.2重量％。在一些变型中，MMDS的量小于或等于总电解质流体的1.1重量％。在一些变型中，MMDS的量小于或等于总电解质流体的1.0重量％。在一些变型中，MMDS的量小于或等于总电解质流体的0.9重量％。在一些变型中，MMDS的量小于或等于总电解质流体的0.8重量％。在一些变型中，MMDS的量小于或等于总电解质流体的0.7重量％。在一些变型中，MMDS的量小于或等于总电解质流体的0.6重量％。在一些变型中，MMDS的量小于或等于总电解质流体的0.5重量％。在一些变型中，MMDS的量小于或等于总电解质流体的0.4重量％。在一些变型中，MMDS的量小于或等于总电解质流体的0.3重量％。在一些变型中，MMDS的量小于或等于总电解质流体的0.2重量％。
在一些变型中，VEC的量为总电解质流体的至少0.1重量％。在一些变型中，VEC的量为总电解质流体的至少0.2重量％。在一些变型中，VEC的量为总电解质流体的至少0.3重量％。在一些变型中，VEC的量为总电解质流体的至少0.4重量％。在一些变型中，VEC的量为总电解质流体的至少0.5重量％。在一些变型中，VEC的量为总电解质流体的至少0.6重量％。在一些变型中，VEC的量为总电解质流体的至少0.7重量％。在一些变型中，VEC的量为总电解质流体的至少0.8重量％。在一些变型中，VEC的量为总电解质流体的至少0.9重量％。
在一些变型中，VEC的量小于或等于总电解质流体的0.9重量％。在一些变型中，VEC的量小于或等于总电解质流体的0.8重量％。在一些变型中，VEC的量小于或等于总电解质流体的0.7重量％。在一些变型中，VEC的量小于或等于总电解质流体的0.6重量％。在一些变型中，VEC的量小于或等于总电解质流体的0.5重量％。在一些变型中，VEC的量小于或等于总电解质流体的0.4重量％。在一些变型中，VEC的量小于或等于总电解质流体的0.3重量％。在一些变型中，VEC的量小于或等于总电解质流体的0.2重量％。
在一些变型中，FEC的量为总电解质流体的至少2重量％。在一些变型中，FEC的量为总电解质流体的至少4重量％。在一些变型中，FEC的量为总电解质流体的至少6重量％。在一些变型中，FEC的量为总电解质流体的至少8重量％。在一些变型中，FEC的量小于或等于总电解质流体的10重量％。在一些变型中，FEC的量小于或等于总电解质流体的8重量％。在一些变型中，FEC的量小于或等于总电解质流体的6重量％。在一些变型中，FEC的量小于或等于总电解质流体的4重量％。
在一些变型中，PS的量为总电解质流体的至少0.5重量％。在一些变型中，PS的量为总电解质流体的至少1.0重量％。在一些变型中，PS的量为总电解质流体的至少1.5重量％。在一些变型中，PS的量为总电解质流体的至少2.0重量％。在一些变型中，PS的量为总电解质流体的至少2.5重量％。在一些变型中，PS的量为总电解质流体的至少3.0重量％。在一些变型中，PS的量为总电解质流体的至少3.5重量％。在一些变型中，PS的量为总电解质流体的至少4.0重量％。在一些变型中，PS的量为总电解质流体的至少4.5重量％。在一些变型中，PS的量为总电解质流体的至少5.0重量％。
在一些变型中，PS的量小于或等于总电解质流体的6.0重量％。在一些变型中，PS的量小于或等于总电解质流体的5.5重量％。在一些变型中，PS的量小于或等于总电解质流体的5.0重量％。在一些变型中，PS的量小于或等于总电解质流体的4.5重量％。在一些变型中，PS的量小于或等于总电解质流体的4.0重量％。在一些变型中，PS的量小于或等于总电解质流体的3.5重量％。在一些变型中，PS的量小于或等于总电解质流体的3.0重量％。在一些变型中，PS的量小于或等于总电解质流体的2.5重量％。在一些变型中，PS的量小于或等于总电解质流体的2.0重量％。在一些变型中，PS的量小于或等于总电解质流体的1.5重量％。在一些变型中，PS的量小于或等于总电解质流体的1.0重量％。
在一些变型中，SN的量为总电解质流体的至少0.5重量％。在一些变型中，SN的量为总电解质流体的至少1.0重量％。在一些变型中，SN的量为总电解质流体的至少1.5重量％。在一些变型中，SN的量为总电解质流体的至少2.0重量％。在一些变型中，SN的量为总电解质流体的至少2.5重量％。在一些变型中，SN的量为总电解质流体的至少3.0重量％。在一些变型中，SN的量为总电解质流体的至少3.5重量％。在一些变型中，SN的量为总电解质流体的至少4.0重量％。在一些变型中，SN的量为总电解质流体的至少4.5重量％。在一些变型中，SN的量为总电解质流体的至少5.0重量％。
在一些变型中，SN的量小于或等于总电解质流体的6.0重量％。在一些变型中，SN的量小于或等于总电解质流体的5.5重量％。在一些变型中，SN的量小于或等于总电解质流体的5.0重量％。在一些变型中，SN的量小于或等于总电解质流体的4.5重量％。在一些变型中，SN的量小于或等于总电解质流体的4.0重量％。在一些变型中，SN的量小于或等于总电解质流体的3.5重量％。在一些变型中，SN的量小于或等于总电解质流体的3.0重量％。在一些变型中，SN的量小于或等于总电解质流体的2.5重量％。在一些变型中，SN的量小于或等于总电解质流体的2.0重量％。在一些变型中，SN的量小于或等于总电解质流体的1.5重量％。在一些变型中，SN的量小于或等于总电解质流体的1.0重量％。
在一些变型中，HTCN的量为总电解质流体的至少0.5重量％。在一些变型中，HTCN的量为总电解质流体的至少1.0重量％。在一些变型中，HTCN的量为总电解质流体的至少1.5重量％。在一些变型中，HTCN的量为总电解质流体的至少2.0重量％。在一些变型中，HTCN的量为总电解质流体的至少2.5重量％。在一些变型中，HTCN的量为总电解质流体的至少3.0重量％。在一些变型中，HTCN的量为总电解质流体的至少3.5重量％。在一些变型中，HTCN的量为总电解质流体的至少4.0重量％。在一些变型中，HTCN的量为总电解质流体的至少4.5重量％。在一些变型中，HTCN的量为总电解质流体的至少5.0重量％。
在一些变型中，HTCN的量小于或等于总电解质流体的6.0重量％。在一些变型中，HTCN的量小于或等于总电解质流体的5.5重量％。在一些变型中，HTCN的量小于或等于总电解质流体的5.0重量％。在一些变型中，HTCN的量小于或等于总电解质流体的4.5重量％。在一些变型中，HTCN的量小于或等于总电解质流体的4.0重量％。在一些变型中，HTCN的量小于或等于总电解质流体的3.5重量％。在一些变型中，HTCN的量小于或等于总电解质流体的3.0重量％。在一些变型中，HTCN的量小于或等于总电解质流体的2.5重量％。在一些变型中，HTCN的量小于或等于总电解质流体的2.0重量％。在一些变型中，HTCN的量小于或等于总电解质流体的1.5重量％。在一些变型中，HTCN的量小于或等于总电解质流体的1.0重量％。
电解质溶剂还可以具有溶解于其中的盐。该盐可以是适用于电池单元的任何类型的盐。例如但非限制地，用于锂离子电池单元的盐包括LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiSO3CF3、LiN(SO2CF3)2、LiBC4O8、Li[PF3(C2CF5)3]和LiC(SO2CF3)3。其他盐也是可能的，包括盐的组合。
在一些变型中，该盐为总电解质流体的至少0.1重量％。在一些变型中，该盐为总电解质流体的至少0.2重量％。在一些变型中，该盐为总电解质流体的至少0.3重量％。在一些变型中，该盐为总电解质流体的至少0.4重量％。在一些变型中，该盐为总电解质流体的至少0.5重量％。在一些变型中，该盐为总电解质流体的至少0.6重量％。在一些变型中，该盐为总电解质流体的至少0.7重量％。在一些变型中，该盐为总电解质流体的至少0.8重量％。在一些变型中，该盐为总电解质流体的至少0.9重量％。在一些变型中，该盐为总电解质流体的至少1.0重量％。在一些变型中，该盐为总电解质流体的至少1.3重量％。在一些变型中，该盐为总电解质流体的至少1.6重量％。在一些变型中，该盐为总电解质流体的至少1.9重量％。
实施例
提供实施例仅用于说明目的。这些实施例并不旨在将本文所公开的任何实施方案局限于任何应用或操作理论。
用包含Pyr14CNFSI的电解质流体测试各种电池单元特性，并与具有不含Pyr14CNFSI的对照电解质流体的电池单元进行比较。对照电解质流体的组成示于表1中。
表1
实施例1
图3描绘了与含有具有1％Pyr14CNFSI的对照电解质配制物的电池相比，含有对照电解质配制物的电池的放电比容量。对在25℃处的形成循环容量和在45℃处的第一循环容量的放电比容量进行比较。在两种情况下，含有具有Pyr14CNFSI的电解质流体的电池在形成时和在第一电池循环之后都具有更高的放电比容量。
实施例2
图4描绘了与包含1％Pyr14CNFSI的对照相比，对照电解质在45℃处操作的电池在循环200处的循环能量存留。当在不存在Pyr14CNFSI的情况下使用对照电解质时，在循环200处的能量存留为大约60％。添加1％Pyr14CNFSI后，在循环200处的能量存留超过80％。添加Pyr14CNFSI导致在高循环时间处的能量存留显著增加。
实施例3
图5示出对于在45℃处操作的电池，具有对照电解质和包含1％Pyr14CNFSI的对照电解质的电池在循环200处在循环202处的循环RSS。在不存在Pyr14CNFSI的情况下，电池内阻在附加的循环中基本上更高。在不存在1％Pyr14CNFSI的情况下，循环次数202处的电阻为200-250。当电解质配制物包含1％Pyr14CNFSI时，RSS为大约100(范围为90至120)。
实施例4
图6为对于具有对照电解质和包含1％Pyr14CNFSI的电解质的电池，在45℃处归一化至循环26的0.2C能量存留作为循环计数的函数的曲线图。在有和没有Pyr14CNFSI的情况下测量三个试验。在75次循环中，在有和没有Pyr14CNFSI的情况下的能量存留大致类似。然而，在不存在Pyr14CNFSI的情况下，能量存留开始急剧下降。数据表明，当循环计数增加时，电解质中Pyr14CNFSI的存在基本上改善了电池单元中的能量存留。
实施例5
图7描绘了对于具有对照电解质和包含1％Pyr14CNFSI的电解质的电池，在45℃处RSS作为电池循环计数的函数的曲线图。在有和没有Pyr14CNFSI的情况下测量三个试验。在75次循环中，在有和没有Pyr14CNFSI的情况下的电池单元的RSS大致类似。然而，在不存在Pyr14CNFSI的情况下，能量存留开始显著增加。当循环计数增加时，在电解质配制物中Pyr14CNFSI的存在显著降低电池单元中的RSS。
测量具有对照电解质流体、具有1重量％Pyr14FSI的对照电解质流体和1重量％Pyr14CNFSI的对照电解质流体的电池单元在储存之后的恢复容量。如表2所描绘的，具有对照电解质流体和具有Pyr14FSI的对照电解质流体的电池的恢复容量比其中电解质流体包含Pyr14CNFSI的电池的恢复容量更低。
表2
本文所述的电解质流体在电池单元中可能是价值的，其中电池单元包括在电子设备和消费性电子产品中所使用的那些。本文的电子设备可以指本领域已知的任何电子设备。例如，电子设备可为电话诸如移动电话和座机电话，或任何通信设备诸如智能电话(包括例如)，以及电子邮件发送/接收设备。电子设备还可为娱乐设备，包括便携式DVD播放器、常规DVD播放器、蓝光影碟播放器、视频游戏控制器、音乐播放器诸如便携式音乐播放器(例如，)。电子设备可为显示器的一部分，显示器诸如数字显示器、电视监视器、电子书阅读器、便携式网页浏览器(例如，)、手表(例如，AppleWatch)或计算机监视器。电子设备还可为提供控制的设备的一部分，诸如控制图像、视频、声音的流(例如，Apple)，或者其可为电子设备的遥控器。此外，电子设备可为计算机或其附件的一部分，诸如硬盘塔外壳或保护套、膝上型计算机外壳、膝上型计算机键盘、膝上型计算机触控板、台式计算机键盘、鼠标和扬声器。负极单元、锂金属电池和电池组也可以应用于诸如手表或时钟的装置。
为了说明的目的，前述描述使用具体命名以提供对所述实施方案的彻底理解。然而，对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，不需要具体细节，以便实践所述实施方案。因此，出于例示和描述的目的，呈现了对本文所述的具体实施方案的前述描述。它们并非旨在是穷举性的或将实施方案限制到所公开的精确形式。对于本领域的普通技术人员而言将显而易见的是，鉴于上面的教导内容，许多修改和变型是可行的。

Claims (20)

1.一种电解质流体，所述电解质流体包含式(I)化合物：
Figure FDA0003675930840000011
其中m为大于或等于1并且小于或等于5的整数。
2.根据权利要求1所述的电解质流体，其中m大于2并且小于4。
3.根据权利要求1所述的电解质流体，其中m为3。
4.根据任一项前述权利要求所述的电解质流体，其中所述阴离子选自N(SO2F)2、Cl-、AlCl4 -、PF6 -、BF4 -、NTf2 -、OTF、N(CN)2 -、HSO4 -、DCA-、CH3COO-、CH3CH2OSO3 -和CH3SO3 -。
5.根据任一项前述权利要求所述的电解质流体，其中所述化合物为式(II)化合物：
Figure FDA0003675930840000012
6.根据任一项前述权利要求所述的电解质流体，其中所述化合物的量在所述总电解质流体的0.1重量％和10.0重量％之间。
7.根据任一项前述权利要求所述的电解质流体，所述电解质流体包含选自下列的电解质盐：LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiSO3CF3、LiN(SO2CF3)2、LiBC4O8、Li[PF3(C2CF5)3]、LiC(SO2CF3)3，以及它们的组合。
8.根据权利要求7所述的电解质流体，其中所述盐包括LiPF6。
9.根据权利要求7或8中任一项所述的电解质流体，其中所述盐为0.8M至1.6M。
10.根据任一项前述权利要求所述的电解质流体，所述电解质流体包含选自下列的溶剂：碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、丙酸乙酯(EP)、丁酸丁酯(BB)、乙酸甲酯(MA)、乙酸乙酯(EA)、丙酸丙酯(PP)、丙酸丁酯(BP)、乙酸丙酯(PA)和乙酸丁酯(BA)，以及它们的组合。
11.根据权利要求10所述的电解质流体，其中所述溶剂选自PC、EC、PP、EP，以及它们的组合。
12.根据权利要求10或11所述的电解质流体，其中所述溶剂包含PC、EC、PP和EP。
13.根据权利要求10至12中的一项所述的电解质流体，其中PC为所述总电解质流体的2重量％至20重量％，EC为所述总电解质流体的5重量％至40重量％，PP为所述总电解质流体的20重量％至70重量％，和/或EP为所述总电解质流体的10重量％至50重量％。
14.根据任一项前述权利要求所述的电解质流体，所述电解质流体包含选自下列的添加剂：(LiDFOB)、丙-1-烯-1,3-磺酸内酯(PES)、甲烷二磺酸亚甲酯(MMDS)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、丙烷磺酸内酯(PS)、氟代碳酸亚乙酯(FEC)、琥珀腈(SN)、1,3,6-己烷三腈(HTCN)，以及它们的组合。
15.根据权利要求14所述的电解质流体，其中所述添加剂选自LidFOB、PES、MMDS、PS、FEC、SN、HTCN，以及它们的组合。
16.根据权利要求15所述的电解质流体，其中所述添加剂包含LidFOB、PES、MMDS、PS、FEC、SN和HTCN。
17.一种电池单元，所述电池单元包括：
正极，所述正极具有设置在正极集流体上的正极活性材料；
负极，所述负极具有设置在负极集流体上的负极活性材料，所述负极朝向所述正极取向，使得所述负极活性材料面向所述正极活性材料；
隔板，所述隔板设置在所述正极活性材料与所述负极活性材料之间；以及
根据任一项前述权利要求所述的电解质流体，所述电解质流体设置在所述正极与负极之间。
18.根据权利要求17所述的电池单元，其中所述电池单元在25℃处的放电比容量高于包括不包含式(I)化合物的所述电解质流体的电池单元在25℃处的放电比容量。
19.根据权利要求17或18所述的电池单元，其中所述电池单元在循环200处的能量存留比在不存在所述式(I)化合物的情况下包括所述电解质流体的电池单元的能量存留高至少20％。
20.根据权利要求17至19中的一项所述的电池单元，其中与在不存在所述式(I)化合物的情况下包括所述电解质流体的电池单元相比，所述电池单元在循环200处的RSS降低至少40％。
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