CN116686134A - 具有非氟化混合醚共溶剂体系的电解质、制备这样的电解质的方法和利用这样的电解质的电化学装置 - Google Patents

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Abstract

在一些实施方案中，混合醚电解质包含具有至少一种非氟化环醚和至少一种非氟化线性醚的非氟化混合醚共溶剂体系，其中以使得非氟化混合醚共溶剂体系中的一定数目的阳离子M和一定数目的氧原子之间的摩尔比落在期望的范围内的量来提供混合醚电解质中的活性金属(具有溶剂化数SN)的一定数目的阳离子M。在一些实施方案中，本公开内容的混合醚电解质还包含至少一种氟化醚。在一些实施方案中，本公开内容的混合醚电解质可以任选地包含一种或更多种与非氟化混合醚共溶剂体系中的溶剂不同的溶剂，并且如果提供，该溶剂不同于氟化醚。还公开了制备混合醚电解质的方法，以及利用根据本公开内容制备的混合醚电解质的电化学电池。

Description

具有非氟化混合醚共溶剂体系的电解质、制备这样的电解质 的方法和利用这样的电解质的电化学装置
相关申请数据
本申请要求于2020年12月14日提交的且标题为“Lithium Cation-Ether OxygenCoordinated Hybrid Ether Electrolytes Enabling High Performance LithiumBatteries”的美国临时专利申请序列号63/125,164的优先权的权益，该美国临时专利申请以其整体通过引用并入本文。
发明领域
本发明总体上涉及用于活性金属电化学电池的电解质的领域。特别地，本发明涉及具有非氟化混合醚共溶剂体系的电解质、制备这样的电解质的方法以及利用这样的电解质的电化学装置。
背景
使用具有～372mAh g-1的理论容量的石墨阳极的现有技术的锂离子电池已经几乎达到了它们的理论能量密度，但是它们仍然不能提供满足某些应用要求所需的高能量密度，特别是对于远程电动交通工具。锂金属已经众所周知地被认为是理想的阳极候选物，因为它具有超高的理论容量(3,860mAh g-1)和很低的氧化还原电位(-3.040V，相对于标准氢电极)。在对锂金属阳极的四十年的研究中，科学家们做出了无数努力来推动锂金属电池发展的极限。然而，在实现锂金属阳极在可充电(即二次)锂金属电池中的实际实施之前，需要克服若干遗留的障碍。这些障碍包括：(1)不可控的锂枝晶生长导致严重的安全问题；(2)金属锂的热力学不稳定性可能引起锂和电解质之间的不可逆的且连续的反应，该反应快速地消耗锂和电解质两者，并且增加内阻；以及(3)在充电/放电的沉积/剥离(plating/stripping)期间，在锂金属阳极中发生大的体积变化和形态变化，但是固体电解质界面(SEI)膜太脆弱以致不能完全抑制在锂金属电极中的这样的显著变化。
本公开内容的概述
在实施中，本公开内容涉及混合醚电解质，该混合醚电解质包含：至少一种盐，该盐包含总数目的活性金属的阳离子M，其中活性金属具有溶剂化数(solvation number)SN；以及非氟化混合醚共溶剂体系，该非氟化混合醚共溶剂体系由至少一种非氟化环醚和至少一种非氟化线性醚组成，其中非氟化混合醚共溶剂体系具有总数目的氧原子O；并且其中至少一种盐和非氟化混合醚共溶剂体系以相应的量存在，该相应的量使得混合醚电解质具有在约1:(SN-3)至约1:(SN+3)的范围内的M:O摩尔比。
附图简述
为了说明本发明的目的，附图示出了本发明的一种或更多种实施方案的方面。然而，应当理解，本发明不限于附图中示出的精确布置和手段，其中：
图1是包含表1中列出的电解质中的对应的电解质并且使用0.2C充电倍率和0.1C放电倍率循环的第一组的3/4层软包电池(pouch cell)的容量保持率(capacityretention)相对于循环次数的图；
图2是包含表1中列出的电解质中的对应的电解质并且使用0.33C充电倍率和0.33C放电倍率循环的第二组的3/4层软包电池的容量保持率相对于循环次数的图；
图3是包含表1中列出的电解质中的对应的电解质并且使用0.2C充电倍率和1.0C放电倍率循环的第三组的3/4层软包电池的容量保持率相对于循环次数的图；
图4A是两个10/11层软包电池的气体产生的量的图，每个软包电池包含对照和表1的混合醚3电解质；
图4B是图4A的两个软包电池的恢复容量比(recovered capacity ratio)的图；
图5是使用0.33C充电倍率和0.33C放电倍率循环的第一对3/4层软包电池的容量保持率相对于循环次数的图，每个软包电池包含对照和表1的混合醚3电解质；
图6是使用0.2C充电倍率和0.1C放电倍率循环的第二对3/4层软包电池的容量保持率相对于循环次数的图，每个软包电池包含对照和表1的混合醚3电解质；
图7是使用0.33C充电倍率和0.33C放电倍率循环的第三对3/4层软包电池的容量保持率相对于循环次数的图，每个软包电池包含对照和表1的混合醚3电解质；
图8是使用0.2C充电倍率和0.1C放电倍率循环的第二对3/4层软包电池的容量保持率相对于循环次数的图，每个软包电池包含对照和表1的混合醚3电解质；以及
图9是本公开内容的包含如本文描述的混合醚电解质的电化学电池的图。
详述
总则
在一些方面中，本公开内容涉及用于电化学装置诸如电池和超级电容器的混合醚电解质或有时简单地为“电解质”，所述电化学装置包括但不限于基于锂作为活性金属的电化学装置，诸如锂金属二次电池和锂离子二次电池。在一些实施方案中，电解质包含至少一种非氟化环醚、至少一种非氟化线性醚(还可以包括支化的线性醚和支化的环醚，尽管为了简单起见使用“线性醚”)和至少一种盐，其中在非氟化环醚和非氟化线性醚的组合中盐阳离子与氧原子的摩尔比，或在非氟化环醚+非氟化线性醚组合中盐阳离子与溶剂分子的摩尔比被调整以使电解质中游离溶剂的量，即在环醚+线性醚组合中未与任何盐阳离子配位的非氟化溶剂的量最小化。如本文和所附权利要求中所使用的，术语“非氟化混合醚共溶剂体系”被用于描述包含至少一种非氟化环醚和至少一种非氟化线性醚的溶剂体系，其中词语“混合”指示环醚和线性醚两者的存在。
在一些实施方案中，配制本公开内容的电解质以解决在上文背景部分中描述的用于锂金属二次电池的常规电解质的主要瓶颈(即差的循环稳定性)，该主要瓶颈归因于锂金属阳极在循环期间在大多数常规电解质中的低的库仑效率(CE)。这些制剂提供了具有对锂金属阳极的极高稳定性并且具有高抗氧化特性的新类别的“混合醚电解质”，以显著改善可充电锂金属电池的循环性能，这大大推进了高能量锂电池的应用的边界。
更特别地，本公开内容的新的混合醚电解质能够减少与活性金属(例如锂)的副反应，显著增加锂沉积/剥离的CE，以及抑制或减缓锂枝晶生长。这些效应导致循环寿命的显著改善。为了与包含具有差的循环寿命(在100次循环内)的传统电解质的>400wh/kg锂金属电池竞争，新的混合醚电解质的循环稳定性已经在不同的测试方案中被验证，这已经展示了大大改善的电池性能。通过将上文的新的电解质组分仔细地组合并且根据本文公开的原理来设计电解质制剂，依赖于本公开内容的新的混合醚电解质的活性金属电池可以展示耐久的循环寿命、高能量密度和高安全性。
在一些实施方案中，本公开内容的混合醚电解质还可以包含一种或更多种氟化醚以提供一种或更多种功能，诸如用作稀释溶剂以降低电解质盐浓度、降低电解质的粘度、改善电解质对高电压的氧化稳定性、和/或有助于在阳极上形成固体电解质界面(SEI)层。
在包括不具有和具有一种或更多种氟化醚的两种电解质的一些实施方案中，对应的电解质可以包含一种或更多种添加剂，该添加剂不实质地影响盐阳离子与非氟化混合醚共溶剂体系中氧原子的调整的平衡。这样的添加剂的实例包括但不限于LiDFOB、LiBOB、LiDFP、VC、FEC、PS、PES、DTD、MMDS、TTMSPi、TMSDEA、TEOS、TSA、LiTFPFB和碳酸二烷基酯(烷基＝烯丙基、苄基等)，以及其他。在包括不具有和具有一种或更多种氟化醚的两种电解质的一些实施方案中，对应的电解质可以仅由非氟化混合醚共溶剂体系和一种或更多种盐组成(不具有或具有一种或更多种氟化醚)。在一些实施方案中，可以使用将根据本公开内容制备的液体电解质并入的任何已知的或其他合适的凝胶形成工艺来将本公开内容的电解质并入到凝胶电解质中并入。
在一些方面中，本公开内容涉及电化学装置，诸如电池和超级电容器，所述电化学装置包括根据本公开内容制备的电解质。电池的实例包括利用锂、钠、钾、钙和镁以及其他中的任一种作为活性金属的二次电池和原电池。这些电池可以是任何合适的类型，诸如金属沉积/剥离型(例如锂金属型等)或离子嵌入型(ion-intercalation type)(例如锂离子型等)以及其他。根本上，本公开内容的电化学装置的构造和形式可以是任何合适的构造和形式，只要它包括本公开内容的电解质。本领域技术人员熟悉电化学装置的许多构造和形式，使得对于本领域技术人员理解本发明和本公开内容的广泛范围，没有必要提供详尽的清单或以任何重要的细节描述任何内容。下文描述本公开内容的这些和其他方面中的每一个方面。
在先前对高级电解质(advanced electrolyte)的发现中，包含作为盐的双(氟磺酰基)酰亚胺锂(LiFSI，Li+[(FSO2)2N]-)、作为溶剂的1,2-二乙氧基乙烷(DEE)以及作为共溶剂的1,2-(1,1,2,2-四氟乙氧基)乙烷(TFE)的局部浓缩的高浓度电解质，允许二次锂金属电池实现与当时的常规电解质相比更好的循环性能。然而，根据观察到的依赖于这种基于线性醚的电解质的电池性能，仍然存在不满意的因素，并且仍然存在更多的空间来进一步改善电解质对锂金属阳极的热力学稳定性和电解质在高电压下的氧化稳定性两者，以及减少在高温储存期间的气体产生的量。
环状二氧六环(DX)醚1,4-二氧六环(1,4-DX)已经被报告为与LiFSI盐一起使用以产生用于锂金属可充电(二次)电池的稀的1.0M LiFSI-DX电解质。1,4-DX具有许多优点，诸如极低的还原电位，导致大大提高的对锂金属阳极的热力学稳定性、改善的在高电压下的氧化稳定性、没有气态分解产物、高沸点和低成本，以及其他优点。不幸地，这样的稀的LiFSI-DX电解质(仅1.0M)允许1,4-DX溶剂的大多数分子游离地(freely)存在，而没有与LiFSI盐的任何配位，这不可避免地导致锂金属电池中不令人满意的循环稳定性。虽然1,4-DX对锂比对相应的线性醚更稳定，但是当作为游离溶剂存在于稀的电解质中时，其氧化稳定性是低的(<4.0V)。不幸地，DX溶剂的化学特性使得不能实现在DX中较高的LiFSI盐浓度，因为LiFSI盐在DX溶剂中的低溶解度。
然而，本发明人已经发现，在配制用于活性金属电化学电池诸如锂金属电池的电解质时，高度期望将一种或更多种非氟化环醚与一种或更多种非氟化线性醚组合以制备非氟化混合醚共溶剂体系。这样的组合利用了协同作用，该协同作用通过以下产生：利用非氟化环醚对活性金属(例如锂)阳极的较高的热力学稳定性与所感兴趣的盐在非氟化线性醚中的较高的溶解度组合以使盐-溶剂配位最大化，而同时使电解质的非氟化混合醚共溶剂体系中的游离的溶剂分子最小化。如本文所使用的，在本公开内容的电化学电池的上下文中的术语“活性金属”和类似术语指的是一种金属，该金属的离子在电化学电池内在该电池的阳极和阴极之间流动，并且在放电期间从阳极剥离或脱嵌(de-intercalate)并在电化学电池的充电期间沉积或嵌入到阳极。术语“活性金属阳极”指的是在充电/放电期间沉积/剥离活性金属阳离子的沉积/剥离型的阳极，而“活性阳离子阳极”指的是在充电/放电期间嵌入/脱嵌活性金属阳离子的嵌入型的阳极。
如上文所提及的，本文公开的电解质的一些实施方案可以进一步受益于一种或更多种氟化醚(例如，氟化线性醚)的添加，这允许电解质化学工作者例如在盐与稀释剂氟化醚的最小溶剂化的情况下将电解质浓度微调至最佳浓度和/或提供一种或更多种其他功能，诸如降低电解质的粘度，改善电解质对高电压的氧化稳定性，和/或有助于在阳极上形成SEI层。本文所公开的是新的电解质制剂的料想不到的结果的新发现，该料想不到的结果是克服了差的循环稳定性问题并且允许构建新的稳定的电化学装置化学。
下文使用锂作为活性金属描述了混合醚电解质的详细实例。然而，本领域技术人员将容易理解，这些实例的基本原理可以扩展到其他活性金属，诸如钠、钾、钙和镁。在这点上，如本文和所附权利要求中所使用的，字母“M”被用于表示以下两者：活性金属，诸如锂、钠、钾、钙或镁以及其他；以及在本公开内容的电解质的任何特定的实例中的对应的活性金属的一定数目的阳离子，其中适当的含义从使用“M”的上下文中是明显的。类似地，在本文和所附权利要求中使用字母“O”来表示元素氧和一定数目的氧原子两者，一定数目的氧原子诸如在本公开内容的非氟化混合醚共溶剂体系的任何特定实例中的特定实例中的一定数目的氧原子，其中适当的含义从使用“O”的上下文中是明显的。
应当注意，在整个本公开内容和所附权利要求中，术语“约”当与对应的数值一起使用时指的是数值的±20％，典型地数值的±10％，通常是数值的±5％，并且最常见的是数值的±2％。在一些实施方案中，术语“约”可以意指数值本身。
以锂作为活性金属的实例
锂离子具有约4的溶剂化数SN(又名“配位数”)，这意味着每个锂离子平均与约四个溶剂分子配位，该配位比溶剂分子相互结合更强。在基于非氟化醚的溶剂的情况下(环状的和线性的两者)，锂离子与溶剂分子中的氧原子结合。因此，在一些实施方案中，为了使非氟化混合醚共溶剂体系中的游离的或未溶剂化的溶剂分子的量最小化，锂与氧的摩尔比或Li:O摩尔比应当在约1:1至约1:7、约1:2至约1:5、约1:2至约1:6、约1:3.5至约1:4.5、或约1:4以及其他的范围内。因此，在一些实施方案中，本公开内容的电解质可以包含至少一种环醚、至少一种线性醚和至少一种基于锂的盐，其中作为盐的Li原子和非氟化混合醚体系的氧原子之间的Li:O摩尔比是在约1:1至约1:7、约1:2至约1:5、约1:2至约1:6、约1:3至约1:5、约1:3.5至约1:4.5、或约1:4以及其他的范围内。应当理解，还可以使用Li:线性溶剂分子的摩尔比的可选择的表达。例如，如果线性溶剂是醚(每个分子一个氧)，则Li:线性溶剂分子的摩尔比是1:4，因为4作为溶剂化数。然而，如果线性溶剂是二醚(每个分子两个氧)，则Li:线性溶剂分子的摩尔比是1:2，因为4作为溶剂化数。
更一般地，对于除Li+之外的活性金属M，活性金属与氧的摩尔比或M:O摩尔比可以针对讨论中的其他活性金属的不同溶剂化数SN进行调节。例如，在一些实施方案中，期望的/设计的M:O摩尔比可以被概括为落入约1:(SN-3)至约1:(SN+3)、约1:(SN-2)至约1:(SN+2)、约1:(SN-1)至约1:(SN+1)、约1:(SN-0.5)至约1:(SN+0.5)或约1:SN的范围内。其他活性金属M的实例包括但不限于：具有约5.7-5.8的SN的钠(Na+)，以及具有约6.9-7.0的溶剂化数的钾(K+)。当多于一种具有不同数目的氧原子的非氟化线性醚彼此混合时，确定所期望的比变得有点更复杂。例如，对于锂(SN＝4)，概括的示例性方式如下。Li+的总摩尔数比醚官能团的总摩尔数(＝氧的摩尔数)将等于1:4。如果醚溶剂仅包含一个氧，则其被认为是1摩尔，如果醚溶剂包含两个氧醚基团，则其被认为是2摩尔，等等。因此可以建立以下等式：[Li+摩尔数]/([1×单醚摩尔数+2×二醚摩尔数+3×三醚摩尔数+4×四醚摩尔数+等等]＝4(+/-任何可接受的公差，如果有的话，诸如上文提到的+/-3、+/-2、+/-1、+/-0.5的实例)。在非氟化混合醚共溶剂体系中，非氟化环醚与非氟化线性醚之间的体积比、重量比或摩尔比可以在约10:90至约90:10、约30:70至约70:30、约10:90至约40:60、或约10:90至约25:75以及其他的范围内。
当将一种或更多种氟化醚提供至本公开内容的电解质诸如紧邻的前一段中描述的基于锂的电解质时，在一些实施方案中，氟化醚可以占最终混合醚电解质的体积％为在约5％至约50％的范围内或在约25％至约45％的范围内以及其他范围，最终混合醚电解质的体积即基于锂的盐+非氟化混合醚共溶剂体系+氟化醚的总体积。在此情况中，在一些实施方案中，非氟化混合醚共溶剂体系与氟化醚溶剂的体积比可以在约70:30至约40:60或约65:35至约55:45以及其他的范围内。在一些实施方案中，最终盐浓度(即，盐摩尔数/升全部溶剂，所述全部溶剂包括非氟化线性醚、非氟化环醚，以及氟化醚，如果存在的话)可以在从约0.2M直至约7M、从约1.9M至约4.5M或约2.0M至约3.0M以及其他的范围内。在一些实施方案中，盐的浓度可以是约2摩尔/升非氟化混合醚共溶剂至约5摩尔/升非氟化混合醚共溶剂，或约3.5摩尔/升非氟化混合醚共溶剂体系至约4.5摩尔/升非氟化混合醚共溶剂体系，以及其他。
现在转向一些具体实例，已经使用根据本公开内容制备的电解质进行了实验，以试图最大化来自这些组分中的每一种的多种功能，所述电解质包含作为盐的LiFSI、作为非氟化混合醚共溶剂体系的1,4-DX+DEE以及作为氟化醚的TFE。例如，1,4-DX在新的电解质中保持了其在上文列出的许多优点，而DEE实现了在整个电解质内足够的锂盐溶解度以减少/消除未配位的游离的环醚和线性醚溶剂，并且作为稀释溶剂的TFE具有对LiFSI盐的极低的溶解度并且降低了新电解质的总粘度。
本公开内容的非氟化混合醚共溶剂体系的新的配位机制可以在锂电池的循环稳定性的显著改善中发挥非常重要的作用。在一些实施方案中，最佳的Li:O摩尔比是1:4(基于如上文提及的关于锂的～4的溶剂化数)，或者在非氟化混合醚共溶剂体系中锂阳离子与溶剂分子的摩尔比是1:2(每个非氟化醚溶剂分子具有2个氧原子)，其中的每一种实现了几乎没有游离溶剂，以改善在阳极和阴极上的电解质的稳定性。这种可观的协同效应大大驱动了本公开内容的新混合电解质在锂金属电池中的阳极稳定性和阴极稳定性的显著改善，这已经在实际的软包电池的测试中得到很好的证明，如下文讨论的。
与其中仅有的非氟化醚是线性醚的对照电解质(用40％体积的TFE稀释的3.6MLiFSI-DEE)相比，利用新发明的基于1,4-DX的混合醚电解质(例如，“混合醚1”至“混合醚6”，其中制剂细节在下表1中列出)的软包电池清楚地展示了在多种循环条件下(图1中的0.2C-0.1C，图2中的0.33C-0.33C，以及图3中的0.2C-1.0C)的好得多的循环性能。当与图1、图2和图3中测试的对照电解质相比时，这些示例性制剂中的最佳的测试的混合醚电解质制剂(这里是混合醚1、混合醚3和混合醚6)分别提供了43％、20％和23％的循环寿命改善。
此外，从安全观点来看，例如，以100％充电状态(SOC)在高温储存时，混合醚3电解质还展示了与对照电解质相比较少的气体产生和较高的恢复容量比，如图4A和图4B中示出的。
在包含混合醚3电解质或对照电解质的无阳极的(anode-free)铜-NMC(铜-镍-镁-钴)软包电池中进一步验证了循环性能。该进一步的测试已经清楚地揭示了，这些具有本公开内容的先进的混合醚电解质(在该实例中为混合醚3)的电池在0.33C-0.33C循环条件(图5)和0.2C-0.1C循环条件(图6)两者下都优于包含对照电解质的电池，这证实了具有较高的锂沉积/剥离的CE的新的混合醚电解质的效力。
为了支持本公开内容的原理的普遍适用性，还测试了类似的环状溶剂1,3-二氧六环(1,3-DX)。在图7和图8中提供了具有基于1,3-DX的混合电解质(混合醚7，其中关于示例性制剂的细节在表1中)和作为比较的对照电解质的无阳极的软包电池的对应的循环稳定性。该比较说明，当与仅包含线性醚的对照电解质相比较时，本公开内容的混合醚电解质展示出较高的循环稳定性，尤其是对锂金属的循环稳定性。基于上文的综合结果，所公开的具有非常稳定的非氟化环醚溶剂和完全的盐-非氟化溶剂配位网络的混合醚电解质能够促进优于先前的对照电解质的电池循环性能。
本领域技术人员将理解，本公开内容的混合醚电解质的新的配位方案，即调整盐阳离子与非氟化混合醚共溶剂体系的氧原子或非氟化混合醚共溶剂体系中的溶剂分子的摩尔比，适用于广泛变化的多种盐、非氟化环醚、非氟化线性醚以及氟化醚(如果被包含的话)。例如，可以使用以下的盐中的一种或更多种：MFSI、MTFSI、MClO4、MBF4、MPF6、MAsF6、MTf、MBETI、MCTFSI、MTDI、MPDI、MDCTA、MB(CN)4、MBOB和MDFOB(M：Li、Na、K)以及其他，单一的盐或多种盐的混合物。
除了上文讨论的1,4-DX和1,3-DX之外的非氟化环醚的实例包括但不限于：单独地或以任何合适的组合地，四氢吡喃、四氢呋喃、1,3-二氧戊环、2,4-二甲基四氢呋喃、3,4-二甲基四氢呋喃、2,5-二甲基四氢呋喃、2,2-二甲基四氢呋喃、3,3-二甲基四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、3-甲基四氢呋喃和2-乙基-5-甲基四氢呋喃以及其他。本领域技术人员将容易理解，非氟化环醚的这些实例是为了说明而提出的并且不完整，因为在本公开内容的上下文中化合物作为非氟化环醚溶剂的有用性将取决于该化合物与盐阳离子配位以实现本文公开的期望效果的能力。本领域技术人员将能够容易地通过仅进行常规实验来区分有用的非氟化环醚溶剂和无用的非氟化环醚溶剂。
合适的非氟化线性醚可以包含各自具有任何数目的氧原子的分子。例如：合适的单氧原子非氟化线性醚包括但不限于甲基丙基醚、甲基丁基醚、乙基丙基醚、乙基丁基醚、丙基丁基醚、二乙醚、二丙醚和二丁醚，以及其他；除了上文讨论的DEE之外，合适的二氧原子非氟化线性醚包括但不限于1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二丙氧基乙烷和1,2-二丁氧基乙烷，以及其他；合适的三氧原子非氟化线性醚包括但不限于双(2-甲氧基乙基)醚和2-乙氧基乙基醚，以及其他；并且合适的四氧原子非氟化线性醚包括但不限于双[2-(2-甲氧基乙氧基)乙基]醚，以及其他。本领域技术人员将容易理解，非氟化线性醚的这些实例是为了说明而提出的并且不完整，因为在本公开内容的上下文中化合物作为非氟化线性醚溶剂的有用性将取决于该化合物与盐阳离子配位以实现本文公开的期望效果的能力。本领域技术人员将能够容易地通过仅进行常规实验来区分有用的非氟化线性醚溶剂和无用的非氟化线性醚溶剂。
除了上文讨论的TFE之外的氟化醚的实例包括但不限于CHF2CF2OCH2CF2CHF2 、CHF2CF2CH2OCF2CHFCF3 、CHF2CF2OCH2CF2CF2CF2CHF2 、 CHF2CF2OCH(CH3)2 、CF3CH2OCF2CH(CH3)CF3、CH3OCF2CF2OCH3、CF3CH2OCH2CH2OCH2CF3、CF3CHFOCH2CH2OCHFCF、CHF2CF2OCH2CH3、CHF2CF2OCH2CF3和CF3CH2OCH2CF3，以及其他。本领域技术人员将容易理解，氟化醚的这些实例是为了说明而提出的并且不完整，因为在本公开内容的上下文中化合物作为氟化醚的有用性将取决于该化合物实现本文公开的期望效果(诸如稀释和参与SEI形成以及其他)的能力。本领域技术人员将能够容易地通过仅进行常规实验来区分有用的氟化醚和无用的氟化醚。
如上文提及的，本公开内容的混合醚电解质还可以任选地包含一种或更多种其他类型的溶剂(非氟化的或氟化的)，诸如碳酸酯(carbonate)、磺酸酯(sulfonate)、磷酸酯(phosphate)。在一些实施方案中，当这样的其他溶剂存在时，其他溶剂的量应当以最终电解质的体积的按体积计5％或更少的量存在。
本公开内容还可以被认为描述了一种制备用于电化学装置的混合醚电解质的方法，所述电化学装置诸如具有活性金属阳极的二次电池，所述活性金属阳极在充电/放电期间经历活性金属的沉积/剥离。该方法包括选择一种或更多种盐，用于提供与电化学装置的化学过程相容的盐阳离子。以基于锂的化学过程作为实例，该方法包括选择一种或更多种基于锂的盐，诸如上文提及的基于锂的盐中的一种或更多种。
该方法还包括产生包含至少一种非氟化环醚和至少一种非氟化线性醚的非氟化混合醚共溶剂体系。在一些实施方案中，每种非氟化环醚和非氟化线性醚可以选自上文列出的或本文以其他方式公开的示例性非氟化环醚和非氟化线性醚。非氟化环醚和非氟化线性醚的选择可以基于许多因素，包括但不限于溶剂化所选择的盐的能力、沸点、粘度、高电压下的氧化稳定性、对于Li的还原电位、对锂金属的化学稳定性和气体产生，以及其他。当选择合适的非氟化环醚和非氟化线性醚时，本领域技术人员将容易理解除本文公开的盐阳离子配位能力之外还需要考虑的因素。应当注意，非氟化混合醚共溶剂体系可以在整个方法中的任何时间产生，诸如在与盐混合之前，或者在非氟化醚类型(环醚和线性醚)中的一种已经与盐混合之后，以及其他时间。在后一个实例中，一旦所有的非氟化环醚和非氟化线性醚都被提供至混合醚电解质，就产生非氟化混合醚共溶剂体系。
该方法还包括将盐和非氟化混合醚共溶剂体系按比例组合，以致M:O或M:(非氟化混合醚共溶剂体系中的溶剂分子)的摩尔比使得来自非氟化混合醚共溶剂体系的游离的溶剂分子的数目被最小化。如上文所讨论的，该步骤可以包括利用讨论中的盐阳离子M的溶剂化数SN和在非氟化混合醚共溶剂体系的每个溶剂分子中的氧原子O的数目来确定对应的摩尔比，该摩尔比然后可以被用于配制适当比例的盐和非氟化混合醚共溶剂体系以彼此混合，以获得期望的游离溶剂最小化的混合醚电解质和期望的盐浓度。在一些实施方案中，混合醚电解质的其他特性可能需要结合使用所公开的技术使游离溶剂的量最小化来考虑。例如，可能期望将混合醚电解质的粘度维持为尽可能低，同时还使电解质电导率保持尽可能高，全部同时试图在电化学稳定性窗口与整个电池化学过程相容的条件下平衡所有参数。因此，并且如本领域技术人员将理解的，本公开内容的混合醚电解质的适当制剂——尽管根据本文公开的一般原理来设计——可能不具有关于讨论中的相关溶剂化数的精确的M:O摩尔比。事实上，这是为什么在多个实例中期望的M:O摩尔比可以具有在上文提及的示例性范围内的值的原因。
该方法可以任选地包括向混合醚电解质中添加一种或更多种氟化醚。每种氟化醚可以选自例如上文提及的氟化醚。添加的氟化醚的量可以是基于一个或更多个标准选择的量，所述标准诸如获得期望的/设计的总盐浓度(即，相对于非氟化环醚和非氟化线性醚以及氟化醚的总量)所需的量，实现混合醚电解质的期望的总粘度所需的量，和足以参与SEI形成的量，以及其他的量，以及其任何组合。
图9图示了根据本公开内容的方面制备的高度简化的电化学装置900。本领域技术人员将容易理解，电化学装置900可以是例如蓄电池单元(battery cell)或超级电容器。此外，本领域技术人员将容易理解，图9仅图示了电化学装置900的一些基本功能部件，并且电化学装置的真实世界的实例诸如二次蓄电池单元或超级电容器将通常使用卷绕的构造或堆叠的构造来体现，该卷绕的构造或堆叠的构造包括图9中描绘的多个层中的一个或更多个。此外，本领域技术人员将理解，电化学装置900可以包括其他部件，诸如电引线(electrical lead)、电端子(electrical terminal)、密封件、热关断层(thermalshutdown layer)、电路、吸气零件(gas-gettering feature)和/或通风口等，为了便于说明，这些其他部件在图9中未示出。
在该实例中，电化学装置900包括间隔开的阴极904和阳极908以及一对对应的相应的集电器904A、908A。多孔介电隔板912位于阴极904和阳极908之间以使阴极904和阳极908彼此电隔离，但允许在根据本公开内容制备的混合醚电解质916内的离子流过多孔介电隔板。将多孔介电隔板912和/或阴极904和阳极908中的一个、另一个或两者(取决于是否是多孔的)，至少部分地用混合醚电解质916浸渍。电化学装置900包括密封容器920，密封容器920包含至少阴极904、阳极908、多孔介电隔板912和混合醚电解质916。
如本领域技术人员将理解的，取决于电化学装置900的类型和设计，阴极904和阳极908中的每一个包括与混合醚电解质916的盐离子和其他成分相容的合适的材料。在一些实施方案中，阳极908可以是活性金属阳极，该活性金属阳极通过活性金属(例如，上文提及的锂或任何其他活性金属)在充电/放电期间的沉积/剥离来起作用。集电器904A、908A中的每一个都可以由任何合适的导电材料制成。多孔介电隔板912可以由任何合适的多孔介电材料制成，合适的多孔介电材料诸如多孔聚合物、陶瓷涂覆的多孔聚合物以及其他。可用于构造图9的电化学装置900的许多电池构造和超级电容器构造在本领域中是已知的，使得对于本领域技术人员理解如何在其最全面的范围内制造和使用本公开内容的各个方面，没有必要以任何细节描述它们。
如本领域技术人员将容易理解的，根据本公开内容制备的混合醚电解质916的存在为电化学装置900提供了新颖性。混合醚电解质916可以是本文中通过实例、配制方法和/或主要的基本原理所公开的任何制剂。
在一些方面中，本公开内容涉及一种制备用于电化学电池的混合醚电解质的方法，电化学电池使用活性金属操作。该方法包括：选择一种或更多种盐，该一种或更多种盐用于提供活性金属的阳离子；选择至少一种非氟化环醚和至少一种非氟化线性醚以参与非氟化混合醚共溶剂体系；将一种或更多种盐、一种或更多种非氟化环醚和一种或更多种非氟化线性醚彼此组合，使得混合醚电解质具有在约1:(SN-3)至约1:(SN+3)的范围内的M:O摩尔比，其中M是一种或更多种盐中的总数目的活性金属的阳离子，O是在非氟化混合醚共溶剂体系中总数目的氧原子，并且SN是活性金属的溶剂化数。
在该方法的一种或更多种实施方案中，其中M:O摩尔比在约1:(SN-2)至约1:(SN+2)的范围内。
在该方法的一种或更多种实施方案中，其中M:O摩尔比在约1:(SN-0.5)至约1:(SN+0.5)的范围内。
在该方法的一种或更多种实施方案中，其中M:O摩尔比是约1:SN。
在该方法的一种或更多种实施方案中，其中活性金属是锂，并且M:O摩尔比在约1:1至约1:7的范围内。
在该方法的一种或更多种实施方案中，其中活性金属是锂，并且M:O摩尔比在约1:2至约1:5的范围内。
在该方法的一种或更多种实施方案中，其中活性金属是锂，并且M:O摩尔比在约1:3.5至约1:4.5的范围内。
在该方法的一种或更多种实施方案中，其中活性金属是锂，并且M:O摩尔比是约1:4。
在该方法的一种或更多种实施方案中，其中混合醚电解质具有在约3.5摩尔/升至约5摩尔/升的范围内的总盐相对于非氟化混合醚共溶剂体系的浓度。
在该方法的一种或更多种实施方案中，其中混合醚电解质具有在约3.5摩尔/升至约4.5摩尔/升的范围内的总盐相对于非氟化混合醚共溶剂体系的浓度。
在该方法的一种或更多种实施方案中，其中活性金属是锂。
在该方法的一种或更多种实施方案中，还包括一种或更多种氟化醚。
在该方法的一种或更多种实施方案中，其中混合醚电解质具有在约70:30至约40:60的范围内的非氟化混合醚共溶剂体系与一种或更多种氟化醚的体积比。
在该方法的一种或更多种实施方案中，其中混合醚电解质具有在约65:35至约55:45的范围内的非氟化混合醚共溶剂体系与一种或更多种氟化醚的体积比。
在该方法的一种或更多种实施方案中，其中活性金属是锂，并且至少一种非氟化环醚选自由以下组成的组：1,4-二氧六环、1,3-二氧六环、四氢吡喃、四氢呋喃、1,3-二氧戊环、2,4-二甲基四氢呋喃、3,4-二甲基四氢呋喃、2,5-二甲基四氢呋喃、2,2-二甲基四氢呋喃、3,3-二甲基四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、3-甲基四氢呋喃和2-乙基-5-甲基四氢呋喃。
在该方法的一种或更多种实施方案中，其中活性金属是锂，并且至少一种非氟化线性醚选自由以下组成的组：甲基丙基醚、甲基丁基醚、乙基丙基醚、乙基丁基醚、丙基丁基醚、二乙醚、二丙醚、二丁醚、1,2-二乙氧基乙烷、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二丙氧基乙烷和1,2-二丁氧基乙烷、双(2-甲氧基乙基)醚和2-乙氧基乙基醚以及双[2-(2-甲氧基乙氧基)乙基]醚。
在该方法的一种或更多种实施方案中，其中活性金属是锂，并且至少一种氟化醚选自由以下组成的组：CHF2CF2OCH2CH2OCF2CHF2、CHF2CF2OCH2CF2CHF2 、CHF2CF2CH2OCF2CHFCF3 、CHF2CF2OCH2CF2CF2CF2CHF2、 CHF2CF2OCH(CH3)2、CF3CH2OCF2CH(CH3)CF3 、 CH3OCF2CF2OCH3 、CF3CH2OCH2CH2OCH2CF3、 CF3CHFOCH2CH2OCHFCF、CHF2CF2OCH2CH3、CHF2CF2OCH2CF3和CF3CH2OCH2CF3。
在该方法的一种或更多种实施方案中，其中活性金属是锂，并且至少一种氟化醚选自由以下组成的组：CHF2CF2OCH2CH2OCF2CHF2、CHF2CF2OCH2CF2CHF2 、CHF2CF2CH2OCF2CHFCF3 、CHF2CF2OCH2CF2CF2CF2CHF2、 CHF2CF2OCH(CH3)2、CF3CH2OCF2CH(CH3)CF3 、 CH3OCF2CF2OCH3 、CF3CH2OCH2CH2OCH2CF3、 CF3CHFOCH2CH2OCHFCF、CHF2CF2OCH2CH3、CHF2CF2OCH2CF3和CF3CH2OCH2CF3。
在该方法的一种或更多种实施方案中，其中至少一种盐选自由以下组成的组：LiFSI、LiTFSI、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiTf、LiBETI、LiCTFSI、LiTDI、LiPDI、LiDCTA、LiB(CN)4、LiBOB和LiDFOB。
在该方法的一种或更多种实施方案中，其中至少一种盐选自由以下组成的组：LiFSI、LiTFSI、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiTf、LiBETI、LiCTFSI、LiTDI、LiPDI、LiDCTA、LiB(CN)4、LiBOB和LiDFOB。
在该方法的一种或更多种实施方案中，其中至少一种盐是基于锂的盐；至少一种非氟化环醚包括1,4-二氧六环、1,3-二氧六环或两者；并且至少一种非氟化线性醚包括1,2-二乙氧基乙烷(DEE)。
在该方法的一种或更多种实施方案中，其中至少一种盐是LiFSI。
在该方法的一种或更多种实施方案中，其中至少一种非氟化醚是1,4-二氧六环。
在该方法的一种或更多种实施方案中，其中至少一种非氟化醚是1,3-二氧六环。
在该方法的一种或更多种实施方案中，还包括1,2-(1,1,2,2-四氟乙氧基)乙烷(TFE)。
在该方法的一种或更多种实施方案中，其中M:O摩尔比为约1:4。
在该方法的一种或更多种实施方案中，其中混合醚电解质具有在约65:35至约55:45的范围内的非氟化混合醚共溶剂体系与TFE的体积比。
在该方法的一种或更多种实施方案中，其中非氟化混合醚共溶剂体系具有在约10:90至约25:75的范围内的至少一种非氟化环醚与至少一种非氟化线性醚的体积比。
在该方法的一种或更多种实施方案中，其中混合醚电解质还包含选自由碳酸酯、磺酸酯和磷酸酯组成的组的至少一种另外的溶剂，至少一种另外的溶剂中的每一种可以是氟化的或非氟化的。
在该方法的一种或更多种实施方案中，其中全部的至少一种另外的溶剂具有组合体积，该组合体积构成混合醚电解质的总体积的约5％或更少。
在该方法的一种或更多种实施方案中，还包括进行计算以用于确定一种或更多种盐和一种或更多种非氟化线性醚的量，其中计算包括关于M:O摩尔比的目标范围。
在一些方面中，本公开内容涉及一种电化学电池，其包括：阳极，该阳极至少当电化学电池处于充电状态时包含活性金属；阴极；隔板，该隔板将阳极和阴极彼此电隔离；以及混合醚电解质，该混合醚电解质使阳极和阴极彼此离子耦合，以便在电化学电池的充电和放电期间在阳极和阴极之间传导活性金属的离子，其中混合醚电解质包含：至少一种盐，该盐包含总数目的活性金属的阳离子M，其中活性金属具有溶剂化数SN；以及非氟化混合醚共溶剂体系，该非氟化混合醚共溶剂体系由至少一种非氟化环醚和至少一种非氟化线性醚组成，其中非氟化混合醚共溶剂体系具有总数目的氧原子O；并且其中至少一种盐和非氟化混合醚共溶剂体系以相应的量存在，该相应的量使得混合醚电解质具有在约1:(SN-3)至约1:(SN+3)的范围内的M:O摩尔比。
在电化学电池的一种或更多种实施方案中，其中M:O摩尔比在约1:(SN-2)至约1:(SN+2)的范围内。
在电化学电池的一种或更多种实施方案中，其中M:O摩尔比在约1:(SN-0.5)至约1:(SN+0.5)的范围内。
在电化学电池的一种或更多种实施方案中，其中M:O摩尔比是约1:SN。
在电化学电池的一种或更多种实施方案中，其中活性金属是锂，并且M:O摩尔比在约1:1至约1:7的范围内。
在电化学电池的一种或更多种实施方案中，其中活性金属是锂，并且M:O摩尔比在约1:2至约1:5的范围内。
在电化学电池的一种或更多种实施方案中，其中活性金属是锂，并且M:O摩尔比在约1:3.5至约1:4.5的范围内。
在电化学电池的一种或更多种实施方案中，其中活性金属是锂，并且M:O摩尔比是约1:4。
在电化学电池的一种或更多种实施方案中，其中混合醚电解质具有在约3.5摩尔/升至约5摩尔/升的范围内的总盐相对于非氟化混合醚共溶剂体系的浓度。
在电化学电池的一种或更多种实施方案中，其中混合醚电解质具有在约3.5摩尔/升至约4.5摩尔/升的范围内的总盐相对于非氟化混合醚共溶剂体系的浓度。
在电化学电池的一种或更多种实施方案中，其中活性金属是锂。
在电化学电池的一种或更多种实施方案中，还包括一种或更多种氟化醚。
在电化学电池的一种或更多种实施方案中，其中混合醚电解质具有在约70:30至约40:60的范围内的非氟化混合醚共溶剂体系与一种或更多种氟化醚的体积比。
在电化学电池的一种或更多种实施方案中，其中混合醚电解质具有在约65:35至约55:45的范围内的非氟化混合醚共溶剂体系与一种或更多种氟化醚的体积比。
在电化学电池的一种或更多种实施方案中，其中阳极是锂金属阳极，活性金属是锂，并且至少一种非氟化环醚选自由以下组成的组：1,4-二氧六环、1,3-二氧六环、四氢吡喃、四氢呋喃、1,3-二氧戊环、2,4-二甲基四氢呋喃、3,4-二甲基四氢呋喃、2,5-二甲基四氢呋喃、2,2-二甲基四氢呋喃、3,3-二甲基四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、3-甲基四氢呋喃和2-乙基-5-甲基四氢呋喃。
在电化学电池的一种或更多种实施方案中，其中阳极是锂金属阳极，活性金属是锂，并且至少一种非氟化线性醚选自由以下组成的组：甲基丙基醚、甲基丁基醚、乙基丙基醚、乙基丁基醚、丙基丁基醚、二乙醚、二丙醚、二丁醚、1,2-二乙氧基乙烷、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二丙氧基乙烷和1,2-二丁氧基乙烷、双(2-甲氧基乙基)醚和2-乙氧基乙基醚以及双[2-(2-甲氧基乙氧基)乙基]醚，使用本文列举的电化学电池中的任何一种制备。
在电化学电池的一种或更多种实施方案中，其中阳极是锂金属阳极，活性金属是锂，并且至少一种氟化醚选自由以下组成的组：CHF2CF2OCH2CH2OCF2CHF2、CHF2CF2OCH2CF2CHF2、CHF2CF2CH2OCF2CHFCF3、CHF2CF2OCH2CF2CF2CF2CHF2、CHF2CF2OCH(CH3)2、CF3CH2OCF2CH(CH3)CF3、CH3OCF2CF2OCH3、CF3CH2OCH2CH2OCH2CF3、CF3CHFOCH2CH2OCHFCF、CHF2CF2OCH2CH3、CHF2CF2OCH2CF3和CF3CH2OCH2CF3。
在电化学电池的一种或更多种实施方案中，其中阳极是锂金属阳极，活性金属是锂，并且至少一种氟化醚选自由以下组成的组：CHF2CF2OCH2CH2OCF2CHF2、CHF2CF2OCH2CF2CHF2、CHF2CF2CH2OCF2CHFCF3、CHF2CF2OCH2CF2CF2CF2CHF2、CHF2CF2OCH(CH3)2、CF3CH2OCF2CH(CH3)CF3、CH3OCF2CF2OCH3、CF3CH2OCH2CH2OCH2CF3、CF3CHFOCH2CH2OCHFCF、CHF2CF2OCH2CH3、CHF2CF2OCH2CF3和CF3CH2OCH2CF3。
在电化学电池的一种或更多种实施方案中，其中至少一种盐选自由以下组成的组：LiFSI、LiTFSI、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiTf、LiBETI、LiCTFSI、LiTDI、LiPDI、LiDCTA、LiB(CN)4、LiBOB和LiDFOB。
在电化学电池的一种或更多种实施方案中，其中至少一种盐选自由以下组成的组：LiFSI、LiTFSI、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiTf、LiBETI、LiCTFSI、LiTDI、LiPDI、LiDCTA、LiB(CN)4、LiBOB和LiDFOB，使用本文列举的电化学电池中的任何一种制备。
在电化学电池的一种或更多种实施方案中，其中至少一种盐是基于锂的盐；至少一种非氟化环醚包括1,4-二氧六环、1,3-二氧六环或两者；并且至少一种非氟化线性醚包括1,2-二乙氧基乙烷(DEE)。
在电化学电池的一种或更多种实施方案中，其中至少一种盐是LiFSI。
在电化学电池的一种或更多种实施方案中，其中至少一种非氟化醚是1,4-二氧六环。
在电化学电池的一种或更多种实施方案中，其中至少一种非氟化醚是1,3-二氧六环。
在电化学电池的一种或更多种实施方案中，还包括1,2-(1,1,2,2-四氟乙氧基)乙烷(TFE)。
在电化学电池的一种或更多种实施方案中，其中M:O摩尔比是约1:4。
在电化学电池的一种或更多种实施方案中，其中混合醚电解质具有在约65:35至约55:45的范围内的非氟化混合醚共溶剂体系与TFE的体积比。
在电化学电池的一种或更多种实施方案中，其中非氟化混合醚共溶剂体系具有在约10:90至约25:75的范围内的至少一种非氟化环醚与至少一种非氟化线性醚的体积比。
在电化学电池的一种或更多种实施方案中，还包括选自由以下组成的组的至少一种另外的溶剂：碳酸酯、磺酸酯和磷酸酯，至少一种另外的溶剂中的每一种可以是氟化的或非氟化的。
在电化学电池的一种或更多种实施方案中，其中全部的至少一种另外的溶剂具有组合体积，该组合体积构成混合醚电解质的总体积的约5％或更少。
可以在不偏离本发明的精神和范围的情况下做出多种修改和添加。上文描述的多种实施方案中的每一种实施方案的特征可以适当地与其他所描述的实施方案的特征组合，以便在相关的新实施方案中提供多种特征组合。此外，虽然前文描述了多个单独的实施方案，但是本文已经描述的内容仅仅是对本发明的原理的应用的说明。此外，尽管本文的特定方法可以被说明和/或描述为以特定的顺序执行，但是为实现本公开内容的方面，排序在普通技术范围内是高度可变的。因此，本描述旨在仅通过实例的方式做出，并且不以其他方式限制本发明的范围。
已经在上文公开并在附图中图示出示例性的实施方案。本领域技术人员将理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以对本文具体公开的内容进行多种改变、省略和添加。

Claims (30)

1.一种混合醚电解质，包含：
至少一种盐，其包含总数目的活性金属的阳离子M，其中所述活性金属具有溶剂化数SN；以及
非氟化混合醚共溶剂体系，其由至少一种非氟化环醚和至少一种非氟化线性醚组成，其中所述非氟化混合醚共溶剂体系具有总数目的氧原子O；并且
其中所述至少一种盐和所述非氟化混合醚共溶剂体系以相应的量存在，所述相应的量使得所述混合醚电解质具有在约1:(SN-3)至约1:(SN+3)的范围内的M:O摩尔比。
2.根据权利要求1所述的混合醚电解质，其中所述M:O摩尔比在约1:(SN-2)至约1:(SN+2)的范围内。
3.根据权利要求1所述的混合醚电解质，其中所述M:O摩尔比在约1:(SN-0.5)至约1:(SN+0.5)的范围内。
4.根据权利要求1所述的混合醚电解质，其中所述M:O摩尔比是约1:SN。
5.根据权利要求1所述的混合醚电解质，其中所述活性金属是锂，并且所述M:O摩尔比在约1:1至约1:7的范围内。
6.根据权利要求1所述的混合醚电解质，其中所述活性金属是锂，并且所述M:O摩尔比在约1:2至约1:5的范围内。
7.根据权利要求1所述的混合醚电解质，其中所述活性金属是锂，并且所述M:O摩尔比在约1:3.5至约1:4.5的范围内。
8.根据权利要求1所述的混合醚电解质，其中所述活性金属是锂，并且所述M:O摩尔比是约1:4。
9.根据权利要求1所述的混合醚电解质，其中所述混合醚电解质具有在约3.5摩尔/升至约5摩尔/升的范围内的总盐相对于非氟化混合醚共溶剂体系的浓度。
10.根据权利要求1所述的混合醚电解质，其中所述混合醚电解质具有在约3.5摩尔/升至约4.5摩尔/升的范围内的总盐相对于非氟化混合醚共溶剂体系的浓度。
11.根据权利要求10所述的混合醚电解质，其中所述活性金属是锂。
12.根据权利要求1所述的混合醚电解质，还包含一种或更多种氟化醚。
13.根据权利要求12所述的混合醚电解质，其中所述混合醚电解质具有在约70:30至约40:60的范围内的所述非氟化混合醚共溶剂体系与所述一种或更多种氟化醚的体积比。
14.根据权利要求12所述的混合醚电解质，其中所述混合醚电解质具有在约65:35至约55:45的范围内的所述非氟化混合醚共溶剂体系与所述一种或更多种氟化醚的体积比。
15.根据权利要求1所述的混合醚电解质，其中所述活性金属是锂，并且至少一种非氟化环醚选自由以下组成的组：1,4-二氧六环、1,3-二氧六环、四氢吡喃、四氢呋喃、1,3-二氧戊环、2,4-二甲基四氢呋喃、3,4-二甲基四氢呋喃、2,5-二甲基四氢呋喃、2,2-二甲基四氢呋喃、3,3-二甲基四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、3-甲基四氢呋喃和2-乙基-5-甲基四氢呋喃。
16.根据权利要求1或15所述的混合醚电解质，其中所述活性金属是锂，并且至少一种非氟化线性醚选自由以下组成的组：甲基丙基醚、甲基丁基醚、乙基丙基醚、乙基丁基醚、丙基丁基醚、二乙醚、二丙醚、二丁醚、1,2-二乙氧基乙烷、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二丙氧基乙烷和1,2-二丁氧基乙烷、双(2-甲氧基乙基)醚和2-乙氧基乙基醚以及双[2-(2-甲氧基乙氧基)乙基]醚。
17.根据权利要求12所述的混合醚电解质，其中所述活性金属是锂，并且至少一种氟化醚选自由以下组成的组：CHF2CF2OCH2CH2OCF2CHF2、CHF2CF2OCH2CF2CHF2、CHF2CF2CH2OCF2CHFCF3、CHF2CF2OCH2CF2CF2CF2CHF2、CHF2CF2OCH(CH3)2、CF3CH2OCF2CH(CH3)CF3、CH3OCF2CF2OCH3、CF3CH2OCH2CH2OCH2CF3、CF3CHFOCH2CH2OCHFCF、CHF2CF2OCH2CH3、CHF2CF2OCH2CF3和CF3CH2OCH2CF3。
18.根据权利要求1或15所述的混合醚电解质，其中所述活性金属是锂，并且至少一种氟化醚选自由以下组成的组：CHF2CF2OCH2CH2OCF2CHF2、CHF2CF2OCH2CF2CHF2、CHF2CF2CH2OCF2CHFCF3、CHF2CF2OCH2CF2CF2CF2CHF2、CHF2CF2OCH(CH3)2、CF3CH2OCF2CH(CH3)CF3、CH3OCF2CF2OCH3、CF3CH2OCH2CH2OCH2CF3、CF3CHFOCH2CH2OCHFCF、CHF2CF2OCH2CH3、CHF2CF2OCH2CF3和CF3CH2OCH2CF3。
19.根据权利要求18所述的混合醚电解质，其中所述至少一种盐选自由以下组成的组：LiFSI、LiTFSI、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiTf、LiBETI、LiCTFSI、LiTDI、LiPDI、LiDCTA、LiB(CN)4、LiBOB和LiDFOB。
20.根据权利要求1至15和17中任一项所述的混合醚电解质，其中所述至少一种盐选自由以下组成的组：LiFSI、LiTFSI、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiTf、LiBETI、LiCTFSI、LiTDI、LiPDI、LiDCTA、LiB(CN)4、LiBOB和LiDFOB。
21.根据权利要求1所述的混合醚电解质，其中：
所述至少一种盐是基于锂的盐；
所述至少一种非氟化环醚包括1,4-二氧六环、1,3-二氧六环或两者；并且
所述至少一种非氟化线性醚包括1,2-二乙氧基乙烷(DEE)。
22.根据权利要求21所述的混合醚电解质，其中所述至少一种盐是LiFSI。
23.根据权利要求21或22所述的混合醚电解质，其中所述至少一种非氟化醚是1,4-二氧六环。
24.根据权利要求21或22所述的混合醚电解质，其中所述至少一种非氟化醚是1,3-二氧六环。
25.根据权利要求21或22所述的混合醚电解质，还包含1,2-(1,1,2,2-四氟乙氧基)乙烷(TFE)。
26.根据权利要求25所述的混合醚电解质，其中所述M:O摩尔比是约1:4。
27.根据权利要求25所述的混合醚电解质，其中所述混合醚电解质具有在约65:35至约55:45的范围内的所述非氟化混合醚共溶剂体系与所述TFE的体积比。
28.根据权利要求25所述的混合醚电解质，其中所述非氟化混合醚共溶剂体系具有在约10:90至约25:75的范围内的所述至少一种非氟化环醚与所述至少一种非氟化线性醚的体积比。
29.根据权利要求1所述的混合醚电解质，还包含选自由碳酸酯、磺酸酯和磷酸酯组成的组的至少一种另外的溶剂，所述至少一种另外的溶剂中的每一种可以是氟化的或非氟化的。
30.根据权利要求29所述的混合醚电解质，其中全部的所述至少一种另外的溶剂具有组合体积，所述组合体积构成所述混合醚电解质的总体积的约5％或更少。
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