KR20200105482A - 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드를 포함하는 비수성 전해질 조성물 - Google Patents
리튬 비스(플루오로설포닐)이미드를 포함하는 비수성 전해질 조성물 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20200105482A KR20200105482A KR1020207019566A KR20207019566A KR20200105482A KR 20200105482 A KR20200105482 A KR 20200105482A KR 1020207019566 A KR1020207019566 A KR 1020207019566A KR 20207019566 A KR20207019566 A KR 20207019566A KR 20200105482 A KR20200105482 A KR 20200105482A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- carbonate
- electrolyte composition
- weight
- lithium
- fluorinated
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 114
- VDVLPSWVDYJFRW-UHFFFAOYSA-N lithium;bis(fluorosulfonyl)azanide Chemical compound [Li+].FS(=O)(=O)[N-]S(F)(=O)=O VDVLPSWVDYJFRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 30
- 239000011255 nonaqueous electrolyte Substances 0.000 title description 4
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 119
- -1 Fluorinated acyclic carboxylic acid ester Chemical class 0.000 claims abstract description 70
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 27
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 229910010941 LiFSI Inorganic materials 0.000 claims abstract 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 47
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 37
- 125000003709 fluoroalkyl group Chemical group 0.000 claims description 26
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims description 24
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims description 22
- PFJLHSIZFYNAHH-UHFFFAOYSA-N 2,2-difluoroethyl acetate Chemical group CC(=O)OCC(F)F PFJLHSIZFYNAHH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 15
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 13
- 150000003972 cyclic carboxylic anhydrides Chemical class 0.000 claims description 11
- 150000005677 organic carbonates Chemical class 0.000 claims description 11
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 claims description 10
- ZOWSJJBOQDKOHI-UHFFFAOYSA-N 2,2,2-trifluoroethyl acetate Chemical compound CC(=O)OCC(F)(F)F ZOWSJJBOQDKOHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- SBLRHMKNNHXPHG-UHFFFAOYSA-N 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one Chemical group FC1COC(=O)O1 SBLRHMKNNHXPHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 8
- QOARFWDBTJVWJG-UHFFFAOYSA-N 2,2-difluoroethyl methyl carbonate Chemical compound COC(=O)OCC(F)F QOARFWDBTJVWJG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- PPTSBERGOGHCHC-UHFFFAOYSA-N boron lithium Chemical compound [Li].[B] PPTSBERGOGHCHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 6
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 6
- TUECBVIMNWXUIZ-UHFFFAOYSA-N 2,2-difluoroethyl propanoate Chemical compound CCC(=O)OCC(F)F TUECBVIMNWXUIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- DSMUTQTWFHVVGQ-UHFFFAOYSA-N 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one Chemical compound FC1OC(=O)OC1F DSMUTQTWFHVVGQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical class O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- CRJXZTRTJWAKMU-UHFFFAOYSA-N 4,4,5-trifluoro-1,3-dioxolan-2-one Chemical class FC1OC(=O)OC1(F)F CRJXZTRTJWAKMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910003473 lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- GBPVMEKUJUKTBA-UHFFFAOYSA-N methyl 2,2,2-trifluoroethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OCC(F)(F)F GBPVMEKUJUKTBA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- LDTVHHNIXCBROE-UHFFFAOYSA-N methyl 2,2,3,3-tetrafluoropropyl carbonate Chemical compound COC(=O)OCC(F)(F)C(F)F LDTVHHNIXCBROE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- LFXDZEWZNBZMRB-UHFFFAOYSA-N 3,3-difluoropropyl acetate Chemical compound CC(=O)OCCC(F)F LFXDZEWZNBZMRB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- LVTJQWGHKKVDST-UHFFFAOYSA-N 3,3-difluoropropyl propanoate Chemical compound CCC(=O)OCCC(F)F LVTJQWGHKKVDST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- VUZHZBFVQSUQDP-UHFFFAOYSA-N 4,4,5,5-tetrafluoro-1,3-dioxolan-2-one Chemical compound FC1(F)OC(=O)OC1(F)F VUZHZBFVQSUQDP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RMYFSKOGEWSTQR-UHFFFAOYSA-N 4,5-difluoro-4,5-dimethyl-1,3-dioxolan-2-one Chemical compound CC1(F)OC(=O)OC1(C)F RMYFSKOGEWSTQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N ethyl methyl carbonate Chemical class CCOC(=O)OC JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N lithium;bis(trifluoromethylsulfonyl)azanide Chemical compound [Li+].FC(F)(F)S(=O)(=O)[N-]S(=O)(=O)C(F)(F)F QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxol-2-one Chemical compound O=C1OC=CO1 VAYTZRYEBVHVLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- ZTTYKFSKZIRTDP-UHFFFAOYSA-N 4,4-difluoro-1,3-dioxolan-2-one Chemical compound FC1(F)COC(=O)O1 ZTTYKFSKZIRTDP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- AQJSPWIJMNBRJR-UHFFFAOYSA-N 4,5-difluoro-4-methyl-1,3-dioxolan-2-one Chemical compound CC1(F)OC(=O)OC1F AQJSPWIJMNBRJR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- QYIOFABFKUOIBV-UHFFFAOYSA-N 4,5-dimethyl-1,3-dioxol-2-one Chemical compound CC=1OC(=O)OC=1C QYIOFABFKUOIBV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- BJWMSGRKJIOCNR-UHFFFAOYSA-N 4-ethenyl-1,3-dioxolan-2-one Chemical compound C=CC1COC(=O)O1 BJWMSGRKJIOCNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- BKDHZLJIIXYFST-UHFFFAOYSA-N OC(O)=O.CCCC#CCC Chemical compound OC(O)=O.CCCC#CCC BKDHZLJIIXYFST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- HPFVBGJFAYZEBE-XNBTXCQYSA-N [(8r,9s,10r,13s,14s)-10,13-dimethyl-3-oxo-1,2,6,7,8,9,11,12,14,15,16,17-dodecahydrocyclopenta[a]phenanthren-17-yl] 3-cyclopentylpropanoate Chemical compound C([C@H]1[C@H]2[C@@H]([C@]3(CCC(=O)C=C3CC2)C)CC[C@@]11C)CC1OC(=O)CCC1CCCC1 HPFVBGJFAYZEBE-XNBTXCQYSA-N 0.000 claims description 2
- WLLOZRDOFANZMZ-UHFFFAOYSA-N bis(2,2,2-trifluoroethyl) carbonate Chemical compound FC(F)(F)COC(=O)OCC(F)(F)F WLLOZRDOFANZMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- VDLHKDQLOUOMTC-UHFFFAOYSA-N bis(2,2,3,3-tetrafluoropropyl) carbonate Chemical compound FC(F)C(F)(F)COC(=O)OCC(F)(F)C(F)F VDLHKDQLOUOMTC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- UYFISINJOLGYBJ-UHFFFAOYSA-N bis(2,2-difluoroethyl) carbonate Chemical compound FC(F)COC(=O)OCC(F)F UYFISINJOLGYBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- DISYGAAFCMVRKW-UHFFFAOYSA-N butyl ethyl carbonate Chemical compound CCCCOC(=O)OCC DISYGAAFCMVRKW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- FWBMVXOCTXTBAD-UHFFFAOYSA-N butyl methyl carbonate Chemical compound CCCCOC(=O)OC FWBMVXOCTXTBAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- VASVAWIFVXAQMI-UHFFFAOYSA-N butyl propyl carbonate Chemical compound CCCCOC(=O)OCCC VASVAWIFVXAQMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- QLVWOKQMDLQXNN-UHFFFAOYSA-N dibutyl carbonate Chemical compound CCCCOC(=O)OCCCC QLVWOKQMDLQXNN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- LZALMDHAYANXIN-UHFFFAOYSA-N dipropyl carbonate;methyl propyl carbonate Chemical compound CCCOC(=O)OC.CCCOC(=O)OCCC LZALMDHAYANXIN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- ODCCJTMPMUFERV-UHFFFAOYSA-N ditert-butyl carbonate Chemical compound CC(C)(C)OC(=O)OC(C)(C)C ODCCJTMPMUFERV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- CXHHBNMLPJOKQD-UHFFFAOYSA-M methyl carbonate Chemical compound COC([O-])=O CXHHBNMLPJOKQD-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 33
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 27
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 24
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 14
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 12
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 11
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 11
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000006182 cathode active material Substances 0.000 description 9
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 9
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 8
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 8
- BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N Borate Chemical compound [O-]B([O-])[O-] BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 7
- 150000005676 cyclic carbonates Chemical class 0.000 description 7
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 7
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 7
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 description 6
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 6
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 5
- 150000008053 sultones Chemical class 0.000 description 5
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 description 5
- FSSPGSAQUIYDCN-UHFFFAOYSA-N 1,3-Propane sultone Chemical compound O=S1(=O)CCCO1 FSSPGSAQUIYDCN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 125000003903 2-propenyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])=C([H])[H] 0.000 description 4
- 125000001494 2-propynyl group Chemical group [H]C#CC([H])([H])* 0.000 description 4
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 4
- 125000002015 acyclic group Chemical group 0.000 description 4
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000006183 anode active material Substances 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 4
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 description 4
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M lithium fluoride Chemical compound [Li+].[F-] PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 4
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 4
- ZPFAVCIQZKRBGF-UHFFFAOYSA-N 1,3,2-dioxathiolane 2,2-dioxide Chemical compound O=S1(=O)OCCO1 ZPFAVCIQZKRBGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VOGSDFLJZPNWHY-UHFFFAOYSA-N 2,2-difluoroethanol Chemical compound OCC(F)F VOGSDFLJZPNWHY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VAXZXQURAFVHFF-UHFFFAOYSA-N 2,2-difluoroethyl formate Chemical compound FC(F)COC=O VAXZXQURAFVHFF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- FALRKNHUBBKYCC-UHFFFAOYSA-N 2-(chloromethyl)pyridine-3-carbonitrile Chemical compound ClCC1=NC=CC=C1C#N FALRKNHUBBKYCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- GVNVAWHJIKLAGL-UHFFFAOYSA-N 2-(cyclohexen-1-yl)cyclohexan-1-one Chemical compound O=C1CCCCC1C1=CCCCC1 GVNVAWHJIKLAGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 101150065749 Churc1 gene Proteins 0.000 description 3
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910013872 LiPF Inorganic materials 0.000 description 3
- 101150058243 Lipf gene Proteins 0.000 description 3
- 102100038239 Protein Churchill Human genes 0.000 description 3
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 3
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 3
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 3
- 150000003949 imides Chemical class 0.000 description 3
- 229910001496 lithium tetrafluoroborate Inorganic materials 0.000 description 3
- FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N maleic anhydride Chemical compound O=C1OC(=O)C=C1 FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 229940014800 succinic anhydride Drugs 0.000 description 3
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 3
- IANQTJSKSUMEQM-UHFFFAOYSA-N 1-benzofuran Chemical compound C1=CC=C2OC=CC2=C1 IANQTJSKSUMEQM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CAFROQYMUICGNO-UHFFFAOYSA-N 2,2,2-trifluoroethyl formate Chemical compound FC(F)(F)COC=O CAFROQYMUICGNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WXVCMUWGHFXASO-UHFFFAOYSA-N 2,2-difluoroethyl ethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC(F)F WXVCMUWGHFXASO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000004778 2,2-difluoroethyl group Chemical group [H]C([H])(*)C([H])(F)F 0.000 description 2
- MFGALGYVFGDXIX-UHFFFAOYSA-N 2,3-Dimethylmaleic anhydride Chemical compound CC1=C(C)C(=O)OC1=O MFGALGYVFGDXIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KEFJLCGVTHRGAH-UHFFFAOYSA-N 2-acetyl-5-methylfuran Chemical compound CC(=O)C1=CC=C(C)O1 KEFJLCGVTHRGAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AYKYXWQEBUNJCN-UHFFFAOYSA-N 3-methylfuran-2,5-dione Chemical compound CC1=CC(=O)OC1=O AYKYXWQEBUNJCN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 4-Butyrolactone Chemical compound O=C1CCCO1 YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VGHBEMPMIVEGJP-UHFFFAOYSA-N 4-methyl-2h-furan-5-one Chemical compound CC1=CCOC1=O VGHBEMPMIVEGJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M Lithium hydroxide Chemical compound [Li+].[OH-] WMFOQBRAJBCJND-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 108010013381 Porins Proteins 0.000 description 2
- 239000000370 acceptor Substances 0.000 description 2
- 125000003342 alkenyl group Chemical group 0.000 description 2
- GSLDEZOOOSBFGP-UHFFFAOYSA-N alpha-methylene gamma-butyrolactone Chemical compound C=C1CCOC1=O GSLDEZOOOSBFGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 2
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 2
- RDOXTESZEPMUJZ-UHFFFAOYSA-N anisole Chemical compound COC1=CC=CC=C1 RDOXTESZEPMUJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 2
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- QARVLSVVCXYDNA-UHFFFAOYSA-N bromobenzene Chemical compound BrC1=CC=CC=C1 QARVLSVVCXYDNA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 150000001733 carboxylic acid esters Chemical class 0.000 description 2
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 2
- MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N chlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1 MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 2
- NIQAXIMIQJNOKY-UHFFFAOYSA-N ethyl 2,2,2-trifluoroethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC(F)(F)F NIQAXIMIQJNOKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- VANNPISTIUFMLH-UHFFFAOYSA-N glutaric anhydride Chemical compound O=C1CCCC(=O)O1 VANNPISTIUFMLH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 2
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 2
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000002931 mesocarbon microbead Substances 0.000 description 2
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 2
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000006340 pentafluoro ethyl group Chemical group FC(F)(F)C(F)(F)* 0.000 description 2
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 102000007739 porin activity proteins Human genes 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N sodium aluminosilicate Chemical compound [Na+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 2
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000006273 (C1-C3) alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- NCYNKWQXFADUOZ-UHFFFAOYSA-N 1,1-dioxo-2,1$l^{6}-benzoxathiol-3-one Chemical compound C1=CC=C2C(=O)OS(=O)(=O)C2=C1 NCYNKWQXFADUOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DLNIYCJLCUQJMS-UHFFFAOYSA-N 1,2,5-oxadithiolane Chemical compound C1CSOS1 DLNIYCJLCUQJMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OQHXCCQBSGTCGM-UHFFFAOYSA-N 1,2,5-oxadithiolane 2,2,5,5-tetraoxide Chemical compound O=S1(=O)CCS(=O)(=O)O1 OQHXCCQBSGTCGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AVPYLKIIPLFMHQ-UHFFFAOYSA-N 1,2,6-oxadithiane 2,2,6,6-tetraoxide Chemical compound O=S1(=O)CCCS(=O)(=O)O1 AVPYLKIIPLFMHQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KBLINWSDPAKSHZ-UHFFFAOYSA-N 1,2,7-oxadithiepane Chemical compound O1SCCCCS1 KBLINWSDPAKSHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZKGIQGUWLGYKMA-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenylsulfonyl)ethane Chemical compound C=CS(=O)(=O)CCS(=O)(=O)C=C ZKGIQGUWLGYKMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KETQAJRQOHHATG-UHFFFAOYSA-N 1,2-naphthoquinone Chemical compound C1=CC=C2C(=O)C(=O)C=CC2=C1 KETQAJRQOHHATG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940105324 1,2-naphthoquinone Drugs 0.000 description 1
- IJHAYXRIEZHHSC-UHFFFAOYSA-N 1,3-bis(ethenylsulfonyl)propane Chemical compound C=CS(=O)(=O)CCCS(=O)(=O)C=C IJHAYXRIEZHHSC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HGLPVMBQJHDEJY-UHFFFAOYSA-N 1,4-bis(ethenylsulfonyl)butane Chemical compound C=CS(=O)(=O)CCCCS(=O)(=O)C=C HGLPVMBQJHDEJY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PIYNUZCGMLCXKJ-UHFFFAOYSA-N 1,4-dioxane-2,6-dione Chemical compound O=C1COCC(=O)O1 PIYNUZCGMLCXKJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KAMCBFNNGGVPPW-UHFFFAOYSA-N 1-(ethenylsulfonylmethoxymethylsulfonyl)ethene Chemical compound C=CS(=O)(=O)COCS(=O)(=O)C=C KAMCBFNNGGVPPW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IJHIIHORMWQZRQ-UHFFFAOYSA-N 1-(ethenylsulfonylmethylsulfonyl)ethene Chemical compound C=CS(=O)(=O)CS(=O)(=O)C=C IJHIIHORMWQZRQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NBUKAOOFKZFCGD-UHFFFAOYSA-N 2,2,3,3-tetrafluoropropan-1-ol Chemical compound OCC(F)(F)C(F)F NBUKAOOFKZFCGD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CNQBXJDCTHCEFG-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexamethoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound COP1(OC)=NP(OC)(OC)=NP(OC)(OC)=N1 CNQBXJDCTHCEFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PQNNUQKDERZMPQ-UHFFFAOYSA-N 2,2-bis(trifluoromethyl)-1,3-dioxolane Chemical compound FC(F)(F)C1(C(F)(F)F)OCCO1 PQNNUQKDERZMPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PSMABVOYZJWFBV-UHFFFAOYSA-N 2,3-dibromonaphthalene-1,4-dione Chemical compound C1=CC=C2C(=O)C(Br)=C(Br)C(=O)C2=C1 PSMABVOYZJWFBV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SVPKNMBRVBMTLB-UHFFFAOYSA-N 2,3-dichloronaphthalene-1,4-dione Chemical compound C1=CC=C2C(=O)C(Cl)=C(Cl)C(=O)C2=C1 SVPKNMBRVBMTLB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QBDAFARLDLCWAT-UHFFFAOYSA-N 2,3-dihydropyran-6-one Chemical compound O=C1OCCC=C1 QBDAFARLDLCWAT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BBKMEIKZJBNNHN-UHFFFAOYSA-N 2,4,6-trifluoro-2-phenoxy-4,6-dipropoxy-1,3,5-triaza-2lambda5,4lambda5,6lambda5-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical class FP1(=NP(=NP(=N1)(OCCC)F)(OCCC)F)OC1=CC=CC=C1 BBKMEIKZJBNNHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SKIIHLUNHCIQAF-UHFFFAOYSA-N 2-(trifluoromethyl)-1,3-dioxolane Chemical compound FC(F)(F)C1OCCO1 SKIIHLUNHCIQAF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IYEVQBUAWBANLZ-UHFFFAOYSA-N 2-Acetyl-5-methylfuran Natural products CC(=O)C1=CC(C)=CO1 IYEVQBUAWBANLZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OVOUKWFJRHALDD-UHFFFAOYSA-N 2-[2-(2-acetyloxyethoxy)ethoxy]ethyl acetate Chemical compound CC(=O)OCCOCCOCCOC(C)=O OVOUKWFJRHALDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HWSSEYVMGDIFMH-UHFFFAOYSA-N 2-[2-[2-(2-methylprop-2-enoyloxy)ethoxy]ethoxy]ethyl 2-methylprop-2-enoate Chemical compound CC(=C)C(=O)OCCOCCOCCOC(=O)C(C)=C HWSSEYVMGDIFMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XQTPCGDEYXTYJX-UHFFFAOYSA-N 2-[benzyl-(3-chloro-2-hydroxypropyl)amino]-n-(4-phenylmethoxyphenyl)acetamide Chemical compound C=1C=CC=CC=1CN(CC(CCl)O)CC(=O)NC(C=C1)=CC=C1OCC1=CC=CC=C1 XQTPCGDEYXTYJX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IEMMBWWQXVXBEU-UHFFFAOYSA-N 2-acetylfuran Chemical compound CC(=O)C1=CC=CO1 IEMMBWWQXVXBEU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SJAHGYYIQZFHDI-UHFFFAOYSA-N 2-oxo-2-silyloxyacetic acid Chemical compound [SiH3]OC(C(=O)O)=O SJAHGYYIQZFHDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JKYPBYBOZSIRFW-UHFFFAOYSA-N 3-(4-chlorophenyl)oxolane-2,5-dione Chemical compound C1=CC(Cl)=CC=C1C1C(=O)OC(=O)C1 JKYPBYBOZSIRFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZUAIQPLHNIKQPF-UHFFFAOYSA-N 3-bromonaphthalene-1,2-dione Chemical compound C1=CC=C2C(=O)C(=O)C(Br)=CC2=C1 ZUAIQPLHNIKQPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QZYCWJVSPFQUQC-UHFFFAOYSA-N 3-phenylfuran-2,5-dione Chemical compound O=C1OC(=O)C(C=2C=CC=CC=2)=C1 QZYCWJVSPFQUQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HMMBJOWWRLZEMI-UHFFFAOYSA-N 4,5,6,7-tetrahydro-2-benzofuran-1,3-dione Chemical compound C1CCCC2=C1C(=O)OC2=O HMMBJOWWRLZEMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GBBPFLCLIBNHQO-UHFFFAOYSA-N 5,6-dihydro-4h-cyclopenta[c]furan-1,3-dione Chemical compound C1CCC2=C1C(=O)OC2=O GBBPFLCLIBNHQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- DULQUHFAGFRKSB-UHFFFAOYSA-M C([O-])(O)=O.[Li+].C(C(=O)O)(=O)O Chemical class C([O-])(O)=O.[Li+].C(C(=O)O)(=O)O DULQUHFAGFRKSB-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- OMGDRXJBUPBSKD-UHFFFAOYSA-N Cc1ncc[nH]1.O=S(=O)(c1ccccc1)n1cccc1 Chemical compound Cc1ncc[nH]1.O=S(=O)(c1ccccc1)n1cccc1 OMGDRXJBUPBSKD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SNRUBQQJIBEYMU-UHFFFAOYSA-N Dodecane Natural products CCCCCCCCCCCC SNRUBQQJIBEYMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GESCOLGYMNJBRZ-UHFFFAOYSA-N FP1N=PN=P[N]1 Chemical class FP1N=PN=P[N]1 GESCOLGYMNJBRZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 229910000733 Li alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013733 LiCo Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012851 LiCoO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910011281 LiCoPO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010707 LiFePO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015643 LiMn 2 O 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013716 LiNi Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002099 LiNi0.5Mn1.5O4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013210 LiNiMnCoO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013290 LiNiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012258 LiPO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012465 LiTi Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000978 Pb alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001128 Sn alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007983 Tris buffer Substances 0.000 description 1
- 241000364021 Tulsa Species 0.000 description 1
- JFBZPFYRPYOZCQ-UHFFFAOYSA-N [Li].[Al] Chemical compound [Li].[Al] JFBZPFYRPYOZCQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZVLDJSZFKQJMKD-UHFFFAOYSA-N [Li].[Si] Chemical compound [Li].[Si] ZVLDJSZFKQJMKD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- WETWJCDKMRHUPV-UHFFFAOYSA-N acetyl chloride Chemical compound CC(Cl)=O WETWJCDKMRHUPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012346 acetyl chloride Substances 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 125000003545 alkoxy group Chemical group 0.000 description 1
- 125000000304 alkynyl group Chemical group 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- QOTQFLOTGBBMEX-UHFFFAOYSA-N alpha-angelica lactone Chemical compound CC1=CCC(=O)O1 QOTQFLOTGBBMEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- 239000003125 aqueous solvent Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000005840 aryl radicals Chemical class 0.000 description 1
- YCOXTKKNXUZSKD-UHFFFAOYSA-N as-o-xylenol Natural products CC1=CC=C(O)C=C1C YCOXTKKNXUZSKD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001541 aziridines Chemical class 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- QRUDEWIWKLJBPS-UHFFFAOYSA-N benzotriazole Chemical compound C1=CC=C2N[N][N]C2=C1 QRUDEWIWKLJBPS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012964 benzotriazole Substances 0.000 description 1
- URWVQLWOBPHQCH-UHFFFAOYSA-N bis(prop-2-ynyl) oxalate Chemical compound C#CCOC(=O)C(=O)OCC#C URWVQLWOBPHQCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001642 boronic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- DIBUFQMCUZYQKN-UHFFFAOYSA-N butyl diphenyl phosphate Chemical compound C=1C=CC=CC=1OP(=O)(OCCCC)OC1=CC=CC=C1 DIBUFQMCUZYQKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000484 butyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 210000003850 cellular structure Anatomy 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- 125000006165 cyclic alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000000753 cycloalkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000001995 cyclobutyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C([H])(*)C1([H])[H] 0.000 description 1
- 125000000582 cycloheptyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])C1([H])[H] 0.000 description 1
- 125000003678 cyclohexadienyl group Chemical group C1(=CC=CCC1)* 0.000 description 1
- 125000000596 cyclohexenyl group Chemical group C1(=CCCCC1)* 0.000 description 1
- 125000000113 cyclohexyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])C1([H])[H] 0.000 description 1
- 125000000640 cyclooctyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])C([H])([H])C1([H])[H] 0.000 description 1
- 125000002433 cyclopentenyl group Chemical group C1(=CCCC1)* 0.000 description 1
- 125000001511 cyclopentyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])(*)C1([H])[H] 0.000 description 1
- 125000001559 cyclopropyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C1([H])* 0.000 description 1
- 125000002704 decyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 1
- LXCYSACZTOKNNS-UHFFFAOYSA-N diethoxy(oxo)phosphanium Chemical compound CCO[P+](=O)OCC LXCYSACZTOKNNS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CYCWUPSOUXBFCK-UHFFFAOYSA-N diethyl carbonate;dimethyl carbonate;ethyl methyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC.CCOC(=O)OC.CCOC(=O)OCC CYCWUPSOUXBFCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UBPGILLNMDGSDS-UHFFFAOYSA-N diethylene glycol diacetate Chemical compound CC(=O)OCCOCCOC(C)=O UBPGILLNMDGSDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004862 dioxolanes Chemical class 0.000 description 1
- AFOSIXZFDONLBT-UHFFFAOYSA-N divinyl sulfone Chemical compound C=CS(=O)(=O)C=C AFOSIXZFDONLBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000003438 dodecyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 239000011263 electroactive material Substances 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 150000002118 epoxides Chemical class 0.000 description 1
- JFKMVZYYHWLTKZ-UHFFFAOYSA-N ethyl 4,4-difluorobutanoate Chemical compound CCOC(=O)CCC(F)F JFKMVZYYHWLTKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- YJXUPTKKHWCODV-UHFFFAOYSA-N ethynylsulfonylbenzene Chemical compound C#CS(=O)(=O)C1=CC=CC=C1 YJXUPTKKHWCODV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013020 final formulation Substances 0.000 description 1
- XUCNUKMRBVNAPB-UHFFFAOYSA-N fluoroethene Chemical compound FC=C XUCNUKMRBVNAPB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000005108 haloalkylbenzenes Chemical class 0.000 description 1
- 150000005171 halobenzenes Chemical class 0.000 description 1
- 125000003187 heptyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 125000004051 hexyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000016507 interphase Effects 0.000 description 1
- SNHMUERNLJLMHN-UHFFFAOYSA-N iodobenzene Chemical compound IC1=CC=CC=C1 SNHMUERNLJLMHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000959 isobutyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(C([H])([H])[H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 125000004491 isohexyl group Chemical group C(CCC(C)C)* 0.000 description 1
- 125000001972 isopentyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(C([H])([H])[H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 125000001449 isopropyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- JWZCKIBZGMIRSW-UHFFFAOYSA-N lead lithium Chemical compound [Li].[Pb] JWZCKIBZGMIRSW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001989 lithium alloy Substances 0.000 description 1
- 229910001486 lithium perchlorate Inorganic materials 0.000 description 1
- UIDWHMKSOZZDAV-UHFFFAOYSA-N lithium tin Chemical compound [Li].[Sn] UIDWHMKSOZZDAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- UZKWTJUDCOPSNM-UHFFFAOYSA-N methoxybenzene Substances CCCCOC=C UZKWTJUDCOPSNM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XMJHPCRAQCTCFT-UHFFFAOYSA-N methyl chloroformate Chemical compound COC(Cl)=O XMJHPCRAQCTCFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 239000002808 molecular sieve Substances 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- PYLWMHQQBFSUBP-UHFFFAOYSA-N monofluorobenzene Chemical compound FC1=CC=CC=C1 PYLWMHQQBFSUBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N naphthalene-acid Natural products C1=CC=CC2=CC=CC=C21 UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 1
- 125000005244 neohexyl group Chemical group [H]C([H])([H])C(C([H])([H])[H])(C([H])([H])[H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 125000001971 neopentyl group Chemical group [H]C([*])([H])C(C([H])([H])[H])(C([H])([H])[H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 125000005151 nonafluorobutanesulfonyl group Chemical group FC(C(C(S(=O)(=O)*)(F)F)(F)F)(C(F)(F)F)F 0.000 description 1
- 125000001400 nonyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 125000002347 octyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 125000001147 pentyl group Chemical group C(CCCC)* 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 235000021317 phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 150000003013 phosphoric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- FKRCODPIKNYEAC-UHFFFAOYSA-N propionic acid ethyl ester Natural products CCOC(=O)CC FKRCODPIKNYEAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000001436 propyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N propylene Natural products CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002914 sec-butyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 150000004756 silanes Chemical class 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 238000003746 solid phase reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011877 solvent mixture Substances 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 125000000999 tert-butyl group Chemical group [H]C([H])([H])C(*)(C([H])([H])[H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- QHGNHLZPVBIIPX-UHFFFAOYSA-N tin(II) oxide Inorganic materials [Sn]=O QHGNHLZPVBIIPX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- JFZKOODUSFUFIZ-UHFFFAOYSA-N trifluoro phosphate Chemical compound FOP(=O)(OF)OF JFZKOODUSFUFIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000002023 trifluoromethyl group Chemical group FC(F)(F)* 0.000 description 1
- RIUWBIIVUYSTCN-UHFFFAOYSA-N trilithium borate Chemical compound [Li+].[Li+].[Li+].[O-]B([O-])[O-] RIUWBIIVUYSTCN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XZZNDPSIHUTMOC-UHFFFAOYSA-N triphenyl phosphate Chemical compound C=1C=CC=CC=1OP(OC=1C=CC=CC=1)(=O)OC1=CC=CC=C1 XZZNDPSIHUTMOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000002948 undecyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 238000005292 vacuum distillation Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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
- H01M10/0569—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
- 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
- H01M10/0567—Liquid materials characterised by the additives
-
- 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
- H01M10/0568—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
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0025—Organic electrolyte
- H01M2300/0028—Organic electrolyte characterised by the solvent
- H01M2300/0034—Fluorinated 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)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
플루오린화 어사이클릭 카르복실산 에스테르, 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드(LiFSI로도 불림); 및 적어도 하나의 전해질 염을 포함하는 전해질 조성물이 개시된다. 전해질 조성물은 전기화학 전지, 예컨대 리튬 이온 배터리에 유용하다.
Description
본 발명은 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드(LiFSI로도 불림)를 포함하는 전해질 조성물에 관한 것이다. 전해질 조성물은 전기화학 전지, 예컨대 리튬 이온 배터리에 유용하다.
알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 이들 금속을 포함하는 화합물로부터 제조되는 전극을 함유하는 배터리(예를 들어, 리튬 이온 배터리)는 통상적으로 전해질 염, 첨가제 및 배터리에 사용되는 전해질용 비수성 용매를 포함한다. 첨가제는 배터리의 성능 및 안전성을 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 적합한 용매는 전해질 염뿐만 아니라 첨가제를 용해시켜야 한다. 용매는 또한 활성 배터리 시스템에서 우세한 조건 하에서 안정적이어야 한다.
리튬 이온 배터리에 사용되는 전해질 용매는 통상적으로 유기 카르보네이트 화합물 또는 혼합물을 포함하고, 통상적으로 하나 이상의 선형 카르보네이트, 예컨대 에틸 메틸 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 또는 디에틸 카르보네이트 또는 사이클릭 카르보네이트를 포함한다. 그러나, 약 4.35 V 초과의 캐소드 전위에서, 이들 전해질 용매는 분해될 수 있으며, 이는 배터리 성능의 손실을 초래할 수 있다.
일반적으로 사용되는 비수성 전해질 용매의 한계를 극복하기 위하여 다양한 접근법이 연구되어 왔으며, 이러한 접근법은 용매를 변화시킴으로써 그리고/또는 첨가제를 전해질 제형에 첨가함으로써 이루어진다.
특허 출원 US 2017/0187068은 리튬 비스(플루오로설포닐)아미드 및 특정 플루오린화 사슬 카르복실산 에스테르를 함유하는 2차 전지용 비수성 전해질을 개시하는데, 이때 상기 플루오린화 사슬 카르복실산 에스테르는 상응하는 카르복실산에 의해 제공되는 주쇄의 알파 위치에 수소가 있고 베타 위치에 플루오린이 있다.
국제 특허 출원 WO 2015/073419는 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드 및 비대칭 보레이트, 비대칭 포스페이트 및 이들의 혼합물을 함유하는 2차 배터리에 유용한 전해질 용액을 개시한다.
중국 특허 출원 CN 106025307 A는 유기 용매 및 리튬 염 LiFSI와 LiClO의 혼합물을 포함하는 리튬-이온 배터리용 전해질을 개시한다.
그러나, 리튬 이온 배터리에서 사용될 때, 저온 및 고온에서의 높은 사이클 성능, 고온에서의 저장 성능, 및 저온에서의 파워를 나타낼 수 있는 첨가제(들)와 용매(들)를 배합한 제형에 대한 필요성이 남아 있다.
- 플루오린화 용매,
- 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드; 및
- 적어도 하나의 전해질 염
을 포함하는 전해질 조성물이 본 명세서에 개시된다.
더 구체적으로는, 제1 양태에서 본 발명은
- 플루오린화 용매,
- 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드; 및
- 적어도 하나의 전해질 염
을 포함하는 전해질 조성물에 관한 것이며,
플루오린화 용매는 하기 화학식으로 나타낸 어사이클릭(acyclic) 카르복실산 에스테르이다:
R1-COO-R2
상기 식에서,
i) R1은 알킬 기이고;
ii) R2는 플루오로알킬 기이고;
iii) 한 쌍으로서 취해진 R1과 R2는 적어도 2개, 7개 이하의 탄소 원자를 포함한다.
또 다른 양태에서,
(a) 하우징;
(b) 서로 이온 전도성 접촉 상태로 하우징 내에 배치된 애노드 및 캐소드;
(c) - 상기 정의된 바와 같은 플루오린화 용매;
- 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드; 및
- 적어도 하나의 전해질 염
을 포함하는 전해질 조성물
을 포함하는 전기화학 전지가 개시된다.
또 다른 양태에서, 상기에 정의된 바와 같은 전기화학 전지를 포함하는, 전자 디바이스, 수송 디바이스, 또는 원격통신 디바이스가 개시된다.
또 다른 양태에서, 상기에 정의된 바와 같은 전해질 조성물을 형성하기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은 a) 상기에 정의된 바와 같은 플루오린화 용매; b) 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드, 및 c) 적어도 하나의 전해질 염을 배합하여 전해질 조성물을 형성하는 단계를 포함한다.
마지막으로, 또 다른 양태에서, 리튬 이온 배터리의 저온 및 고온에서의 사이클 성능 및/또는 고온에서의 저장 성능을 개선하기 위한 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드의 용도가 제공된다.
도 1은 실시예에 따른 전지의 고온(45℃)에서의 사이클링 시험의 결과를 나타낸다.
도 2는 실시예에 따른 전지의 저장 성능 시험(팽윤)의 결과를 나타낸다.
도 3은 실시예에 따른 전지의 저장 성능 시험(회복 용량)의 결과를 나타낸다.
도 2는 실시예에 따른 전지의 저장 성능 시험(팽윤)의 결과를 나타낸다.
도 3은 실시예에 따른 전지의 저장 성능 시험(회복 용량)의 결과를 나타낸다.
상기에 사용된 바와 같이 그리고 본 개시내용 전체에 걸쳐, 하기의 용어는 달리 나타내지 않는 한 다음과 같이 정의될 것이다:
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "전해질 조성물"은, 최소한으로 전해질 염을 위한 용매 및 전해질 염을 포함하는 화학적 조성물을 지칭하며, 여기서 조성물은 전기화학 전지에서 전해질을 공급할 수 있다. 전해질 조성물은 다른 성분들, 예를 들어 안전성, 신뢰성, 및/또는 효율에 있어서 배터리의 성능을 향상시키기 위한 첨가제를 포함할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "전해질 염"은, 전해질 조성물의 용매 중에 적어도 부분적으로 가용성이고 전해질 조성물의 용매 중에서 적어도 부분적으로 이온으로 해리되어 전도성 전해질 조성물을 형성하는 이온성 염을 지칭한다.
본 명세서에 정의된 바와 같이, "전해질 용매"는 전해질 조성물을 위한 용매 또는 용매 혼합물이다.
용어 "애노드"는 산화가 일어나는 전기화학 전지의 전극을 지칭한다. 2차(즉, 재충전가능) 배터리에서, 애노드는 방전 동안 산화가 일어나고 충전 동안 환원이 일어나는 전극이다.
용어 "캐소드"는 환원이 일어나는 전기화학 전지의 전극을 지칭한다. 2차(즉, 재충전가능) 배터리에서, 캐소드는 방전 동안 환원이 일어나고 충전 동안 산화가 일어나는 전극이다.
용어 "리튬 이온 배터리"는 리튬 이온이 방전 동안에는 애노드로부터 캐소드로 그리고 충전 동안에는 캐소드로부터 애노드로 이동하는 재충전가능 배터리의 유형을 지칭한다.
리튬과 리튬 이온 사이의 평형 전위는 약 1 몰/리터의 리튬 이온 농도를 제공하기에 충분한 농도로 리튬 염을 함유하는 비수성 전해질과 접촉하여 리튬 금속을 사용하는 기준 전극의 전위이고, 기준 전극의 전위가 그의 평형값(Li/Li+)으로부터 크게 변경되지 않도록 할 정도로 충분히 작은 전류에 적용된다. 그러한 Li/Li+ 기준 전극의 전위는 본 명세서에서 0.0 V의 값에 할당된다. 애노드 또는 캐소드의 전위는 애노드 또는 캐소드와 Li/Li+ 기준 전극 사이의 전위 차이를 의미한다. 여기서, 전압은 전지의 캐소드와 애노드 사이의 전압 차이를 의미하며, 이들 전극 중 어느 것도 0.0 V의 전위에서 작동 중일 수 없다.
"에너지 저장 디바이스"는 요구시(on demand) 전기 에너지를 제공하도록 설계된 장치, 예컨대 배터리 또는 커패시터이다. 본 명세서에서 고려되는 에너지 저장 디바이스는 적어도 부분적으로 전기화학 공급원으로부터 에너지를 제공한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "SEI"는 전극의 활물질 상에서 형성되는 고체-전해질 계면상(solid-electrolyte interphase) 층을 지칭한다. 리튬-이온 2차 전기화학 전지는 비하전 상태에서 조립되고, 사용을 위하여 충전(형성이라 불리는 과정)되어야 한다. 리튬-이온 2차 전기화학 전지의 처음 몇 번의 적은 충전 사건(배터리 형성) 동안에, 전해질의 성분들은 음의 활물질의 표면 상에서 환원되거나 아니면 분해되거나 포함되고, 양의 활물질의 표면 상에서 산화되거나 아니면 분해되거나 포함되어, 활물질 상에 고체-전해질 계면상을 전기화학적으로 형성한다. 전기 절연성이지만 이온 전도성인 이들 층은 전해질의 분해를 방지하는 것을 도우며, 사이클 수명을 연장시키고 배터리의 성능을 개선할 수 있다. 애노드 상에서, SEI는 전해질의 환원 분해를 억제할 수 있고; 캐소드 상에서, SEI는 전해질 성분의 산화를 억제할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "알킬 기"는 1 내지 20개의 탄소, 바람직하게는 1 내지 6개의 탄소, 보다 바람직하게는 1 내지 4개의 탄소를 함유하고 불포화체를 함유하지 않는 선형 또는 분지형, 직선형 또는 사이클릭 탄화수소 기를 지칭한다. 직쇄 알킬 라디칼의 예에는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥틸, 노닐, 데실, 운데실, 및 도데실이 포함된다. 직쇄 알킬 기의 분지쇄 이성체의 예에는 이소프로필, 이소-부틸, tert-부틸, sec-부틸, 이소펜틸, 네오펜틸, 이소헥실, 네오헥실, 및 이소옥틸이 포함된다. 사이클릭 알킬 기의 예에는 사이클로프로필, 사이클로부틸, 사이클로펜틸, 사이클로헥실, 사이클로헵틸, 및 사이클로옥틸이 포함된다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "플루오로알킬 기"는 적어도 하나의 수소가 플루오린에 의해 대체된 알킬 기를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같은 용어, "알케닐 기"는, 적어도 하나의 이중 결합이 두 개의 탄소 원자 사이에 존재하는 것을 제외하고는, 본 명세서에 정의된 바와 같은 알킬 기에 대해 기재된 바와 같은 선형 또는 분지형, 직선형 또는 사이클릭 기를 지칭한다. 알케닐 기의 예에는 비닐, 사이클로헥세닐, 사이클로펜테닐, 사이클로헥사디에닐, 및 부타디에닐이 포함된다.
본 명세서에서 사용된 바와 같은, 용어 "알키닐 기"는, 적어도 하나의 삼중 결합이 두 개의 탄소 원자 사이에 존재하는 것을 제외하고는, 본 명세서에서 정의된 바와 같은 알킬 기에 대해 기재된 바와 같은 선형 또는 분지형, 직선형 또는 사이클릭 기를 지칭한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "카르보네이트"는 구체적으로 유기 카르보네이트를 지칭하는데, 유기 카르보네이트는 탄산의 디알킬 디에스테르 유도체로서, 유기 카르보네이트는 일반 화학식 RaOCOORb를 가지며, 여기서 Ra 및 Rb는 각각 독립적으로, 적어도 하나의 탄소 원자를 갖는 알킬 기로부터 선택되며, 이때 알킬 치환체는 동일하거나 상이할 수 있거나, 포화 또는 불포화될 수 있거나, 치환 또는 비치환될 수 있거나, 상호연결된 원자를 통해 사이클릭 구조를 형성할 수 있거나, 알킬 기들 중 하나 또는 둘 모두의 치환체로서 사이클릭 구조를 포함할 수 있다.
달리 명시되지 않는 한, 모든 백분율은 중량 백분율이고 전해질 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
본 발명에 따른 전해질 조성물은 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드(LiFSI)를 포함한다.
LiFSI는 전해질 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 약 30 중량%의 범위로, 바람직하게는 0.1 내지 약 20 중량%, 더 바람직하게는 0.1 내지 약 10 중량%, 더 바람직하게는 0.3 내지 약 5.0 중량%, 훨씬 더 바람직하게는 0.5 내지 2.0 중량%의 범위로 전해질 조성물 중에 존재할 수 있다.
LiFSI는 상업적으로 입수되거나 당업계에 알려진 방법으로 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 전해질 조성물은 또한 전해질 염을 포함한다. 적합한 전해질 염은 제한 없이 하기를 포함한다:
-
리튬 헥사플루오로포스페이트(LiPF6),
-
리튬 디플루오로포스페이트(LiPO2F2),
-
리튬 비스(트리플루오로메틸)테트라플루오로포스페이트(LiPF4(CF3)2),
-
리튬 비스(펜타플루오로에틸)테트라플루오로포스페이트(LiPF4(C2F5)2),
-
리튬 트리스(펜타플루오로에틸)트리플루오로포스페이트(LiPF3(C2F5)3),
-
리튬 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드,
-
리튬 비스(퍼플루오로에탄설포닐)이미드,
-
리튬 (플루오로설포닐) (노나플루오로부탄설포닐)이미드,
-
리튬 테트라플루오로보레이트,
-
리튬 퍼클로레이트,
-
리튬 헥사플루오로아르세네이트,
-
리튬 트리플루오로메탄설포네이트,
-
리튬 트리스(트리플루오로메탄설포닐)메타이드,
-
리튬 비스(옥살레이토)보레이트,
-
리튬 디플루오로(옥살레이토)보레이트,
-
Li2B12F12 - xHx(여기서, x는 0 내지 8임), 및
-
리튬 플루오라이드 및 음이온 수용체, 예컨대 B(OC6F5)3의 혼합물.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 전해질 염은 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드와 상이하다.
이들 또는 비견되는 전해질 염의 둘 이상의 혼합물이 또한 사용될 수 있다. 바람직한 구현예에 따르면, 전해질 염은 리튬 헥사플루오로포스페이트 LiPF6를 포함한다. 대안적으로, 전해질 염은 리튬 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드 LiTFSI를 포함한다. 전해질 염은 약 0.2 M 내지 약 2.0 M, 예를 들어 약 0.3 M 내지 약 1.7 M, 또는 예를 들어 약 0.5 M 내지 약 1.2 M, 또는 예를 들어 0.5 M 내지 약 1.7 M의 양으로 전해질 조성물 중에 존재할 수 있다.
본 발명에 따른 전해질 조성물은 또한 하나 이상의 플루오린화 용매를 포함한다. 바람직한 일 구현예에 따르면, 플루오린화 용매는 플루오린화 어사이클릭 카르복실산 에스테르로부터 선택된다.
적합한 플루오린화 어사이클릭 카르복실산 에스테르는 하기 화학식으로 나타낼 수 있다:
R1-COO-R2
상기 식에서,
i) R1은 알킬 기이고;
ii) R2는 플루오로알킬 기이고;
iii) 한 쌍으로서 취해진 R1과 R2는 적어도 2개, 7개 이하의 탄소 원자를 포함한다.
일 구현예에서, R1은 하나의 탄소 원자를 포함한다. 일 구현예에서, R1은 2개의 탄소 원자를 포함한다.
또 다른 구현예에서, R1 및 R2는 상기에서 본 명세서에 정의된 바와 같고, 한 쌍으로서 취해진 R1과 R2는 적어도 2개, 7개 이하의 탄소 원자를 포함하고, 적어도 2개의 플루오린 원자를 추가로 포함하되, 단 R1 또는 R2 어느 것도 FCH2- 기 또는 -FCH- 기를 함유하지 않는다.
일 구현예에서, 상기 화학식에서의 R1 내의 탄소 원자의 개수는 1, 3, 4, 또는 5이다.
또 다른 구현예에서, 상기 화학식에서의 R1 내의 탄소 원자의 개수는 1이다.
적합한 플루오린화 어사이클릭 카르복실산 에스테르의 예에는, 제한 없이, CH3-COO-CH2CF2H(2,2-디플루오로에틸 아세테이트, CAS No. 1550-44-3), CH3-COO-CH2CF3(2,2,2-트리플루오로에틸 아세테이트, CAS No. 406-95-1), CH3CH2-COO-CH2CF2H(2,2-디플루오로에틸 프로피오네이트, CAS No. 1133129-90-4), CH3-COO-CH2CH2CF2H(3,3-디플루오로프로필 아세테이트), CH3CH2-COO-CH2CH2CF2H(3,3-디플루오로프로필 프로피오네이트), 및 이들의 혼합물이 포함된다. 바람직한 구현예에 따르면, 플루오린화 어사이클릭 카르복실산 에스테르는 2,2-디플루오로에틸 아세테이트(CH3-COO-CH2CF2H)를 포함한다. 또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 플루오린화 어사이클릭 카르복실산 에스테르는 2,2-디플루오로에틸 프로피오네이트(CH3CH2-COO-CH2CF2H)를 포함한다. 또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 플루오린화 어사이클릭 카르복실산 에스테르는 2,2,2-트리플루오로에틸 아세테이트(CH3-COO-CH2CF3)를 포함한다.
더 일반적으로는, 플루오린화 용매는 플루오린화 어사이클릭 카르복실산 에스테르, 플루오린화 어사이클릭 카르보네이트, 및 플루오린화 어사이클릭 에테르로부터 선택되는 적어도 하나의 플루오린화 용매일 수 있음이 본 명세서에 추가로 개시된다.
플루오린화 어사이클릭 카르복실산 에스테르는 하기 화학식으로 나타낼 수 있다:
R1-COO-R2
상기 식에서,
i) R1은 H, 알킬 기, 또는 플루오로알킬 기이고;
ii) R2는 알킬 기 또는 플루오로알킬 기이고;
iii) R1 및 R2 중 하나 또는 둘 모두는 플루오린을 포함하고;
iv) 한 쌍으로서 취해진 R1과 R2는 적어도 2개, 7개 이하의 탄소 원자를 포함한다.
일 구현예에서, R1은 H이고, R2는 플루오로알킬 기이다. 일 구현예에서, R1은 알킬 기이고, R2는 플루오로알킬 기이다. 일 구현예에서, R1은 플루오로알킬 기이고, R2는 알킬 기이다. 일 구현예에서, R1은 플루오로알킬 기이고, R2는 플루오로알킬 기이고, R1과 R2는 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 일 구현예에서, R1은 하나의 탄소 원자를 포함한다. 일 구현예에서, R1은 2개의 탄소 원자를 포함한다.
또 다른 구현예에서, R1 및 R2는 상기에서 본 명세서에 정의된 바와 같고, 한 쌍으로서 취해진 R1과 R2는 적어도 2개, 7개 이하의 탄소 원자를 포함하고, 적어도 2개의 플루오린 원자를 추가로 포함하되, 단 R1 또는 R2 어느 것도 FCH2- 기 또는 -FCH- 기를 함유하지 않는다.
일 구현예에서, 상기 화학식에서의 R1 내의 탄소 원자의 개수는 1, 3, 4, 또는 5이다.
또 다른 구현예에서, 상기 화학식에서의 R1 내의 탄소 원자의 개수는 1이다.
적합한 플루오린화 어사이클릭 카르복실산 에스테르의 예에는 제한 없이 CH3-COO-CH2CF2H(2,2-디플루오로에틸 아세테이트, CAS No. 1550-44-3), CH3-COO-CH2CF3(2,2,2-트리플루오로에틸 아세테이트, CAS No. 406-95-1), CH3CH2-COO-CH2CF2H(2,2-디플루오로에틸 프로피오네이트, CAS No. 1133129-90-4), CH3-COO-CH2CH2CF2H(3,3-디플루오로프로필 아세테이트), CH3CH2-COO-CH2CH2CF2H(3,3-디플루오로프로필 프로피오네이트), F2CHCH2-COO-CH3, F2CHCH2-COO-CH2CH3, 및 F2CHCH2CH2-COO-CH2CH3(에틸 4,4-디플루오로부타노네이트, CAS No. 1240725-43-2), H-COO-CH2CF2H(디플루오로에틸 포르메이트, CAS No. 1137875-58-1), H-COO-CH2CF3(트리플루오로에틸 포르메이트, CAS No. 32042-38-9), 및 이들의 혼합물이 포함된다. 바람직한 구현예에 따르면, 플루오린화 어사이클릭 카르복실산 에스테르는 2,2-디플루오로에틸 아세테이트(CH3-COO-CH2CF2H)를 포함한다. 또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 플루오린화 어사이클릭 카르복실산 에스테르는 2,2-디플루오로에틸 프로피오네이트(CH3CH2-COO-CH2CF2H)를 포함한다. 또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 플루오린화 어사이클릭 카르복실산 에스테르는 2,2,2-트리플루오로에틸 아세테이트(CH3-COO-CH2CF3)를 포함한다. 또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 플루오린화 어사이클릭 카르복실산 에스테르는 2,2-디플루오로에틸 포르메이트(H-COO-CH2CF2H)를 포함한다.
적합한 플루오린화 어사이클릭 카르보네이트는 하기 화학식으로 나타낸다:
R3-OCOO-R4
상기 식에서,
i) R3은 플루오로알킬 기이고;
ii) R4는 알킬 기 또는 플루오로알킬 기이고;
iii) 한 쌍으로서 취해진 R3과 R4는 적어도 2개, 7개 이하의 탄소 원자를 포함한다.
일 구현예에서, R3은 플루오로알킬 기이고, R4는 알킬 기이다. 일 구현예에서, R3은 플루오로알킬 기이고, R4는 플루오로알킬 기이고, R3과 R4는 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 일 구현예에서, R3은 하나의 탄소 원자를 포함한다. 일 구현예에서, R3은 2개의 탄소 원자를 포함한다.
또 다른 구현예에서, R3 및 R4는 상기에서 본 명세서에 정의된 바와 같고, 한 쌍으로서 취해진 R3과 R4는 적어도 2개, 7개 이하의 탄소 원자를 포함하고, 적어도 2개의 플루오린 원자를 추가로 포함하되, 단 R3 또는 R4 어느 것도 FCH2- 기 또는 -FCH- 기를 함유하지 않는다.
적합한 플루오린화 어사이클릭 카르보네이트의 예에는 제한 없이 CH3-OC(O)O-CH2CF2H(메틸 2,2-디플루오로에틸 카르보네이트, CAS No. 916678-13-2), CH3-OC(O)O-CH2CF3(메틸 2,2,2-트리플루오로에틸 카르보네이트, CAS No. 156783-95-8), CH3-OC(O)O-CH2CF2CF2H(메틸 2,2,3,3-테트라플루오로프로필 카르보네이트, CAS No.156783-98-1), HCF2CH2-OCOO-CH2CH3(에틸 2,2-디플루오로에틸 카르보네이트, CAS No. 916678-14-3), 및 CF3CH2-OCOO-CH2CH3(에틸 2,2,2-트리플루오로에틸 카르보네이트, CAS No. 156783-96-9)가 포함된다.
적합한 플루오린화 어사이클릭 에테르는 하기 화학식으로 나타낸다:
R5-O-R6
상기 식에서,
i) R5는 플루오로알킬 기이고;
ii) R6은 알킬 기 또는 플루오로알킬 기이고;
iii) 한 쌍으로서 취해진 R5와 R6은 적어도 2개, 7개 이하의 탄소 원자를 포함한다.
일 구현예에서, R5는 플루오로알킬 기이고, R6은 알킬 기이다. 일 구현예에서, R5는 플루오로알킬 기이고, R6은 플루오로알킬 기이고, R5와 R6은 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 일 구현예에서, R5는 하나의 탄소 원자를 포함한다. 일 구현예에서, R5는 2개의 탄소 원자를 포함한다.
또 다른 구현예에서, R5 및 R6은 상기에서 본 명세서에 정의된 바와 같고, 한 쌍으로서 취해진 R5와 R6은 적어도 2개, 7개 이하의 탄소 원자를 포함하고, 적어도 2개의 플루오린 원자를 추가로 포함하되, 단 R5 또는 R6 어느 것도 FCH2- 기 또는 -FCH- 기를 함유하지 않는다.
적합한 플루오린화 어사이클릭 에테르의 예에는 제한 없이 HCF2CF2CH2-O-CF2CF2H(CAS No. 16627-68-2) 및 HCF2CH2-O-CF2CF2H(CAS No. 50807-77-7)가 포함된다.
플루오린화 용매는 플루오린화 어사이클릭 카르복실산 에스테르, 플루오린화 어사이클릭 카르보네이트, 플루오린화 어사이클릭 에테르, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "이들의 혼합물"은 용매 부류 내의 혼합물 및 용매 부류들 사이의 혼합물 둘 모두, 예를 들어 둘 이상의 플루오린화 어사이클릭 카르복실산 에스테르의 혼합물, 및 또한 플루오린화 어사이클릭 카르복실산 에스테르 및 플루오린화 어사이클릭 카르보네이트의 혼합물을 포함한다. 비제한적인 예에는 2,2-디플루오로에틸 아세테이트 및 2,2-디플루오로에틸 프로피오네이트의 혼합물; 및 2,2-디플루오로에틸 아세테이트 및 2,2 디플루오로에틸 메틸 카르보네이트의 혼합물이 포함된다.
일 구현예에서, 플루오린화 용매는:
a) 하기 화학식으로 나타낸 플루오린화 어사이클릭 카르복실산 에스테르:
R1-COO-R2,
b) 하기 화학식으로 나타낸 플루오린화 어사이클릭 카르보네이트:
R3-OCOO-R4,
c) 하기 화학식으로 나타낸 플루오린화 어사이클릭 에테르:
R5-O-R6,
또는 이들의 혼합물이며;
상기 식에서,
i) R1은 H, 알킬 기, 또는 플루오로알킬 기이고;
ii) R3 및 R5는 각각 독립적으로 플루오로알킬 기이고, 서로 동일하거나 상이할 수 있고;
iii) R2, R4, 및 R6은 각각 독립적으로 알킬 기 또는 플루오로알킬 기이고, 서로 동일하거나 상이할 수 있고;
iv) R1 및 R2 중 하나 또는 둘 모두는 플루오린을 포함하고;
v) 각각 한 쌍으로서 취해진 R1과 R2, R3과 R4, 및 R5와 R6은 적어도 2개, 7개 이하의 탄소 원자를 포함한다.
바람직하게는, R1, R2, R3, R4, R5, 또는 R6 중 어느 것도 FCH2- 기 또는 -FCH- 기를 함유하지 않는다.
또 다른 구현예에서, 상기 화학식에서의 R1 및 R3은 플루오린을 함유하지 않고, R2 및 R4는 플루오린을 함유한다.
본 명세서에 개시된 전해질 조성물에서, 플루오린화 용매 또는 이들의 혼합물은 전해질 조성물의 원하는 특성에 따라 다양한 양으로 사용될 수 있다. 플루오린화 용매는 전해질 조성물의 약 5 중량% 내지 약 95 중량%, 바람직하게는 약 10 중량% 내지 약 80 중량%, 더 바람직하게는 약 20 중량% 내지 약 75 중량%, 더 바람직하게는 약 30 중량% 내지 약 70 중량%, 훨씬 더 바람직하게는 약 50 중량% 내지 약 70 중량%를 나타낼 수 있다. 또 다른 구현예에서, 플루오린화 용매는 전해질 조성물의 약 45 중량% 내지 약 65 중량%를 포함한다. 또 다른 구현예에서, 플루오린화 용매는 전해질 조성물의 약 6 중량% 내지 약 30 중량%를 포함한다. 또 다른 구현예에서, 플루오린화 용매는 전해질 조성물의 약 60 중량% 내지 약 65 중량%를 포함한다. 또 다른 구현예에서, 플루오린화 용매는 전해질 조성물의 약 20 중량% 내지 약 45 중량%를 포함한다.
본 발명에 사용하기에 적합한 플루오린화 어사이클릭 카르복실산 에스테르, 플루오린화 어사이클릭 카르보네이트, 및 플루오린화 어사이클릭 에테르는 알려진 방법을 사용하여 제조될 수 있다. 예를 들어, (염기성 촉매와 함께 또는 이것 없이) 아세틸 클로라이드를 2,2-디플루오로에탄올과 반응시켜 2,2-디플루오로에틸 아세테이트를 형성할 수 있다. 추가적으로, 2,2-디플루오로에틸 아세테이트 및 2,2-디플루오로에틸 프로피오네이트는 Wiesenhofer et al.(WO 2009/040367 A1, 실시예 5)에 의해 기재된 방법을 사용하여 제조될 수 있다. 대안적으로, 2,2-디플루오로에틸 아세테이트는 본 명세서에서 하기 실시예에 기재된 방법을 사용하여 제조될 수 있다. 다른 플루오린화 어사이클릭 카르복실산 에스테르는 상이한 출발 카르복실레이트 염을 사용하여 동일한 방법을 사용하여 제조될 수 있다. 유사하게, 메틸 클로로포르메이트를 2,2-디플루오로에탄올과 반응시켜 메틸 2,2-디플루오로에틸 카르보네이트를 형성할 수 있다. 염기(예를 들어, NaH 등)의 존재 하에서 2,2,3,3-테트라플루오로프로판올을 테트라플루오로에틸렌과 반응시킴으로써 HCF2CF2CH2-O-CF2CF2H의 합성이 행해질 수 있다. 유사하게, 2,2-디플루오로에탄올과 테트라플루오로에틸렌의 반응은 HCF2CH2-O-CF2CF2H를 산출한다. 대안적으로, 이들 플루오린화 용매 중 일부는 Matrix Scientific(Columbia SC)과 같은 회사로부터 구매할 수 있다. 최선의 결과를 위해, 플루오린화 어사이클릭 카르복실산 에스테르 및 플루오린화 어사이클릭 카르보네이트를 적어도 약 99.9%, 보다 구체적으로 적어도 약 99.99%의 순도 수준으로 정제하는 것이 바람직하다. 이들 플루오린화 용매는 진공 증류와 같은 증류 방법 또는 스피닝 밴드(spinning band) 증류와 같은 증류 방법을 사용하여 정제될 수 있다.
전해질 조성물은, 플루오린화 또는 비-플루오린화, 선형 또는 사이클릭일 수 있는, 하나 이상의 유기 카르보네이트를 추가로 포함할 수 있다. 적합한 유기 카르보네이트는 예를 들어, 4-플루오로-1,3-디옥솔란-2-온으로서도 알려진 플루오로에틸렌 카르보네이트, 트리플루오로에틸렌 카르보네이트의 모든 이성질체; 1,3-디옥살란-2-온으로서도 알려진 에틸렌 카르보네이트; 에틸 메틸 카르보네이트; 4,5-디플루오로-1,3-디옥솔란-2-온을 포함하는 디플루오로에틸렌 카르보네이트의 모든 이성질체; 4,5-디플루오로-4-메틸-1,3-디옥솔란-2-온; 4,5-디플루오로-4,5-디메틸-1,3-디옥솔란-2-온; 4,4-디플루오로-1,3-디옥솔란-2-온; 4,4,5-트리플루오로-1,3-디옥솔란-2-온; 테트라플루오로에틸렌 카르보네이트; 디메틸 카르보네이트; 디에틸 카르보네이트; 프로필렌 카르보네이트; 비닐렌 카르보네이트; 디-tert-부틸 카르보네이트; 2,2,3,3-테트라플루오로프로필 메틸 카르보네이트; 비스(2,2,3,3-테트라플루오로프로필) 카르보네이트; 비스(2,2,2-트리플루오로에틸) 카르보네이트; 2,2,2-트리플루오로에틸 메틸 카르보네이트; 비스(2,2-디플루오로에틸) 카르보네이트; 2,2-디플루오로에틸 메틸 카르보네이트; 디프로필 카르보네이트; 메틸 프로필 카르보네이트; 에틸 프로필 비닐렌 카르보네이트; 메틸 부틸 카르보네이트; 에틸 부틸 카르보네이트; 프로필 부틸 카르보네이트; 디부틸 카르보네이트; 비닐 에틸렌 카르보네이트; 디메틸비닐렌 카르보네이트; 2,3,3-트리플루오로알릴 메틸 카르보네이트; 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 배터리 등급 또는 적어도 약 99.9%, 예를 들어 적어도 약 99.99%의 순도 수준을 갖는 카르보네이트를 사용하는 것이 바람직하다. 유기 카르보네이트는 상업적으로 입수가능하거나, 당업계에 알려진 방법으로 제조될 수 있다.
일부 구현예에서, 전해질 조성물은 사이클릭 카르보네이트를 추가로 포함한다. 일 구현예에서, 사이클릭 카르보네이트는 플루오로에틸렌 카르보네이트를 포함한다. 일 구현예에서, 사이클릭 카르보네이트는 에틸렌 카르보네이트를 포함한다. 일 구현예에서, 사이클릭 카르보네이트는 프로필렌 카르보네이트를 포함한다. 일 구현예에서, 사이클릭 카르보네이트는 플루오로에틸렌 카르보네이트 및 에틸렌 카르보네이트를 포함한다. 일 구현예에서, 사이클릭 카르보네이트는 플루오로에틸렌 카르보네이트 및 프로필렌 카르보네이트를 포함한다.
하나 이상의 유기 카르보네이트는 전해질 조성물의 원하는 특성에 따라 다양한 양으로 사용될 수 있다. 하나 이상의 유기 카르보네이트는 전해질 조성물의 약 0.5 중량% 내지 약 95 중량%, 바람직하게는 약 5 중량% 내지 약 95 중량%, 더 바람직하게는 약 10 중량% 내지 약 80 중량%, 더 바람직하게는 약 20 중량% 내지 약 40 중량%, 훨씬 더 바람직하게는 약 25 중량% 내지 약 35 중량%의 범위로 전해질 조성물 중에 존재할 수 있다. 또 다른 구현예에서, 유기 카르보네이트(들)는 전해질 조성물의 약 0.5 중량% 내지 약 10 중량%, 또는 약 1 중량% 내지 약 10 중량%, 또는 약 5 중량% 내지 약 10 중량%를 구성한다. 모든 중량 백분율은 전해질 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
선택적으로, 본 명세서에 기재된 바와 같은 전해질 조성물은 첨가제, 예컨대 리튬 붕소 화합물, 사이클릭 설톤, 사이클릭 설페이트, 사이클릭 카르복실산 무수물, 또는 이들의 조합을 추가로 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 전해질 조성물은 리튬 붕소 화합물을 추가로 포함한다. 적합한 리튬 붕소 화합물은 리튬 테트라플루오로보레이트, 리튬 비스(옥살레이토)보레이트, 리튬 디플루오로(옥살레이토)보레이트, 다른 리튬 붕소 염, Li2B12F12 -xHx(여기서, x는 0 내지 8임), 리튬 플루오라이드 및 음이온 수용체, 예컨대 B(OC6F5)3의 혼합물 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 전해질 조성물은 리튬 비스(옥살레이토)보레이트, 리튬 디플루오로(옥살레이토)보레이트, 리튬 테트라플루오로보레이트, 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 적어도 하나의 리튬 보레이트 염, 바람직하게는 리튬 비스(옥살레이토)보레이트를 추가로 포함한다. 리튬 보레이트 화합물은 전해질 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 약 10 중량%의 범위로, 예를 들어 0.1 내지 약 5.0 중량%, 또는 0.3 내지 약 4.0 중량%, 또는 0.5 내지 2.0 중량%의 범위로 전해질 조성물 중에 존재할 수 있다. 리튬 붕소 화합물은 상업적으로 입수되거나 당업계에 알려진 방법으로 제조될 수 있다.
일부 구현예에서, 전해질 조성물은 사이클릭 설톤을 추가로 포함한다. 적합한 설톤은 하기 화학식으로 나타낸 것들을 포함한다:
상기 식에서, 각각의 A는 독립적으로 수소, 플루오린, 또는 선택적으로 플루오린화된 알킬, 비닐, 알릴, 아세틸렌, 또는 프로파르길 기이다. 비닐(H2C=CH-), 알릴(H2C=CH-CH2-), 아세틸렌(HC≡C-), 또는 프로파르길(HC≡C-CH2-) 기는 각각 비치환되거나 부분 또는 완전 플루오린화될 수 있다. 각각의 A는 나머지 다른 A 기들 중 하나 이상과 동일하거나 상이할 수 있고, A 기들 중 2개 또는 3개는 함께 고리를 형성할 수 있다. 설톤의 둘 이상의 혼합물이 또한 사용될 수 있다. 적합한 설톤은 1,3-프로판 설톤, 3-플루오로-1,3-프로판 설톤, 4-플루오로-1,3-프로판 설톤, 5-플루오로-1,3-프로판 설톤, 및 1,8-나프탈렌설톤을 포함한다. 바람직한 구현예에 따르면, 설톤은 1,3-프로판 설톤 또는 3-플루오로-1,3-프로판 설톤, 바람직하게는 1,3-프로판 설톤을 포함한다.
일 구현예에서, 설톤은 총 전해질 조성물의 약 0.01 내지 약 10 중량%, 또는 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%, 또는 약 0.5 중량% 내지 약 3 중량%, 또는 약 1 중량% 내지 약 3 중량% 또는 약 1.5 중량% 내지 약 2.5 중량%, 또는 약 2 중량%로 존재한다.
일부 구현예에서, 전해질 조성물은 하기 화학식으로 나타낸 사이클릭 설페이트를 추가로 포함한다:
상기 식에서, 각각의 B는 독립적으로 수소 또는 선택적으로 플루오린화된 비닐, 알릴, 아세틸렌, 프로파르길, 또는 C1-C3 알킬 기이다. 비닐(H2C=CH-), 알릴(H2C=CH-CH2-), 아세틸렌(HC≡C-), 프로파르길(HC≡C-CH2-), 또는 C1-C3 알킬 기는 각각 비치환되거나 부분 또는 완전 플루오린화될 수 있다. 사이클릭 설페이트의 둘 이상의 혼합물이 또한 사용될 수 있다. 적합한 사이클릭 설페이트는 에틸렌 설페이트(1,3,2-디옥사티올란-2,2-디옥사이드), 1,3,2-디옥사티올란-4-에티닐-2,2-디옥사이드, 1,3,2-디옥사티올란- 4-에테닐-2,2-디옥사이드, 1,3,2-디옥사티올란-4,5-디에테닐-2,2-디옥사이드, 1,3,2-디옥사티올란-4-메틸-2,2-디옥사이드, 및 1,3,2-디옥사티올란-4,5-디메틸-2,2-디옥사이드를 포함한다. 바람직한 구현예에 따르면, 사이클릭 설페이트는 에틸렌 설페이트이다.
일 구현예에서, 사이클릭 설페이트는 총 전해질 조성물의 약 0.1 중량% 내지 약 12 중량%, 또는 약 0.5 중량% 내지 약 10 중량% 미만, 약 0.5 중량% 내지 약 5 중량% 미만, 또는 약 0.5 중량% 내지 약 3 중량%, 또는 약 0.5 중량% 내지 약 2 중량%, 또는 약 2 중량% 내지 약 3 중량%로 존재한다. 일 구현예에서, 사이클릭 설페이트는 총 전해질 조성물의 약 1 중량% 내지 약 3 중량% 또는 약 1.5 중량% 내지 약 2.5 중량%, 또는 약 2 중량%로 존재한다.
일부 구현예에서, 전해질 조성물은 사이클릭 카르복실산 무수물을 추가로 포함한다. 적합한 사이클릭 카르복실산 무수물은 하기 화학식 IV 내지 화학식 XI로 나타낸 화합물들로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것들을 포함한다:
상기 식에서, R7 내지 R14는 각각 독립적으로 H; F; F, 알콕시, 및/또는 티오알킬 치환체로 선택적으로 치환된 선형 또는 분지형 C1 내지 C10 알킬 라디칼; 선형 또는 분지형 C2 내지 C10 알켄 라디칼; 또는 C6 내지 C10 아릴 라디칼이다. 알콕시 치환체는 1 내지 10개의 탄소를 가질 수 있고 선형 또는 분지형일 수 있으며; 알콕시 치환체의 예에는 -OCH3, -OCH2CH3, 및 -OCH2CH2CH3가 포함된다. 티오알킬 치환체는 1 내지 10개의 탄소를 가질 수 있고 선형 또는 분지형일 수 있으며; 티오알킬 치환체의 예에는 -SCH3, -SCH2CH3, 및 -SCH2CH2CH3가 포함된다. 적합한 사이클릭 카르복실산 무수물의 예에는 말레산 무수물; 석신산 무수물; 글루타르산 무수물; 2,3-디메틸말레산 무수물; 시트라콘산 무수물; 1-사이클로펜텐-1,2-디카르복실산 무수물; 2,3-디페닐말레산 무수물; 3,4,5,6-테트라하이드로프탈산 무수물; 2,3-디하이드로-1,4-디티오노-[2,3-c] 푸란-5,7-디온; 및 페닐말레산 무수물이 포함된다. 이들 사이클릭 카르복실산 무수물의 둘 이상의 혼합물이 또한 사용될 수 있다. 바람직한 구현예에 따르면, 사이클릭 카르복실산 무수물은 말레산 무수물을 포함한다. 일 구현예에서, 사이클릭 카르복실산 무수물은 말레산 무수물, 석신산 무수물, 글루타르산 무수물, 2,3-디메틸말레산 무수물, 시트라콘산 무수물, 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 사이클릭 카르복실산 무수물은 특수 화학 회사, 예컨대 Sigma-Aldrich, Inc.(미국 위스콘신주 밀워키 소재)로부터 입수될 수 있거나, 당업계에 알려진 방법을 사용하여 제조될 수 있다. 사이클릭 카르복실산 무수물을 적어도 약 99.0%, 예를 들어 적어도 약 99.9%의 순도 수준으로 정제하는 것이 바람직하다. 정제는 당업계에 알려진 방법을 사용하여 행해질 수 있다.
일부 구현예에서, 전해질 조성물은 전해질 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%의 사이클릭 카르복실산 무수물을 포함한다.
선택적으로, 본 발명에 따른 전해질 조성물은 통상적인 전해질 조성물에 유용하고, 특히 리튬 이온 배터리에 사용하는 것으로 당업자에게 알려진 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 전해질 조성물은 또한 가스-감소 첨가제를 포함할 수 있으며, 가스-감소 첨가제는 리튬 이온 배터리의 충전 및 방전 동안 발생되는 가스의 양을 감소시키는 데 유용하다. 가스-감소 첨가제는 임의의 유효량으로 사용될 수 있지만, 전해질 조성물의 약 0.05 중량% 내지 약 10 중량%, 바람직하게는 약 0.05 중량% 내지 약 5 중량%, 보다 바람직하게는 약 0.5 중량% 내지 약 2 중량%를 구성하도록 포함될 수 있다.
통상적으로 알려진 적합한 가스-감소 첨가제는, 예를 들어 할로벤젠, 예컨대 플루오로벤젠, 클로로벤젠, 브로모벤젠, 요오도벤젠, 또는 할로알킬벤젠; 1,3-프로판 설톤; 석신산 무수물; 에티닐 설포닐 벤젠; 2-설포벤조산 사이클릭 무수물; 디비닐 설폰; 트리페닐포스페이트(TPP); 디페닐 모노부틸 포스페이트(DMP); γ-부티로락톤; 2,3-디클로로-1,4-나프토퀴논; 1,2-나프토퀴논; 2,3-디브로모-1,4-나프토퀴논; 3-브로모-1,2-나프토퀴논; 2-아세틸푸란; 2-아세틸-5-메틸푸란; 2-메틸 이미다졸1-(페닐설포닐)피롤; 2,3-벤조푸란; 플루오로-사이클로트리포스파젠, 예컨대 2,4,6-트리플루오로-2-페녹시-4,6-디프로폭시-사이클로트리포스파젠 및 2,4,6-트리플루오로-2-(3-(트리플루오로메틸)페녹시)-6-에톡시-사이클로트리포스파젠; 벤조트리아졸; 퍼플루오로에틸렌 카르보네이트; 아니솔; 디에틸포스포네이트; 플루오로알킬-치환된 디옥솔란, 예컨대 2-트리플루오로메틸디옥솔란 및 2,2-비스트리플루오로메틸-1,3-디옥솔란; 트리메틸렌 보레이트; 디하이드로-3-하이드록시-4,5,5-트리메틸-2(3H)-푸라논; 디하이드로-2-메톡시-5,5-디메틸-3(2H)-푸라논; 디하이드로-5,5-디메틸-2,3-푸란디온; 프로펜 설톤; 디글리콜산 무수물; 디-2-프로피닐 옥살레이트; 4-하이드록시-3-펜텐산 γ-락톤; CF3COOCH2C(CH3)(CH2OCOCF3)2; CF3COOCH2CF2CF2CF2CF2CH2OCOCF3; α-메틸렌-γ-부티로락톤; 3-메틸-2(5H)-푸라논; 5,6-디하이드로-2-피라논; 디에틸렌 글리콜, 디아세테이트; 트리에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트; 트리글리콜 디아세테이트; 1,2-에탄디설폰산 무수물; 1,3-프로판디설폰산 무수물; 2,2,7,7-테트라옥사이드 1,2,7-옥사디티에판; 3-메틸-2,2,5,5-테트라옥사이드 1,2,5-옥사디티올란; 헥사메톡시사이클로트리포스파젠; 4,5-디메틸-4,5-디플루오로-1,3-디옥솔란-2-온; 2-에톡시-2,4,4,6,6-펜타플루오로-2,2,4,4,6,6-헥사하이드로-1,3,5,2,4,6-트리아자트리포스포린; 2,2,4,4,6-펜타플루오로-2,2,4,4,6,6-헥사하이드로-6-메톡시-1,3,5,2,4,6-트리아자트리포스포린; 4,5-디플루오로-1,3-디옥솔란-2-온; 1,4-비스(에테닐설포닐)-부탄; 비스(비닐설포닐)-메탄; 1,3-비스(에테닐설포닐)-프로판; 1,2-비스(에테닐설포닐)-에탄; 에틸렌 카르보네이트; 디에틸 카르보네이트; 디메틸 카르보네이트; 에틸 메틸 카르보네이트; 및 1,1'-[옥시비스(메틸렌설포닐)]비스-에텐이다.
사용될 수 있는 다른 적합한 첨가제는 HF 포착제, 예컨대 실란, 실라잔(Si-NH-Si), 에폭사이드, 아민, 아지리딘(2개의 탄소를 함유함), 탄산 리튬 옥살레이트의 염, B2O5, ZnO, 및 플루오린화 무기 염이다.
또 다른 구현예에서, 전기화학 전지가 본 명세서에 제공되며, 본 전기화학 전지는 하우징, 서로 이온 전도성 접촉 상태로 하우징 내에 배치된 애노드 및 캐소드, 애노드와 캐소드 사이에 이온 전도성 경로를 제공하는, 상기에서 본 명세서에 기재된 바와 같은 전해질 조성물, 및 애노드와 캐소드 사이에 존재하는 다공성 또는 미세다공성 세퍼레이터를 포함한다. 바람직한 구현예에 따르면, 전기화학 전지는 리튬 이온 배터리이다.
하우징은 전기화학 전지 구성요소들을 수용하기에 적합한 임의의 용기일 수 있다. 하우징 재료는 당업계에 잘 알려져 있고, 예를 들어 금속 및 중합체 하우징을 포함할 수 있다. 하우징의 형상이 특별히 중요하지는 않지만, 적합한 하우징이 작거나 큰 원통, 각주형 케이스, 또는 파우치 형상으로 제조될 수 있다. 애노드 및 캐소드는 전기화학 전지의 유형에 따라 임의의 적합한 전도성 물질로 구성될 수 있다. 애노드 물질의 적합한 예에는 제한 없이, 리튬 금속, 리튬 금속 합금, 티탄산리튬, 알루미늄, 백금, 팔라듐, 흑연, 전이 금속 산화물, 및 리튬화 주석 산화물이 포함된다. 캐소드 물질의 적합한 예에는 제한 없이, 흑연, 알루미늄, 백금, 팔라듐, 리튬 또는 나트륨을 포함하는 전기활성 전이 금속 산화물, 인듐 주석 산화물, 및 전도성 중합체, 예컨대 폴리피롤 및 폴리비닐페로센이 포함된다.
다공성 세퍼레이터는 애노드와 캐소드 사이의 단락(short circuiting)을 방지하는 역할을 한다. 다공성 세퍼레이터는 통상적으로 미세다공성 중합체, 예컨대 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리이미드 또는 이들의 조합의 단일겹(single-ply) 또는 다중겹(multi-ply) 시트로 구성된다. 다공성 세퍼레이터의 기공 크기는 애노드와 캐소드 사이에 이온 전도성 접촉을 제공하도록 이온의 수송을 가능하게 할 정도로 충분히 크지만, 애노드와 캐소드가 직접적으로 접촉하거나 입자 침투 또는 애노드 및 캐소드 상에 형성될 수 있는 수지상정(dendrite)으로부터 접촉하는 것을 방지할 정도로 충분히 작다. 본 발명에 사용하기에 적합한 다공성 세퍼레이터의 예는 미국 출원 SN 12/963,927(2010년 12월 9일에 출원됨, 미국 특허 출원 공개 번호 2012/0149852, 이제는 미국 특허 번호 8,518,525)에 개시되어 있다.
애노드 또는 캐소드로서 기능할 수 있는 많은 상이한 유형의 물질이 알려져 있다. 일부 구현예에서, 캐소드는, 예를 들어, 리튬 및 전이 금속을 포함하는 캐소드 전기활성 물질, 예컨대 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, LiCo0 . 2Ni0 . 2O2, LiV3O8, LiNi0.5Mn1.5O4; LiFePO4, LiMnPO4, LiCoPO4, 및 LiVPO4F를 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 캐소드 활물질은, 예를 들어 하기를 포함할 수 있다:
-
LiaCoGbO2(여기서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 및 0.001 ≤ b ≤ 0.1);
-
LiaNibMncCodReO2 - fZf(여기서, 0.8 ≤ a ≤ 1.2, 0.1 ≤ b ≤ 0.9, 0.0 ≤ c ≤ 0.7, 0.05 ≤ d ≤ 0.4, 0 ≤ e ≤ 0.2이며, 여기서 b+c+d+e의 합은 약 1이고, 0≤f≤0.08임);
-
LiaA1 - b,RbD2(여기서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8 및 0 ≤ b ≤ 0.5);
-
LiaE1 - bRbO2 - cDc(여기서, 0.90 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.5 및 0 ≤ c ≤ 0.05);
-
LiaNi1 -b- cCobRcO2 - dZd(여기서, 0.9 ≤ a ≤ 1.8, 0 ≤ b ≤ 0.4, 0 ≤ c ≤ 0.05, 및 0 ≤ d ≤ 0.05);
-
Li1 + zNi1 -x- yCoxAlyO2(여기서, 0 < x < 0.3, 0 < y <0.1, 및 0 < z < 0.06).
상기 화학식에서, A는 Ni, Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; D는 O, F, S, P, 또는 이들의 조합이고; E는 Co, Mn, 또는 이들의 조합이고; G는 Al, Cr, Mn, Fe, Mg, La, Ce, Sr, V, 또는 이들의 조합이고; R은 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, Zr, Ti, 희토류 원소, 또는 이들의 조합이고; Z는 F, S, P, 또는 이들의 조합이다. 적합한 캐소드는 미국 특허 번호 5,962,166; 6,680,145; 6,964,828; 7,026,070; 7,078,128; 7,303,840; 7,381,496; 7,468,223; 7,541,114; 7,718,319; 7,981,544; 8,389,160; 8,394,534; 및 8,535,832, 및 그 안의 참고문헌에 개시된 것들을 포함한다. "희토류 원소"는 La부터 Lu까지, 및 Y 및 Sc로부터의 란탄족 원소를 의미한다.
또 다른 구현예에서, 캐소드 물질은 NMC 캐소드; 즉, LiNiMnCoO 캐소드, 더 구체적으로는 하기와 같은 캐소드이다:
-
Ni:Mn:Co의 원자비는 1:1:1(LiaNi1 -b- cCobRcO2 - dZd, 여기서 0.98 ≤ a ≤ 1.05, 0 ≤ d ≤ 0.05, b = 0.333, c = 0.333이고, R은 Mn을 포함함)이거나;
-
Ni:Mn:Co의 원자비는 5:3:2(LiaNi1 -b- cCobRcO2 - dZd, 여기서 0.98 ≤ a ≤ 1.05, 0 ≤ d ≤ 0.05, c = 0.3, b = 0.2이고, R은 Mn을 포함함)이다.
또 다른 구현예에서, 캐소드는 화학식 LiaMnbJcO4Zd의 물질을 포함하며, 여기서 J는 Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Cu, V, Ti, Zr, Mo, B, Al, Ga, Si, Li, Mg, Ca, Sr, Zn, Sn, 희토류 원소, 또는 이들의 조합이고; Z는 F, S, P, 또는 이들의 조합이고; 0.9 ≤ a ≤ 1.2, 1.3 ≤ b ≤ 2.2, 0 ≤ c ≤ 0.7, 0 ≤ d ≤ 0.4이다.
또 다른 구현예에서, 본 명세서에 개시된 전기화학 전지 또는 리튬 이온 배터리에서의 캐소드는 Li/Li+ 기준 전극에 대하여 4.6 V 초과의 전위 범위에서 30 mAh/g 초과의 용량을 나타내는 캐소드 활물질을 포함한다. 그러한 캐소드의 한 예는, 캐소드 활물질로서 스피넬 구조를 갖는 리튬-함유 망간 복합 산화물을 포함하는 안정화된 망간 캐소드이다. 본 발명에 사용하기에 적합한 캐소드에서의 리튬-함유 망간 복합 산화물은 화학식 LixNiyMzMn2 -y- zO4 -d의 산화물을 포함하며, 여기서 x는 0.03 내지 1.0이고; x는 충전 및 방전 동안 리튬 이온 및 전자의 방출 및 흡수에 따라 변하고; y는 0.3 내지 0.6이고; M은 Cr, Fe, Co, Li, Al, Ga, Nb, Mo, Ti, Zr, Mg, Zn, V, 및 Cu 중 하나 이상을 포함하고; z는 0.01 내지 0.18이고; d는 0 내지 0.3이다. 상기 화학식에서의 일 구현예에서, y는 0.38 내지 0.48이고, z는 0.03 내지 0.12이고, d는 0 내지 0.1이다. 상기 화학식에서의 일 구현예에서, M은 Li, Cr, Fe, Co 및 Ga 중 하나 이상이다. 안정화된 망간 캐소드는 또한 스피넬-층상 복합재를 포함할 수 있는데, 이는 망간-함유 스피넬 성분 및 리튬 풍부 층상 구조를 함유하는 것으로, 미국 특허 번호 7,303,840에 기재된 바와 같다.
또 다른 구현예에서, 캐소드는 하기 화학식의 구조로 나타낸 복합 물질을 포함한다:
x(Li2 - wA1 - vQw + vO3 -e)·(1-x)(LiyMn2 - zMzO4 -d)
상기 식에서,
-
x는 약 0.005 내지 약 0.1이고;
-
A는 Mn 또는 Ti 중 하나 이상을 포함하고;
-
Q는 Al, Ca, Co, Cr, Cu, Fe, Ga, Mg, Nb, Ni, Ti, V, Zn, Zr 또는 Y 중 하나 이상을 포함하고;
-
e는 0 내지 약 0.3이고;
-
v는 0 내지 약 0.5이고;
-
w는 0 내지 약 0.6이고;
-
M은 Al, Ca, Co, Cr, Cu, Fe, Ga, Li, Mg, Mn, Nb, Ni, Si, Ti, V, Zn, Zr 또는 Y 중 하나 이상을 포함하고;
-
d는 0 내지 약 0.5이고;
-
y는 약 0 내지 약 1이고;
-
z는 약 0.3 내지 약 1이고;
LiyMn2 - zMzO4 -d 성분은 스피넬 구조를 갖고, Li2 - wQw + vA1 - vO3 -e 성분은 층상 구조를 갖는다.
상기 식에서, x는 바람직하게는 약 0 내지 약 0.1일 수 있다.
또 다른 구현예에서, 본 명세서에 개시된 리튬 이온 배터리에서의 캐소드는 하기를 포함한다:
LiaA1 - xRxDO4 - fZf
상기 식에서,
-
A는 Fe, Mn, Ni, Co, V, 또는 이들의 조합이고;
-
R은 Al, Ni, Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V, Zr, Ti, 희토류 원소, 또는 이들의 조합이고;
-
D는 P, S, Si, 또는 이들의 조합이고;
-
Z는 F, Cl, S, 또는 이들의 조합이고;
-
0.8 ≤ a ≤ 2.2;
-
0 ≤ x ≤ 0.3; 및
-
0 ≤ f ≤ 0.1이다.
또 다른 구현예에서, 본 명세서에 개시된 리튬 이온 배터리 또는 전기화학 전지에서의 캐소드는 Li/Li+ 기준 전극에 대하여 약 4.1 V 이상, 또는 4.35 V 이상, 또는 4.5 V 초과, 또는 4.6 V 이상의 전위까지 충전되는 캐소드 활물질을 포함한다. 다른 예는 4.5 V 초과의 더 높은 충전 전위까지 충전되는 미국 특허 번호 7,468,223에 기재된 것들과 같은 층상-층상 고용량 산소-방출 캐소드이다.
일부 구현예에서, 캐소드는 Li/Li+ 기준 전극에 대하여 4.6 V 초과의 전위 범위 내에서 30 mAh/g 용량 초과를 나타내는 캐소드 활물질, 또는 Li/Li+ 기준 전극에 대하여 4.35 V 이상의 전위까지 충전되는 캐소드 활물질을 포함한다.
본 발명에 사용하기에 적합한 캐소드 활물질은 문헌[Liu et al (J. Phys. Chem. C 13:15073-15079, 2009)]에 기재된 수산화물 전구체 방법과 같은 방법을 사용하여 제조될 수 있다. 그러한 방법에서는, 수산화물 전구체가 KOH의 첨가에 의해 필요량의 망간, 니켈 및 다른 원하는 금속(들) 아세트산염을 함유하는 용액으로부터 침전된다. 생성된 침전물은 오븐-건조되고, 이어서 3 내지 24시간 동안 산소 중에서 약 800 내지 약 1000℃에서 필요량의 LiOH·H2O와 함께 소성된다. 대안적으로, 캐소드 활물질은 미국 특허 번호 5,738,957(Amine)에 기재된 바와 같이 고상 반응 공정 또는 졸-겔 공정을 사용하여 제조될 수 있다.
본 발명에 사용하기에 적합한, 캐소드 활물질이 함유되어 있는 캐소드는 유효량의 캐소드 활물질(예를 들어, 약 70 중량% 내지 약 97 중량%), 중합체 결합제, 예컨대 폴리비닐리덴 디플루오라이드, 및 전도성 탄소를 적합한 용매, 예컨대 N-메틸피롤리돈 중에서 혼합하여 페이스트를 생성하고, 이어서 이것을 전류 콜렉터, 예컨대 알루미늄 포일 상에 코팅하고, 건조시켜 캐소드를 형성하는 것과 같은 방법에 의해 제조될 수 있다.
본 명세서에 개시된 바와 같은 전기화학 전지 또는 리튬 이온 배터리는 애노드를 추가로 함유하며, 이것은 리튬 이온을 저장 및 방출할 수 있는 애노드 활물질을 포함한다. 적합한 애노드 활물질의 예에는, 예를 들어 리튬 합금, 예컨대 리튬-알루미늄 합금, 리튬-납 합금, 리튬-규소 합금, 및 리튬-주석 합금; 탄소 물질, 예컨대 흑연 및 메소카본 마이크로비드(MCMB); 인-함유 물질, 예컨대 흑인(black phosphorus), MnP4 및 CoP3; 금속 산화물, 예컨대 SnO2, SnO 및 TiO2; 안티몬 또는 주석을 함유하는 나노복합재, 예를 들어 안티몬, 알루미늄, 티타늄, 또는 몰리브덴의 산화물, 및 탄소를 함유하는 나노복합재, 예컨대 문헌[Yoon et al (Chem . Mater. 21, 3898-3904, 2009)]에 기재된 것들; 및 티탄산리튬, 예컨대 Li4Ti5O12 및 LiTi2O4가 포함된다. 일 구현예에서, 애노드 활물질은 티탄산리튬 또는 흑연이다. 또 다른 구현예에서, 애노드는 흑연이다.
애노드는 캐소드에 대해 상기 기재된 것과 유사한 방법에 의해 제조될 수 있는데, 여기서는 예를 들어, 결합제, 예컨대 비닐 플루오라이드-기반 공중합체를 유기 용매 또는 물 중에 용해 또는 분산시키고, 이어서 이것을 전도성 활물질과 혼합하여 페이스트를 수득한다. 페이스트를 전류 콜렉터로서 사용되는 금속 포일, 바람직하게는 알루미늄 또는 구리 포일 상에 코팅한다. 페이스트를, 바람직하게는 열로 건조시켜, 활물질이 전류 콜렉터에 결합되도록 한다. 적합한 애노드 활물질 및 애노드는 Hitachi, NEI Inc.(미국 뉴저지주 서머셋 소재), 및 Farasis Energy Inc.(미국 캘리포니아주 헤이워드 소재)와 같은 회사로부터 구매가능하다.
본 명세서에 개시된 바와 같은 전기화학 전지는 다양한 용품에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 전기화학 전지는 전자적으로 동력화 또는 보조되는 다양한 디바이스("전자 디바이스"), 예컨대 컴퓨터, 카메라, 라디오, 파워 툴, 원격통신 디바이스, 또는 수송 디바이스(동력 차량, 자동차, 트럭, 버스 또는 비행기를 포함함)에서 그리드 저장장치(grid storage)를 위해 또는 전력 공급원으로서 사용될 수 있다. 본 발명은 또한, 개시된 전기화학 전지를 포함하는 전자 디바이스, 수송 디바이스, 또는 원격통신 디바이스에 관한 것이다.
또 다른 구현예에서, 전해질 조성물을 형성하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 a) 본 명세서에서 상기에 정의된 바와 같은 플루오린화 용매; b) 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드, 및 c) 적어도 하나의 전해질 염을 배합하여 전해질 조성물을 형성하는 단계를 포함한다. 이들 성분들은 임의의 적합한 순서대로 배합될 수 있다. 배합 단계는 전해질 조성물의 개별 성분들을 순차적으로 또는 동시에 첨가함으로써 달성될 수 있다. 일부 구현예에서, 성분 a)와 성분 b)를 배합하여 제1 용액을 제조한다. 제1 용액의 형성 후에, 원하는 농도의 전해질 염을 갖는 전해질 조성물을 생성하기 위하여 일정량의 전해질 염을 제1 용액에 첨가한다. 대안적으로, 성분 a)와 성분 c)를 배합하여 제1 용액을 제조하고, 제1 용액의 형성 후에, 일정량의 적어도 하나의 실릴 옥살레이트를 첨가하여 전해질 조성물을 생성한다. 통상적으로, 균질한 혼합물을 형성하기 위하여 성분들을 첨가하는 동안 및/또는 그 후에 전해질 조성물을 교반한다.
또 다른 구현예에서, 리튬 이온 배터리의 저온 및 고온에서의 사이클 성능, 및/또는 고온에서의 저장 성능을 개선하기 위한 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드의 용도가 본 발명의 주제이며, 상기 용도에서 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드는 본 명세서에서 상기에 정의된 바와 같은 플루오린화 용매와 배합된 상태로 사용된다. 리튬 이온 배터리의 저온 및 고온에서의 사이클 성능, 및/또는 고온에서의 저장 성능을 개선하기 위한 방법이 개시되며, 상기 방법은 플루오린화 용매 및 적어도 하나의 전해질 염을 포함하는 전해질 조성물 중에 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드를 도입하는 단계를 포함한다.
모든 특허 출원의 개시내용 및 본 명세서에 인용된 간행물은 이들이 본 명세서에 기재된 것들에 대해 보충인 예시적인, 절차적인 또는 다른 세부 사항을 제공하는 정도로 본 명세서에 참고로 포함된다. 본 명세서에 참고로 포함된 임의의 특허, 특허 출원, 및 간행물의 개시내용이 용어를 불명확하게 할 수 있는 정도로 본 명세서와 상충된다면, 본 명세서가 우선할 것이다.
각각의 모든 청구항은 본 발명의 구현예로서 본 명세서 내로 통합된다. 따라서, 이들 청구항은 추가의 설명이고, 본 발명의 바람직한 구현예에 대한 부가이다.
본 발명의 바람직한 구현예가 보여지고 기재되어 있지만, 본 발명의 사상 또는 교시로부터 벗어나지 않고서 당업자에 의해 이의 수정이 이루어질 수 있다. 본 명세서에 기재된 구현예는 단지 예시적이고 제한적이지 않다. 시스템 및 방법의 많은 변형 및 수정이 가능하며, 이는 본 발명의 범주 내에 있다.
따라서, 보호 범주는 상기에 기재된 상세한 설명에 의해 제한되지 않고 단지 하기 청구범위에 의해서만 제한되며, 그 범주는 청구범위의 발명 주제의 모든 등가물을 포함한다.
실시예
본 발명은 하기 실시예에서 추가로 정의된다. 이들 실시예는 본 발명의 바람직한 구현예를 나타내지만, 단지 예로서 제공됨이 이해되어야 한다. 상기 논의 및 이들 실시예로부터, 당업자는 본 발명의 본질적인 특성을 확인할 수 있고, 이의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고서, 다양한 용도 및 조건에 맞게 본 발명을 다양하게 변경 및 변형할 수 있다.
사용된 약어의 의미는 하기와 같다: "℃"는 섭씨도를 의미하고; "g"은 그램을 의미하고, "mg"은 밀리그램을 의미하고, "μg"은 마이크로그램을 의미하고, "L"는 리터를 의미하고, "mL"는 밀리리터를 의미하고, "μL"는 마이크로리터를 의미하고, "mol"은 몰을 의미하고, "mmol"은 밀리몰을 의미하고, "M"은 몰농도를 의미하고, "중량%"는 중량 기준 퍼센트를 의미하고, "mm"는 밀리미터를 의미하고, "μm"는 마이크로미터를 의미하고, "ppm"은 백만분율을 의미하고, ”h”는 시간을 의미하고, "min"은 분을 의미하고, "psig"는 제곱인치당 파운드 게이지를 의미하고, "kPa"은 킬로파스칼을 의미하고, "A"는 암페어를 의미하고, "mA"는 밀리암페어를 의미하고, "mAh/g"은 그램당 밀리암페어 시간을 의미하고, "V"는 볼트를 의미하고, "xC"는 x와 전류(단위: A)의 곱으로서, Ah로 표현되는 배터리의 공칭 용량과 수치상 동일한 정전류를 의미하고, "rpm"은 분당 회전수를 의미하고, "Ex"는 실시예를 의미하고, "LiPF6"는 리튬 헥사플루오로포스페이트를 의미하고, "FEC"는 모노플루오로에틸렌 카르보네이트를 의미하고, "DFEA"는 2,2-디플루오로에틸 아세테이트를 의미하고, "LiFSI"는 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드를 의미하고, "NMC532"는 LiNi5 / 10Mn3 / 10Co2 / 10O2를 의미하고, "SOC"는 전하 상태를 의미하고, "DC-IR"은 직류 내부 저항을 의미하고, 배터리를 통해 흐르는 전류의 저항을 지칭한다.
전해질 제조
아르곤 가스 퍼지된 드라이 박스 내에서 2,2-디플루오로에틸 아세테이트(DFEA, Solvay)를 플루오로에틸렌 카르보네이트(FEC, Solvay)와 75:25 중량비로 배합함으로써 전해질을 제조하였다. 분자체(3A)를 첨가하고, 혼합물을 건조시켜 수분이 1 ppm 미만이 되게 하고, 0.45 마이크로미터 PTFE 시린지 필터를 통해 여과하였다.
88.68 g의 상기 기재된 혼합물을 11.32 g의 LiPF6(Enchem) 및 가변량의 LiFSI와 배합하였다. 물질을 온화하게 교반하여 성분들을 용해시키고, 최종 제형을 제조하였다.
표 1에 따라 5개의 전해질 제형을 제조하였다.
| Li-염 | 용매 | 첨가제 | |
| 참조예 | 1 M LiPF6 | DFEA/FEC (75:25) | - |
| Ex.1 | 1 M LiPF6 | DFEA/FEC (75:25) | LiFSI 1 중량% |
| Ex.2 | 1 M LiPF6 | DFEA/FEC (75:25) | LiFSI 3 중량% |
| Ex.3 | 1 M LiPF6 | DFEA/FEC (75:25) | LiFSI 5 중량% |
| Ex.4 | 1 M LiPF6 | DFEA/FEC (75:25) | LiFSI 10 중량% |
파우치 셀(pouch cell)의 제조
Pred Materials(미국 뉴욕주 뉴욕 소재)로부터 파우치 셀을 구매하였는데, 이는 NMC532 캐소드 및 흑연 애노드를 수용하고 있는 600 mAh 전지였다.
사용 전에, 파우치 셀을 드라이 박스의 안티챔버(antechamber) 내에서 55℃ 및 진공 -100 kPa에서의 진공 하에서 4일 동안 건조시켰다. 대략 2.0 g의 전해질 조성물을 바닥을 통해 주입하고, 바닥 가장자리를 진공 밀봉기 내에서 밀봉하였다. 각각의 실시예에 대하여, 동일한 전해질 조성물을 사용하여 2개의 파우치 셀을 제조한다.
파우치 셀의 조립 및 형성
전지를 환경 챔버(모델 BTU-433, 미국 미시간주 허드슨빌 소재의 Espec North America) 내에 유지하고, 형성 절차(25℃, 60℃에서) 및 고온 사이클링(45℃에서)에 대하여 배터리 테스터(시리즈 4000, 미국 오클라호마주 털사 소재의 Maccor)를 사용하여 평가하였다.
하기 사이클링 절차를 사용하여 파우치 셀을 컨디셔닝하였다. 제1 사이클에서는, 0.1 C로 3시간 동안 전지를 충전하고(이는 대략 30%의 충전 상태에 상응함); 이후에 60℃에서 24시간의 휴지가 뒤따른다. 파우치 셀을 탈기하고, 진공 밀봉기 내에서 재밀봉한다. 70℃에서 3초 동안 핫 프레스를 사용하여 이 전지를 프레싱한다. 제2 사이클 동안에는, 0.5 C의 정전류로 4.35 V까지 전지를 충전한 후(CC 충전), 전류가 0.05 C 미만으로 떨어질 때까지 4.35 V에서의 CV 전압-유지 단계가 뒤따르고, 10분 동안 휴지한다. 이후에, 3.0 V까지 0.5 C에서의 CC 방전이 뒤따르고, 10분 동안 휴지한다. 이 사이클을 3회 반복하고, 이것을 전지의 용량의 점검으로서 사용한다. 파우치 셀을 형성하기 위한 최종 단계에서는, 0.5 C의 정전류로 SOC30까지 충전된다(CC 충전).
하기에 기재된 25℃ 사이클링 및 45℃ 사이클링을 위하여, 전지는 또한 매 충전 및 매 방전 단계 후마다 10분의 휴지를 갖는다.
사이클링 방법
전지를 25℃ 및 45℃의 환경 챔버 내에 넣고 사이클링하였다: 4.35 V까지 1 C에서의 CC 충전 + 0.05 C까지 CV 충전, 및 3.0 V까지 1 C에서의 CC 방전.
저장 절차
전지를 SOC100, 4.35 V까지 1 C에서의 CC 충전 및 0.05 C까지 CV 충전 상태 하에서 초기 두께를 점검하고 70℃의 환경 챔버 내에 넣었다. 1주 후에, 이들을 오븐에서 꺼내고, 베르니어(Vernier) 캘리퍼에 의해 두께를 측정하였으며, 3.0 V까지 1C에서의 CC 방전을 사용하여 잔류 용량 및 회복 용량을 측정하였으며, DC-IR을 점검한다.
이온 전도도 측정 절차
전해질의 이온 전도도를 온도 제어 챔버 내에서 LCR 측정기에 의해 측정하였다.
결과
일부 결과가 표 2에 요약되어 있으며, 도 1, 도 2, 및 도 3에 나타나 있다:
| 참조예 | Ex.1 | Ex.2 | Ex.3 | Ex.4 | |
| 25℃ 사이클링 (900회 사이클에서의 용량 보유율) |
99.4% | 100.9% | 100.2% | 99.7% | 96.1% |
| 45℃ 사이클링(80% 용량에서의 사이클 횟수) | 498 | 757 | 706 | 667 | 517 |
| 팽윤(70℃, 1주 저장 후에) | 96.6% | 49.3% | 21.8% | 16.6% | 15.0% |
| 잔류 용량(70℃, 1주 저장 후에) | 83.8% | 84.9% | 86.0% | 87.7% | 85.9% |
| 회복 용량(70℃, 1주 저장 후에) | 86.0% | 87.8% | 90.2% | 92.0% | 90.9% |
이들 시험은 LiFSI를 포함하는 본 발명에 따른 전해질을 수용하고 있는 전지가 개선된 저온 및 고온에서의 사이클 성능을 가짐을 나타낸다. 추가로, LiFSI를 포함하는 본 발명에 따른 전해질을 수용하고 있는 전지가 개선된 고온에서의 저장 성능을 갖는다.
Claims (15)
- - 플루오린화 용매,
- 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드; 및
- 적어도 하나의 전해질 염
을 포함하며,
플루오린화 용매는 하기 화학식으로 나타낸 어사이클릭(acyclic) 카르복실산 에스테르인, 전해질 조성물:
R1-COO-R2
(상기 식에서,
i) R1은 알킬 기이고;
ii) R2는 플루오로알킬 기이고;
iii) 한 쌍으로서 취해진 R1과 R2는 적어도 2개, 7개 이하의 탄소 원자를 포함함). - 제1항에 있어서, LiFSI는 전해질 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 약 30 중량%의 범위로, 바람직하게는 0.1 내지 약 20 중량%, 더 바람직하게는 0.1 내지 약 10 중량%, 더 바람직하게는 0.3 내지 약 5.0 중량%, 훨씬 더 바람직하게는 0.5 내지 2.0 중량%의 범위로 전해질 조성물 중에 존재하는 것인, 전해질 조성물.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전해질 염은 리튬 헥사플루오로포스페이트 또는 리튬 비스(트리플루오로메탄설포닐)이미드를 포함하는 것인, 전해질 조성물.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플루오린화 용매는 2,2-디플루오로에틸 아세테이트, 2,2,2-트리플루오로에틸 아세테이트, 2,2-디플루오로에틸 프로피오네이트, 3,3-디플루오로프로필 아세테이트, 3,3-디플루오로프로필 프로피오네이트, 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 플루오린화 어사이클릭 카르복실산 에스테르인, 전해질 조성물.
- 제4항에 있어서, 상기 플루오린화 용매는 2,2-디플루오로에틸 아세테이트, 2,2-디플루오로에틸 프로피오네이트, 2,2,2-트리플루오로에틸 아세테이트, 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 플루오린화 어사이클릭 카르복실산 에스테르인, 전해질 조성물.
- 제5항에 있어서, 상기 플루오린화 용매는 2,2-디플루오로에틸 아세테이트인, 전해질 조성물.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플루오린화 용매는 전해질 조성물의 약 5 중량% 내지 약 95 중량%, 바람직하게는 약 10 중량% 내지 약 80 중량%, 더 바람직하게는 약 20 중량% 내지 약 75 중량%, 더 바람직하게는 약 30 중량% 내지 약 70 중량%, 훨씬 더 바람직하게는 약 50 중량% 내지 약 70 중량%를 나타내는 것인, 전해질 조성물.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전해질 조성물은 하나 이상의 플루오린화 또는 비-플루오린화, 선형 또는 사이클릭 유기 카르보네이트를 추가로 포함하는 것인, 전해질 조성물.
- 제8항에 있어서, 상기 유기 카르보네이트는 플루오로에틸렌 카르보네이트, 트리플루오로에틸렌 카르보네이트의 모든 이성질체; 에틸렌 카르보네이트; 에틸 메틸 카르보네이트; 4,5-디플루오로-1,3-디옥솔란-2-온을 포함하는 디플루오로에틸렌 카르보네이트의 모든 이성질체; 4,5-디플루오로-4-메틸-1,3-디옥솔란-2-온; 4,5-디플루오로-4,5-디메틸-1,3-디옥솔란-2-온; 4,4-디플루오로-1,3-디옥솔란-2-온; 4,4,5-트리플루오로-1,3-디옥솔란-2-온; 테트라플루오로에틸렌 카르보네이트; 디메틸 카르보네이트; 디에틸 카르보네이트; 프로필렌 카르보네이트; 비닐렌 카르보네이트; 디-tert-부틸 카르보네이트; 2,2,3,3-테트라플루오로프로필 메틸 카르보네이트; 비스(2,2,3,3-테트라플루오로프로필) 카르보네이트; 비스(2,2,2-트리플루오로에틸) 카르보네이트; 2,2,2-트리플루오로에틸 메틸 카르보네이트; 비스(2,2-디플루오로에틸) 카르보네이트; 2,2-디플루오로에틸 메틸 카르보네이트; 디프로필 카르보네이트; 메틸 프로필 카르보네이트; 에틸 프로필 비닐렌 카르보네이트; 메틸 부틸 카르보네이트; 에틸 부틸 카르보네이트; 프로필 부틸 카르보네이트; 디부틸 카르보네이트; 비닐 에틸렌 카르보네이트; 디메틸비닐렌 카르보네이트; 2,3,3-트리플루오로알릴 메틸 카르보네이트; 또는 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 것인, 전해질 조성물.
- 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 하나 이상의 유기 카르보네이트는 전해질 조성물의 약 0.5 중량% 내지 약 95 중량%, 바람직하게는 약 5 중량% 내지 약 95 중량%, 더 바람직하게는 약 10 중량% 내지 약 80 중량%, 더 바람직하게는 약 20 중량% 내지 약 40 중량%, 훨씬 더 바람직하게는 약 25 중량% 내지 약 35 중량%의 범위로 전해질 조성물 중에 존재하는 것인, 전해질 조성물.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전해질 조성물은 첨가제, 예컨대 리튬 붕소 화합물, 사이클릭 설톤, 사이클릭 설페이트, 사이클릭 카르복실산 무수물, 또는 이들의 조합을 추가로 포함하는 것인, 전해질 조성물.
- (a) 하우징;
(b) 서로 이온 전도성 접촉 상태로 하우징 내에 배치된 애노드 및 캐소드;
(c) 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 전해질 조성물
을 포함하는, 전기화학 전지. - 제12항에 따른 전기화학 전지를 포함하는, 전자 디바이스, 수송 디바이스, 또는 원격통신 디바이스.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 전해질 조성물을 형성하기 위한 방법으로서,
a) 플루오린화 용매; b) 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드, 및 c) 적어도 하나의 전해질 염을 배합하여 전해질 조성물을 형성하는 단계를 포함하며, 플루오린화 용매는 하기 화학식으로 나타낸 어사이클릭 카르복실산 에스테르인, 방법:
R1-COO-R2
(상기 식에서,
i) R1은 알킬 기이고;
ii) R2는 플루오로알킬 기이고;
iii) 한 쌍으로서 취해진 R1과 R2는 적어도 2개, 7개 이하의 탄소 원자를 포함함). - 리튬 이온 배터리의 저온 및 고온에서의 사이클 성능 및/또는 고온에서의 저장 성능을 개선하기 위한 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드의 용도로서,
리튬 비스(플루오로설포닐)이미드는 플루오린화 용매와 배합된 상태로 사용되며, 플루오린화 용매는 하기 화학식으로 나타낸 어사이클릭 카르복실산 에스테르인, 용도:
R1-COO-R2
(상기 식에서,
i) R1은 알킬 기이고;
ii) R2는 플루오로알킬 기이고;
iii) 한 쌍으로서 취해진 R1과 R2는 적어도 2개, 7개 이하의 탄소 원자를 포함함).
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201862616510P | 2018-01-12 | 2018-01-12 | |
| US62/616,510 | 2018-01-12 | ||
| EP18158776 | 2018-02-27 | ||
| EP18158776.7 | 2018-02-27 | ||
| PCT/EP2019/050660 WO2019138056A1 (en) | 2018-01-12 | 2019-01-11 | Non-aqueous electrolyte compositions comprising lithium bis(fluorosulfonyl)imide |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20200105482A true KR20200105482A (ko) | 2020-09-07 |
Family
ID=65199390
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020207019566A KR20200105482A (ko) | 2018-01-12 | 2019-01-11 | 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드를 포함하는 비수성 전해질 조성물 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20200335825A1 (ko) |
| EP (1) | EP3738167B1 (ko) |
| JP (1) | JP2021510451A (ko) |
| KR (1) | KR20200105482A (ko) |
| CN (1) | CN111512488A (ko) |
| WO (1) | WO2019138056A1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023132745A1 (ko) * | 2022-01-10 | 2023-07-13 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 비수 전해액 및 이를 포함하는 전기화학소자 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102417211B1 (ko) * | 2020-07-08 | 2022-07-04 | 충남대학교산학협력단 | 리튬이차전지용 비발화성 전해액, 및 이를 포함하는 리튬이차전지 |
| US11784349B2 (en) * | 2021-04-01 | 2023-10-10 | GM Global Technology Operations LLC | Lithium metal battery electrolytes and electrochemical cells including the same |
| CN113921906B (zh) * | 2021-09-27 | 2024-01-05 | 湖南法恩莱特新能源科技有限公司 | 一种高压电解液添加剂、高压电解液及锂离子电池 |
Family Cites Families (39)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3606289B2 (ja) | 1995-04-26 | 2005-01-05 | 日本電池株式会社 | リチウム電池用正極活物質およびその製造法 |
| US5962166A (en) | 1997-08-18 | 1999-10-05 | Covalent Associates, Inc. | Ultrahigh voltage mixed valence materials |
| US7468223B2 (en) | 2000-06-22 | 2008-12-23 | Uchicago Argonne, Llc | Lithium metal oxide electrodes for lithium cells and batteries |
| US6964828B2 (en) | 2001-04-27 | 2005-11-15 | 3M Innovative Properties Company | Cathode compositions for lithium-ion batteries |
| US6680145B2 (en) | 2001-08-07 | 2004-01-20 | 3M Innovative Properties Company | Lithium-ion batteries |
| DE60235944D1 (de) | 2001-10-18 | 2010-05-27 | Nec Corp | Positives aktives Elektrodenmaterial, positive Elektrode und nicht-wässrige sekundäre Elektrolytbatterie diese benutzend |
| JP4197237B2 (ja) | 2002-03-01 | 2008-12-17 | パナソニック株式会社 | 正極活物質の製造方法 |
| US7381496B2 (en) | 2004-05-21 | 2008-06-03 | Tiax Llc | Lithium metal oxide materials and methods of synthesis and use |
| ES2620809T3 (es) | 2004-09-03 | 2017-06-29 | Uchicago Argonne, Llc | Electrodos compuestos de óxido de manganeso par baterías de litio |
| EP2067198A2 (en) | 2006-09-25 | 2009-06-10 | Board of Regents, The University of Texas System | Cation-substituted spinel oxide and oxyfluoride cathodes for lithium ion batteries |
| JP5153156B2 (ja) | 2007-02-13 | 2013-02-27 | 三洋電機株式会社 | 非水電解質二次電池用正極の製造方法 |
| WO2009040367A1 (en) | 2007-09-28 | 2009-04-02 | Solvay (Société Anonyme) | Process for the preparation of fluorine containing organic compound |
| CA2719405A1 (en) * | 2008-04-28 | 2009-11-05 | Asahi Glass Company, Limited | Nonaqueous electrolyte for secondary cell, and secondary cell |
| US8389160B2 (en) | 2008-10-07 | 2013-03-05 | Envia Systems, Inc. | Positive electrode materials for lithium ion batteries having a high specific discharge capacity and processes for the synthesis of these materials |
| CN101882696B (zh) * | 2009-05-05 | 2014-11-26 | 中国科学院物理研究所 | 一种含氟磺酰亚胺基锂盐的非水电解质材料及其应用 |
| TWI437753B (zh) | 2009-08-27 | 2014-05-11 | Envia Systems Inc | 鋰基電池之經金屬氧化物塗佈之正電極材料 |
| US8394534B2 (en) | 2009-08-27 | 2013-03-12 | Envia Systems, Inc. | Layer-layer lithium rich complex metal oxides with high specific capacity and excellent cycling |
| US8518525B2 (en) | 2010-12-09 | 2013-08-27 | E I Du Pont De Nemours And Company | Polyimide nanoweb with amidized surface and method for preparing |
| CN103765659A (zh) * | 2011-09-02 | 2014-04-30 | 纳幕尔杜邦公司 | 锂离子电池 |
| CA2844466C (en) * | 2011-09-02 | 2021-08-17 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Fluorinated electrolyte compositions |
| JP5488768B2 (ja) * | 2012-03-27 | 2014-05-14 | 旭硝子株式会社 | 二次電池用非水電解液およびリチウムイオン二次電池 |
| US9905887B2 (en) * | 2012-06-05 | 2018-02-27 | Nec Corporation | Lithium secondary battery |
| CN103579677A (zh) * | 2012-07-30 | 2014-02-12 | 中国科学院物理研究所 | 一种电解液及含有该电解液的二次锂电池和电容器 |
| US9391322B2 (en) * | 2013-03-15 | 2016-07-12 | E I Du Pont De Nemours And Company | Cathode material and battery |
| US10916805B2 (en) * | 2013-04-04 | 2021-02-09 | Solvay Sa | Nonaqueous electrolyte compositions |
| JP2015065131A (ja) * | 2013-09-26 | 2015-04-09 | 旭硝子株式会社 | 二次電池用非水電解液およびリチウムイオン二次電池 |
| CN104638301A (zh) * | 2013-11-13 | 2015-05-20 | 浙江省化工研究院有限公司 | 一种高电压锂离子电池电解液 |
| US9698447B2 (en) | 2013-11-18 | 2017-07-04 | Basf Corporation | Use of lithium bis(fluorosulfonyl) imide (LiFSI) in non-aqueous electrolyte solutions for use with 4.2v and higher cathode materials for lithium ion batteries |
| US10559850B2 (en) * | 2014-05-23 | 2020-02-11 | Solvay Sa | Nonaqueous electrolyte compositions comprising cyclic sulfates |
| EP3176864A4 (en) * | 2014-08-01 | 2018-08-15 | UBE Industries, Ltd. | Non-aqueous electrolyte and power storage device using same |
| US20160087307A1 (en) * | 2014-09-19 | 2016-03-24 | E I Du Pont De Nemours And Company | Nonaqueous electrolyte compositions |
| CN105720303B (zh) * | 2014-12-05 | 2020-06-12 | 浙江蓝天环保高科技股份有限公司 | 一种含氟代羧酸酯的高电压锂离子电池电解液 |
| KR20160081405A (ko) * | 2014-12-31 | 2016-07-08 | 주식회사 엘지화학 | 리튬 이차 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지 |
| JP2017120765A (ja) | 2015-12-25 | 2017-07-06 | パナソニック株式会社 | 非水電解質二次電池 |
| CN107359369B (zh) * | 2016-05-10 | 2020-10-02 | 宁德新能源科技有限公司 | 电解液及锂离子电池 |
| WO2018011062A2 (en) * | 2016-07-15 | 2018-01-18 | Solvay Sa | Nonaqueous electrolyte compositions |
| CN106025307B (zh) | 2016-07-22 | 2019-02-15 | 惠州市惠德瑞锂电科技股份有限公司 | 一种锂电池电解液及所得的锂一次电池 |
| JP6878857B2 (ja) * | 2016-12-02 | 2021-06-02 | 日本電気株式会社 | リチウムイオン二次電池用電解液およびリチウムイオン二次電池 |
| JP6899312B2 (ja) * | 2016-12-19 | 2021-07-07 | 株式会社Ｇｓユアサ | 非水電解質、及び非水電解質蓄電素子 |
-
2019
- 2019-01-11 US US16/960,594 patent/US20200335825A1/en active Pending
- 2019-01-11 EP EP19701302.2A patent/EP3738167B1/en active Active
- 2019-01-11 CN CN201980006711.0A patent/CN111512488A/zh active Pending
- 2019-01-11 JP JP2020538661A patent/JP2021510451A/ja active Pending
- 2019-01-11 KR KR1020207019566A patent/KR20200105482A/ko not_active Application Discontinuation
- 2019-01-11 WO PCT/EP2019/050660 patent/WO2019138056A1/en unknown
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023132745A1 (ko) * | 2022-01-10 | 2023-07-13 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 비수 전해액 및 이를 포함하는 전기화학소자 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111512488A (zh) | 2020-08-07 |
| JP2021510451A (ja) | 2021-04-22 |
| EP3738167A1 (en) | 2020-11-18 |
| EP3738167B1 (en) | 2024-04-10 |
| US20200335825A1 (en) | 2020-10-22 |
| WO2019138056A1 (en) | 2019-07-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102460967B1 (ko) | 비수성 전해질 조성물 | |
| KR102654577B1 (ko) | 리튬 옥살레이토 포스페이트를 포함하는 비수성 전해질 조성물 | |
| KR102488908B1 (ko) | 6원 고리 사이클릭 설페이트를 함유하는 전해질 | |
| KR20200044539A (ko) | 리튬 이차전지 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 | |
| EP3738167B1 (en) | Non-aqueous electrolyte compositions comprising lithium bis(fluorosulfonyl)imide | |
| KR20200041395A (ko) | 술톤 및 플루오린화된 용매를 포함하는 비수성 전해질 조성물 | |
| EP3369125B1 (en) | Nonaqueous electrolyte compositions comprising a fluorinated solvent and a 2-furanone | |
| US20180198163A1 (en) | Non-aqueous electrolytes for lithium-ion batteries comprising an isocyanide | |
| EP3656014B1 (en) | Heterocyclic additives bearing sulfonyl fluoride groups for electrolyte compositions of lithium batteries | |
| EP3605699A1 (en) | New components for electrolyte compositions | |
| EP3605698A1 (en) | New components for electrolyte compositions | |
| US20230006255A1 (en) | Electrolyte composition with fluorinated acyclic ester and fluorinated cyclic carbonate | |
| US20230019506A1 (en) | Electrolyte composition with fluorinated acyclic carbonate and fluorinated cyclic carbonate | |
| KR20240008505A (ko) | 리튬 이차 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지 | |
| EP4283739A1 (en) | Non-aqueous electrolyte, non-aqueous electrolyte battery, and compound | |
| EP3605700A1 (en) | New components for electrolyte compositions |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal |