TW202209738A - 用於電化學單元之改善電解質 - Google Patents

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Abstract

在本揭露中描述的是一用於電化學電池的電解質，包括了包括至少兩種碳酸酯溶劑的溶劑混合物。還揭露了一種用於電化學電池的電解質，包括溶劑混合物，所述溶劑混合物包括共溶劑DMC、共溶劑EC和共溶劑PC，以及添加劑SCN和FEC，其中所述添加劑SCN和FEC各自的質量%都小於5%。

Description

用於電化學單元之改善電解質
本揭露關於一種用於電化學電池的電解質，包括至少兩種碳酸酯溶劑的溶劑混合物。本揭露進一步關於用於電化學電池的電解質，包括溶劑混合物，其包括共溶劑DMC、共溶劑EC和共溶劑PC，以及添加物SCN與FEC，其中添加物SCN與FEC各自的質量%小於5%。
高效能且低成本的電池在許多應用上都佔有優勢，例如電動車以及供電網絡中的能量儲存。現今引領市場的電池技術是鋰離子電池。最先進的鋰離子電池採用，例如，特定的基於石墨的陽極、金屬氧化物陰極和有機電解質。商業上偏好的陰極配方通常是基於鎳鈷錳氧化物(NCM)、鈷氧化物(LCO)或鎳鈷鋁(NCA)配方。然而，這些陰極配方的長期前景會因鈷的供應有限而受到阻礙，是未來電池產量增加將面臨的已知瓶頸。因此，雖然NCM能產生最高的能量密度，但其鈷的成分限制了其生產的可擴展性。為了避免使用鈷，縱使會導致減少的能量密度，還是常用磷酸鐵鋰(LFP)材料作為陰極配方。用於這些陰極和陽極的商業上偏好的電解質配方是基於碳酸酯溶劑和LiPF6電解質鹽的混合物。然而，LiPF6電解質鹽的低化學穩定性限制了電池的運作溫 度範圍並且讓電池組需要更複雜且昂貴的散熱管理(thermal management)。此外，在熱散逸(thermal runaway)或是其他電池的不當使用的情況，LiPF6會和其他電解質分子反應產生有毒化合物。本發明旨在解決上述的問題。
根據本發明的一個實施例，為了提升電池的安全性和運作溫度範圍，將低化學穩定性的LiPF6電解質鹽替換成更穩定的替代鹽，其提供類似的電解質導電度。所述電解質可與多種陰極、陽極和隔離膜(separator)相容。因此，本發明的一個態樣，大體上，涉及對基於鋰的電池(例如鋰離子電池)在升高的溫度下提供良好性能的電解質。該電解質可與高容量鋰金屬氧化物陰極活性材料相容。本發明進一步涉及可在高電流下穩定循環多次循環的耐高溫(例如大於60℃)的電解質。本發明的另一態樣涉及由所述電解質製成的電化學電池。這些電池可表現出耐高溫以及長循環壽命。
本發明的另一個態樣是可與所述電解質相容的陰極材料。該陰極可不含有鈷和鎳。
所揭露之用於電化學電池的電解質包括至少由兩種碳酸酯溶劑組成的溶劑混合物。至少一種碳酸酯溶劑可以是碳酸乙烯酯(EC)和/或至少一種碳酸酯溶劑可包括碳酸二甲酯(DMC)。至少一種碳酸酯溶劑可包括碳酸丙烯酯(PC)。該電解質還可進一步包括至少兩種電解質添加劑。至少一種電解質添加劑中包括碳酸酯類或是腈類添加劑。至少一種電解質添加劑包括非離子有機添加劑。第二添加劑可包括腈類添加劑。至少一種非離子有機添加劑可包括基於環狀碳酸酯的添加劑或二氧戊環。至少一種基於環狀碳酸酯的添加劑可包括 1,3-環狀碳酸酯、氯代碳酸乙烯酯和/或氟代碳酸乙烯酯(FEC)和/或其組合。至少一種腈類添加劑可以包括乙腈、己二腈、戊二腈、庚二腈、丙二腈(MLN)和/或丁二腈(SCN)和/或其組合。電解質還可以包括鋰鹽。鋰鹽的濃度可以在0.1到6M之間。至少一種鋰鹽可以包括四氟硼酸鋰(LiBF4)、二草酸根合硼酸鋰(LiBOB)、六氟磷酸鋰(LiPF6)、二氟草酸硼酸鋰(LiDFOB)或其任何組合。碳酸酯溶劑的數量可以是三種。這三種碳酸酯溶劑可以是碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)和碳酸二甲酯(DC)。添加劑的各自的量可以為電解質總質量的0.01質量%至15質量%。至少一種非離子有機添加物可以是氟代碳酸乙烯酯(FEC)。至少一種腈類有機添加物可以是丁二腈(SCN)。非離子有機添加物的質量比例可以是電解質總質量的0.5%至5%。腈類添加物的質量比例可以是電解質總質量的0.1%至3%。
描述了一種用於電化學電池的電解質，其包括主要鋰鹽。主要鋰鹽可包括電解質中至少50%的鋰鹽。電解質可包括一種溶劑混合物。溶劑混合物可包括丁二腈(SCN)作為一種共溶劑。溶劑混合物可包括一種或是更多種碳酸酯類共溶劑。碳酸酯類共溶劑可至少包括電解質總質量的5%。至少一種的碳酸酯類共溶劑可擁有形成固體電解質介面(SEI)的能力。一種碳酸酯類共溶劑可以是氟代碳酸乙烯酯(FEC)。一種碳酸酯類共溶劑可以是FEC。另一種碳酸酯類共溶劑可以是DMC。一種碳酸酯類共溶劑可以是FEC，而另一種碳酸酯類共溶劑可以是DMC。主要鋰鹽可以是LiDFOB、LiPF6、LiBF4、LiBOB或LiTFSI。電解質可進一步包括次要(secondary)鋰鹽。次要鋰鹽可佔不到電解質中總鋰鹽的50%。次要鋰鹽可以是含硼鋰鹽。含硼鋰鹽可以是LiDFOB、LiBF4和/或LiBOB或是其任意組合。
描述了一種用於電化學電池的電解質。電解質可包括溶劑混合物。溶劑混合物可包括DMC、EC和PC中的一種、兩種或全部共溶劑。溶劑可包括添加劑SCN和FEC中的一種或兩種。每個添加劑SCN和FEC的質量%可以小於5%。
一種包括任何所述電解質、陽極和陰極的電化學電池。陰極可包括鋰錳鎳氧化物(LMNO)、鋰錳鐵磷酸鹽(LMFP)、鎳鈷錳氧化物(NCM)、鈷氧化物(LCO)、鎳鈷鋁(NCA)和/或鋰鐵磷酸鹽(LFP)。陽極可包括鋰、碳和/或矽。陽極可包括天然和/或人造的石墨、硬碳、石墨矽混合物、矽、氧化矽(SiO)、矽、LTO(鋰鈦氧化物)和/或金屬鋰。根據本發明，其他陽極與陰極也是可能的。
本發明的電解質可以同時實現更高的性能、更安全和更堅固和可擴展和可持續的電池。在此描述的用於鋰離子電池的電解質可具有改進的溫度耐受性。改進的溫度耐受度可以超過用於車輛、電網的存儲和穩定以及其他應用的適當溫度範圍。尤其是電解質可適用於高達，甚至超過60℃的工作溫度。此外，電解質可以提供更好的高功率性能和/或承受高電流的能力。電解質，例如，可允許某些電池在，甚至超過5C的定流放電且超過10C的脈衝電流放電下工作。相應的電池可以重複充電和放電。本發明的電解質可提供改進的循環壽命。例如，充放電循環次數可超過1000次循環，甚至可超過1500次循環，且甚至可超過5000次循環。電池可能以高效率運行(在2C充電/放電時大於95%的RT效率)。電池可以使用常見的原料。電池可以不含鈷、鎳和/或稀土金屬。電池可以是無毒的。電池可不產生有毒化合物，例如氟化氫(HF)。電池可不產生其他有毒化合物。電池可為不易燃的。電池可以具有較佳地4.2V +/- 0.5V、且更佳地4.2V +/- 0.4V、且更佳地4.2V +/- 0.3V、且更佳地4.2V +/- 0.2V並且最佳地4.2V +/- 0.1V最大充電電壓限制。電池可具有介於其限制的任意組合間的最大充電電壓。電池可以具有較佳地2.5V +/- 0.5V、且更佳地2.5V +/- 0.4V、且更佳地2.5V +/- 0.3V、且更佳地2.5V +/- 0.2V並且最佳地2.5V +/- 0.1V的放電電壓限制。電池可具有介於其限制的任意組合間的最小電壓。電池可以具有較佳地3.8V +/- 0.5V、且更佳地3.8V +/- 0.4V、且更佳地3.8V +/- 0.3V、且更佳地3.8V +/- 0.2V並且最佳地3.8V +/- 0.1V標稱工作電壓。所揭發明的工作電壓和能量密度性能可與目前引領市場的電池組的性能處於相同水準。從而，這些所描述的改進可不以犧牲電池性能作為代價。因此，所描述的發明有利於工業和商業。
1,1’,1”:正極/陰極
2,2’:負極/陽極
3,3’:隔離膜
4,4’,4”:正極材料/陰極材料
5,5’:正極集電體/陰極集電體
6,6’:負極集電體/陽極集電體
7,7’:負極材料/陽極材料
8,8’:電解質
10,10’:電池堆
附圖，其被包括在內以提供對實施例的進一步理解並且構成本說明書的一部分，說明了各種實施例。於圖中：
圖1係根據本發明的幾個實施例的電池結構示意圖(圖1(a)：單疊層，圖1(b)：具有雙面陽極和陰極的單疊層，圖1(c)：多疊層)。
圖2係帶有基於LMFP的陰極、人造石墨陽極、鋰離子電解質：1.1M LIDFOB in EC：PC：DMC 1：1：3 1%SCN 2%FEC的圓柱形樣板。經15次循環後(包括化成)，工作溫度在(+50C；+65C)的範圍內，且於第80次循環後冷卻至室溫。
圖3係帶有基於LMFP的陰極、人造石墨陽極、鋰離子電解質：1M LIDFOB in EC：PC：DMC 1：1：3 1%SCN 2%FEC的圓柱形樣板。經15次 循環後(包括化成)，工作溫度在(+45 C；+55 C)的範圍內，且於第200次循環後冷卻至室溫。
圖4係帶有基於LMFP的陰極、人造石墨陽極、鋰離子電解質：1.1M LIDFOB in EC：DMC 3：7 1%SCN 2%FEC的圓柱形樣板。經15次循環後(包括化成)，工作溫度在(+50 C；+65 C)的範圍內，且於第100次循環後冷卻至室溫。
圖5係帶有基於LMFP的陰極、人造石墨陽極、鋰離子電解質：1M LIDFOB in EC：DMC 3：7 1%SCN 2%FEC的圓柱形樣板。樣板是在室溫下進行循環。
圖6係商用18650圓柱形電池和根據本發明的電解質製成的18650圓柱形電池的性能比較。A為Samsung INR 18650-30Q。B為1M LDFB ECPCDMC 113 3%FEC 2%SCN。C為1M LDFB ECDMC 37 3%FEC 2%SCN。C為1M LDFB SCNDMC 37 5%FEC。D為1M LDFB SCNDMC 10%FEC。
描述了一種用於電化學電池的電解質。根據本發明的一個實施例，電解質可包括一種或多種鋰鹽。此處，鋰鹽可指含有鋰的鹽。鋰鹽可包括主要鋰鹽和一種或多種的次要鋰鹽。令人驚訝地發現次要鋰鹽的使用改善了電化學電池的循環穩定性。令人驚訝地發現次要鋰鹽的使用改善了電化學電池的高溫循環穩定性。
一種或多種鋰鹽濃度可以大於0.1、更佳地大於0.2、更佳地大於0.3、更佳地大於0.4、且最佳地大於0.5M。一種或多種鋰鹽濃度可以小於 6、較佳地小於5、更佳地小於4、更佳地小於3.5、更佳地小於3、更佳地小於2.75、更佳地小於2.5、更佳地小於2.25、且最佳地小於2M。一種或多種鋰鹽的濃度可以是，例如，介於0.1和6M之間、更佳地0.2和5M、更佳地0.3和4M、更佳地0.4和3M、且最佳地0.5和2M之間。在本發明的一個實施例中，一種或多種鋰鹽的濃度可以介於0.6和1.9M之間。在本發明的一個實施例中，一種或多種鋰鹽的濃度可以介於0.7和1.8M之間。在本發明的一個實施例中，一種或多種鋰鹽的濃度可以介於0.8和1.7之間。在本發明的一個實施例中，一種或多種鋰鹽的濃度可以介於0.9和1.6M之間。在本發明的一個實施例中，一種或多種鋰鹽的濃度可以介於1和1.5M之間。在本發明的一個實施例中，一種或多種鋰鹽的濃度可以大約為1.25M。根據本發明，其他濃度的鋰鹽也是可能的。根據本發明，一種或多種鋰鹽濃度可以介於所述上限值和下限值的任意組合之間，其中上限值等於或大於下限值。
鋰鹽可包括，例如，四氟硼酸鋰(LiBF4)、二草酸根合硼酸鋰(LiBOB)、六氟磷酸鋰(LiPF6)、二氟草酸硼酸鋰(LiDFOB)、雙三氟甲磺醯亞胺鋰(LiTFSI)或其任意組合。根據本發明，其他鋰鹽也是可能的。鋰鹽可以被包括在濃度大於0.1M、更佳地大於0.2M、更佳地大於0.4M、更佳地大於0.6M、更佳的大於0.8M、更佳地大於0.9M、並且最佳地大於或等於1.0M。在某些實施例中，濃度可以大於1.1M、大於1.2M、大於1.4M或大於1.5M。鋰鹽可以被包括在濃度小於2.5M、更佳地小於2.2M、更佳地小於2.0M、更佳地小於1.9M、更佳地小於1.8M、更佳地小於1.7M、更佳地小於1.6M、更佳地小於1.5M、更佳地小於1.4M、更佳地小於1.3M、並且最佳地小於或等於1.2M。在某些實施例中，鋰鹽的濃度可以小於1.1M、小於1.0M、小於0.8M 或小於0.5M。根據本發明，上限和下限的任何組合都是可能的，其中上限等於或大於下限。根據本發明，其他濃度也是可能的。
根據本發明的一個實施例，電解質可包括溶劑，該溶劑可包括兩種或更多種碳酸酯的混合物。兩種或更多種碳酸酯中的至少一種可以是碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、氟代碳酸乙烯酯(FEC)和/或碳酸二甲酯。根據本發明的一個實施例，電解質可包括溶劑，該溶劑可包括碳酸乙烯酯和/或碳酸丙烯酯和/或碳酸二甲酯的混合物。根據本發明的一個實施例，電解質可包括溶劑，該溶劑可包括氟代碳酸乙烯酯(FEC)和/或丁二腈和/或碳酸二甲酯的混合物。
該電解質也可包括一種或是多種的腈，作為電解質的添加劑或是共溶劑。電解質添加劑在此定義為以不大於5質量百分比存在的電解質成分，而共溶劑在此定義為以大於5質量百分比存在的電解質成分。較佳的電解質腈類添加劑或腈類共溶劑是丁二腈。根據本發明，其他腈類添加劑或腈共溶劑也是可能的。
電解質還可包括同時存在的各種添加劑。其中一種的添加劑可以是碳酸酯類添加劑(碳酸酯添加劑)。其中一種添加劑可以是腈類添加劑(腈添加劑)。添加劑類型的實例包括但不限於碳酸酯型添加劑和/或腈型添加劑。具體的碳酸酯類添加劑可包括但不限於氟代碳酸乙烯酯(FEC)。具體的腈類添加劑可包括但不限於丙烯腈、丁二腈、丙腈、胺丙腈、丙二腈、新戊腈、丙酮氰醇、丁腈、四甲基丁二腈和/或戊二腈。根據本發明，其他添加劑，包括其他類型的碳酸酯和/或腈添加劑，也是可能的。至少一添加劑可以包括非離子有機添加劑。第一添加劑可包括非離子有機添加劑。第二添加劑可包括腈類添加劑。非離子有機添加劑可包括環狀碳酸酯類添加劑(環狀碳酸酯添加劑)或二氧戊 環。環狀碳酸酯類添加劑可包括1,3-環狀碳酸酯、氯代碳酸乙烯酯和/或氟代碳酸乙烯酯(FEC)或其任意組合。至少一添加劑可以包括腈類添加劑。至少一腈類添加劑可以是乙腈、己二腈、戊二腈、庚二腈、丙二腈(MLN)和/或丁二腈(SCN)或其任意組合。
這裡的環狀碳酸酯是指碳酸酯或分子，其中下面的取代基R1和
Figure 110123370-A0202-12-0009-1
 R2不是獨立的鏈，而是形成一個環。環狀碳酸酯的例子包括但不限於EC。根據本發明的某些實施例，添加劑也可以是溶劑和/或溶劑也可以是添加劑。
電解質可包括鋰鹽。在一個實施例中，LiDFOB作鋰鹽用。LiDFOB的濃度可為大於0.1M、且更佳地大於0.2M、且更佳地大於0.4M、且更佳地大於0.6M、且更佳地大於0.8M、且更佳地大於0.9、最佳地大於或等於1.0M。在某些實施例中，濃度可為大於1.1M、大於1.2M、大於1.4M或大於1.5M。鋰鹽的濃度可為小於3.0M、且更佳地小於2.5M、且更佳地小於2.2M、且更佳地小於2.0M、且更佳地小於1.9M、且更佳地小於1.8M、且更佳地小於1.7M、且最佳地小於1.5M。在某些實施例中，濃度可為小於1.4M、小於1.3M、小於1.2M、小於1.1M或小於1.0M。根據本發明，上限和下限的任何組合都是可能的。根據本發明，其他濃度也是可能的。例如，濃度可以在0.5M和2.5M之間、且更佳地在0.8M和2.0M之間、且更佳地在0.9和1.7M之間、且更佳地在大約1.0M和大約1.5M之間、且更佳地在大約1.1M和1.3M之間、且最佳地大約1.2M的濃度。
在一個實施例中，本發明涉及用於基於鋰的電池，例如鋰電池或鋰離子電池的電解質。基於鋰的電池的電解質可包括LiPF6、LiDFOB、LiBF4、LiBOB、LiTFSI或其任意組合。LiPF6、LiBF4、LiDFOB、LiBOB、LiTFSI或其組合的濃度可以大於0.1M、且更佳地大於0.2M、且更佳地大於0.4M、且更佳地大於0.6M、且更佳地大於0.8M、且更佳地大於0.9M、且最佳地大於或等於1.0M。在某些實施例中，濃度可以大於1.1M、大於1.2M、大於1.4M或大於1.5M。LiPF6、LiDFOB、LiBF4、LiBOB、LiTFSI或其組合可以被包含在濃度小於3.0M、且更佳地小於2.5M、且更佳地小於2.2M、且更佳地小於2.0M、且更佳地小於1.9M、且更佳地小於1.8M、且更佳地小於1.7M、且更佳地小於1.6M、且更佳地小於1.5M、且更佳地小於1.4M、且更佳地小於1.3M、且最佳地小於或等於1.2M。在某些實施例中，LiPF6、LiDFOB、LiBF4、LiBOB、LiTFSI或其組合的濃度可以小於1.1M、小於1.0M、小於0.8M或小於0.5M。例如，濃度可以在0.5M和2.0M之間、且更佳地在0.8M和1.6M之間、且更佳地在0.9和1.3M之間、且最佳地從大約1.0M到大約1.2M。LiPF6、LiDFOB、LiBF4、LiBOB、LiTFSI或其組合可以被包含在濃度小於3.0M、且更佳地小於2.5M、且更佳地小於2.2M、且更佳地小於2.0M、且更佳地小於1.9M、且更佳地小於1.8M、且更佳地小於1.7M、且最佳地小於1.5M。在某些實施例中，濃度可以小於1.4M、小於1.3M、小於1.2M、小於1.1M或小於1.0M。根據本發明，上限和下限的任何組合都是可能的。根據本發明，其他濃度也是可能的。例如，濃度可以在0.5M和2.5M之間、且更佳地在0.8M和2.0M之間、且更佳地在0.9和1.7M之間、且最佳地在大約1.0M和 大約1.5M之間。根據本發明，上限和下限的任何組合，其中上限大於或等於下限，都是可能的。根據本發明，其他濃度也是可能的。
在一個較佳實施例中，電解質鹽可以不包括LiPF6。在另一個較佳實施例中，電解質鹽可以包括LiDFOB、LiBF4、LiPF6、LiBOB和LiTFSI鹽中的兩種或更多種的組合。在另一較佳實施例中，電解質可包括LiDFOB以及LiPF6、LiBF4、LiBOB和LiTFSI中的一種或更多種。LiDFOB可以是主要鋰鹽。LiDFOB、LiBF4、LiPF6、LiBOB和LiTFSI可以是次要鋰鹽。
電解質可包括溶劑混合物。溶劑混合物可包括至少兩種碳酸酯類溶劑。至少一種碳酸酯類溶劑(碳酸酯溶劑)可以是碳酸乙烯酯(EC)。至少一種碳酸酯溶劑可以是碳酸二甲酯(DMC)。至少一種碳酸酯溶劑可以是碳酸丙烯酯(PC)。根據本發明的一種實施例的基於鋰的電池的電解質可以包括由一種或多種碳酸酯和一種或多種腈組成的溶劑。一種或多種碳酸酯可以是碳酸亞乙酯(EC)、碳酸亞丙酯(PC)和/或碳酸二甲酯(DMC)。一種或多種腈可以是丁二腈。基於鋰的電池的電解質可包括一種或多種添加劑。在EC和DMC存在於電解質中的情況，EC與DMC的質量比可為約1：1至3：7。在EC、PC和DMC存在於電解質中的情況，溶劑中EC與PC與DMC的質量比通常可具有約1：1：1至約1：10：10。
令人驚訝地發現，含有多種碳酸酯類溶劑的混合物表現出加乘效果：例如，在EC：DMC溶劑中DMC具有低黏滯力而鹽溶解性差。EC具有高黏滯力而鹽溶解性好。EC：DMC的混合物具有低黏滯力和優異的鹽溶解性。包括碳酸酯類溶劑混合物的電解質的額外優點包括擴大的操作溫度和更高的離子電導率。
根據本發明，電解質中可有任意數量的碳酸酯溶劑。可以有一種或多種次要碳酸酯溶劑和一種主要碳酸酯溶劑。一種或多種的次要碳酸酯溶劑的質量分率可較佳地小於0.5、且更佳地小於0.45、且最佳地小於或等於0.4。在本發明的一些實施例中，一種或多種的次要碳酸酯溶劑的質量分率可以小於0.35、小於0.3、小於0.25、小於0.20、小於0.15或小於0.1。主要碳酸酯溶劑的質量分率可較佳地大於0.5、且更佳地大於0.55、且更佳地大於或等於0.6。在本發明的一些實施例中，一種或多種的次要碳酸酯溶劑的質量分率可以大於0.65、大於0.7、小於0.75、大於0.80、大於0.85或大於0.9。
在一實施例中，電解質包括包括至少兩種碳酸酯類溶劑的溶劑混合物。在某些實施例中，溶劑混合物中的次要溶劑與主要溶劑的質量比可為約1：9、或約1.5：8.5、或約2：8、或約2.5：7.5、或約3：7、或約3.5：6.5、或約4：6、或約4.5：5.5、或約1：1。在某些實施例中，溶劑混合物中的次要溶劑與主要溶劑的質量比可為約1：9至1：1、或約2：8至1：1、或約3：7至1：1、或約4：6至1：1。
在本發明的一個實施例中，電解液中可以存在「x」和「y」兩種碳酸酯溶劑，所述兩種碳酸酯溶劑的質量比分別為「ux」和「uy」。uy可以是1-ux。x可以是次要碳酸酯溶劑並且y可以是主要碳酸酯溶劑。質量比例ux，也就是溶劑中次要碳酸酯溶劑x的u，可以介於較低值a和較高值b之間或等於其中之一。a可以較佳地大於0.01、且更佳地大於0.02、且更佳地大於0.04、且更佳地大於0.07、且更佳地大於0.11、且更佳地大於0.16、且更佳地大於0.20，更佳地大於0.23，更佳地大於0.25，更佳地大於0.26，更佳地大於0.27、且更佳地大於0.28、且更佳地大於0.29、且最佳地大於0.3。b可以較佳 地小於0.5、且更佳地小於0.45、且更佳地小於0.41、且更佳地小於0.38、且更佳地小於0.36、且更佳地小於0.35、且更佳地小於0.34、且更佳地小於0.33、且更佳地大於0.32、且更佳地小於0.31、且最佳地0.3。在本發明的一個實施例中，次要碳酸酯x可包括，例如，碳酸乙烯酯(EC)和/或碳酸丙烯酯(PC)或其任何組合，並且主要碳酸酯y可包括，例如，碳酸二甲酯(DMC)。根據本發明，其他主要和次要碳酸酯也是可能的。根據本發明，主要和次要碳酸酯的其他質量比例是可能的。
根據本發明的一個實施例，電解液中可包括三種碳酸酯溶劑「X」、「Y」和「Z」。所述三種碳酸酯溶劑的質量比可分別為「Ux」、「Uy」和「Uz」，其中「Ux」、「Uy」和「Uz」的總和為1。X和Y可以是次要碳酸酯溶劑。Z可以是主要碳酸酯溶劑。次要碳酸酯溶劑X的質量比例Ux可介於較低值Ax和較高值Bx之間或等於其中之一。次要碳酸酯溶劑Y的質量比例V可以介於下限值Ay和上限值By之間或等於其中之一。主要碳酸酯溶劑Z的質量比例Uz可以介於較低值Az和較高值Bz之間或等於其中之一。Ax和/或Ay可以較佳地大於0.01、且更佳地大於0.02、且更佳地大於0.04、且更佳地大於0.07、且更佳地大於0.11、且更佳地大於0.14、且更佳地大於0.16、且更佳地大於0.17、且更佳地大於0.18、且更佳地大於0.19、且最佳地0.2。Bx和/或By可以較佳地小於0.33、且更佳地小於0.3、且更佳地小於0.28、且更佳地小於0.27、且更佳地小於0.26、且更佳地小於0.25、且更佳地小於0.24、且更佳地小於0.23、且更佳地小於0.22、且更佳地小於0.21、且最佳地0.2。Ax、Ay、Bx和By可能都有不同的值。Ax可以大於、小於或等於Bx和/或By。Ay可以大於、小於或等於Bx和/或By。Az可以較佳地大於0.37、且更佳地大於 0.40、且更佳地大於0.42、且更佳地大於0.44、且更佳地大於0.45、且更佳地大於0.46、且更佳地大於0.47、且更佳地大於0.48、且更佳地大於0.49、且更佳地大於0.50、且更佳地大於0.51、且更佳地大於0.52、且更佳地大於0.53、且更佳地大於0.54、且更佳地大於0.55、且更佳地大於0.56、且更佳地大於0.57、且更佳地大於0.58、且更佳地大於0.59、且最佳地約0.6。Bz可以較佳地小於0.98、且更佳地小於0.95、且更佳地小於0.90、且更佳地小於0.85、且更佳地小於0.80、且更佳地小於0.75、且更佳地小於0.70、且更佳地小於0.68、且更佳地小於0.66、且更佳地小於0.65、且更佳地小於0.64、且更佳地小於0.63、且更佳地小於0.62、且更佳地小於0.61、且最佳地約0.60。
根據本發明的一個實施例，次要碳酸酯溶劑X可以是碳酸乙烯酯(EC)。根據本發明的一個實施例，次要碳酸酯溶劑Y可以是碳酸丙烯酯(PC)。根據本發明的一個實施例，主要碳酸酯溶劑Z可以是碳酸二甲酯。根據一個實施例，電解液中碳酸酯溶劑X、Y和Z的質量比為Ux：Uy：Uz，依照相應的依次，X為碳酸乙烯酯(EC)的質量比例，Y為碳酸丙烯酯(PC)的質量比例，Z是碳酸二甲酯(DC)的質量比例。Ux，Uy和Uz可以取任何正數。
電解質可包括一種、兩種或更多種電解質添加劑。任何單獨的電解質添加劑的質量百分比可以大於佔總電解質的0.1、且更佳地大於0.2、且更佳地大於0.4、且更佳地大於0.7、且更佳地大於1.1、且更佳地大於1.4、且更佳地大於1.6、且更佳地大於的1.7、且更佳地大於1.8、且更佳地大於1.9、且最佳地2質量百分比。任何單獨的電解質添加劑的量可以小於佔總電解質的5.0、且更佳地小於4.0、且更佳地小於3.4、且更佳地小於3.0、且更佳地小於2.8、且更佳地小於2.6、且更佳地小於2.4、且更佳地小於2.3、且更佳地小於 2.2、且更佳地小於2.1、且最佳地2質量%。任何單獨的電解質添加劑的量可以介於所述任一較低質量百分比和所述任一較高質量百分比之間。
第一電解質添加劑可以是非離子有機添加劑。第二電解質添加劑可以是腈類添加劑。電解質中電解質添加劑的質量百分比可以佔大於0.01%、且更佳地大於0.02%、且更佳地大於0.04%、且更佳地大於0.06%、且更佳地大於0.08%、且更佳地大於0.09%、且最佳地大於或等於0.1%。在某些實施例中，濃度可以大於0.11%、大於0.12%、大於0.14%或大於0.15%。電解質添加劑可以佔電解質的質量百分比的小於15%、且更佳地小於12%、且更佳地小於10%、且更佳地小於9%、且更佳地小於8%、且更佳地小於7%、且更佳地小於6%、且最佳地小於5%。在某些實施例中，電解質添加劑的濃度可以小於4%、小於3%、小於2%M或小於1%。根據本發明，上限和下限的任何組合都是可能的。根據本發明，其他質量百分比也是可能的。例如，濃度可以介於0.05%和10%之間、且更佳地在0.08%和8%M之間、且更佳地在0.09%和6%之間、且最佳地在約0.1%和約5%之間。
在一個實施例中，一種或多種電解質添加劑可以是一種或多種非離子有機添加劑。在一個實施例中，非離子添加劑可以是氟代碳酸乙烯酯。根據本發明，其他非離子添加劑也是可能的。一種或多種非離子添加劑的質量百分比可以大於0.05%、且更佳地大於0.01%、且更佳地大於0.02%、且更佳地大於0.04%、且更佳地大於0.08%、且更佳地大於0.1%、且更佳地大於0.15%、且更佳地大於0.2%、且更佳地大於0.3%、且更佳地大於0.5%、且更佳地大於0.6%、且更佳地大於0.7%、且更佳地大於1%、且更佳地大於1.2%、且更佳地大於1.3%、且更佳地大於1.5%、且更佳地大於1.7%、且更佳 地大於1.8%、且最佳地大於1.9%、且最佳地為電解質總質量的2%。在某些實施例中，濃度可以大於2%、大於2.5%、大於3%或大於5%。添加劑可以佔電解質質量百分比的小於10%、且更佳地小於7%、且更佳地小於5%、且更佳地小於4.5%、且更佳地小於4%、且更佳地小於3.6%、且更佳地小於3.3%、且更佳地小於3%、且更佳地小於2.7%、且更佳地小於2.5%、且更佳地小於2.3%、且更佳地小於2.2%、且最佳地小於2.1%，且最佳地為電解質總質量的2%。在某些實施例中，濃度可以小於2%、小於1.5%、小於1%或小於0.5%。根據本發明，上限和下限的任何組合都是可能的。根據本發明，非有機添加劑的其他質量百分比也是可能的。例如，濃度可以介於0.05%和10%之間、且更佳地介於0.1%和5%之間、且更佳地介於0.5%和4%之間、且更佳地介於約1%和約3%之間、且更佳地介於約1.5%和約2.5%之間、且更佳地約1.8%至約2.2%至約2.5%、且更佳地約1.9%至約2.1%之間、且最佳地約2%。有機添加劑的質量比例可以介於任何所述下限質量百分比和任何所述上限質量百分比之間，其中上限大於或等於下限。
在一個實施例中，添加劑可以是腈類添加劑。腈類添加劑可以是第二添加劑。腈類添加劑可以是丁二腈(SCN)。第二電解質添加劑佔電解質總質量的質量百分比可以大於0.05%、且更佳地大於0.01%、且更佳地大於0.02%、且更佳地大於0.04%、且更佳地大於0.08%、且更佳地大於0.15%、且更佳地大於0.3%、且更佳地大於0.6%、且更佳地大於1.2%、且更佳地大於1.5%、且更佳地大於1.7%、且更佳地大於1.8%、且最佳地大於1.9%。在某些實施例中，濃度可以大於2%、大於2.5%、大於3%或大於5%。第二添加劑可以佔電解質質量百分比的小於10%、且更佳地小於7%、且更佳地小於5%、且 更佳地小於4%、且更佳地小於3%、且更佳地小於2.5%、且更佳地小於2.3%、且更佳地小於2.2%、且最佳地小於2.1%。在某些實施例中，濃度可以小於2%、小於1.5%、小於1%或小於0.5%。根據本發明，上限和下限的任何組合都是可能的。根據本發明，其他質量百分比也是可能的。例如，濃度可以介於0.05%和10%之間、且更佳地於0.1%和5%之間、且更佳地於0.5%和4%之間、且更佳地於約1%和約3%之間、且更佳地於約1.5%和約2.5%之間、且更佳地於約1.8%至約2.2%至約2.5%之間、且更佳地於約1.9%至約2.1%之間、且最佳地約2%。
腈類添加劑可以是丁二腈。腈類添加劑的質量比例可以大於0.1%、且更佳地大於0.2%、且更佳地大於0.3%、且更佳地大於0.4%、且更佳地大於0.5%、且更佳地大於0.6%、且最佳地為電解質總質量的1%。有機添加劑的質量比例可以小於3%、且更佳地小於2.5%、且更佳地小於2.1%、且更佳地小於1.8%、且更佳地小於1.6%、且更佳地小於1.5%、且更佳地小於1.4%、且更佳地小於1.3%、且更佳地小於1.2%、且更佳地小於1.1%、且最佳地小於電解質總質量的1%。腈類添加劑的質量比例可以在任何所述較低質量百分比和任何所述較高質量百分比之間。
令人驚訝的發現是丁二腈(SCN)可以作為共溶劑。SCN可以和一種或多種基於碳酸酯的共溶劑一起使用。一種或多種基於碳酸酯的共溶劑可以具有形成固體電解質介面(SEI)的能力。較佳地，基於碳酸酯的共溶劑可包括DMC和FEC的混合物。FEC可以有能力形成SEI。較佳地，丁二腈共溶劑在電解質中的存在比例較佳地至少為5%、且更佳地為至少10%、且更佳地為至少15%、且最佳地為至少20%。較佳地，FEC共溶劑在電解質中的存在比例為 至少1%、且更佳地為至少4%、且更佳地為至少6%、且更佳地為至少8%、且最佳地為至少10%。所述溶劑混合物較佳地與含LiDFOB的電解質鹽一起使用。如示例所示，這種鋰離子電解質在循環穩定性方面優於當前最先進的電解質，這證明了其產業利用性。
進一步還驚奇地發現丁二腈和FEC可以成功地一起作電解質添加劑使用。可以將所述添加劑加入選擇適當的溶劑混合物中。在一個實施例中，溶劑混合物包括EC、PC和DMC溶劑。令人驚訝地發現，這種組合提高了電解質的離子電導率。還驚奇地發現EC、PC和DMC的同時存在與使用丁二腈和FEC添加劑是協同的。所得電解質已發現在循環穩定性方面優於當前最先進的電解質。循環穩定性是產業利用性的一個關鍵態樣。所述溶劑混合物較佳地與含LiDFOB的電解質鹽一起使用，但根據本發明其他鋰鹽也是可能的。示範性實施例的循環穩定性在實施例中描述。
透過使用單一類型的電解質鹽，即LiDFOB，對上述發現進行了研究。LiDFOB在這裡是主要的鋰鹽。根據本發明，其他主要鋰鹽也是可能的。根據本發明，LiDFOB、LiBF4、LiPF6、LiBOB和LiTFSI可以是主要鋰鹽。還令人驚奇地發現，於電解質中添加其他鋰鹽，在這稱為次要鋰鹽，可以改善電解質，並因此改善整體電化學電池的性能。次要鋰鹽可包括任何含鋰的鹽類。次要鋰鹽的實例包括但不限於LiDFOB、LiBF4、LiPF6、LiBOB和LiTFSI。根據本發明，其他含鋰鹽類也是可能的。較佳的次要鋰鹽是含硼鋰鹽。含硼鋰鹽的實例包括但不限於LiDFOB、LiBF4和LiBOB。在本發明的一個實施例中，電解質包括主要鋰鹽和一種含硼的次要鋰鹽。
在這裡，主要鋰鹽是指在電解質中可包括大於或等於50%、且更佳地大於65%、且更佳地大於75%、且更佳地大於80%的、且更佳地大於85%、且更佳地大於87%、且最佳地大於89%的鋰鹽。在某些實施例中，主要鋰鹽可包括電解質中約90%的鋰鹽。在某些實施例中，主要鋰鹽可包括電解質中大於91%的鋰鹽。在某些實施例中，主要鋰鹽可包括電解質中大於92%的鋰鹽。在某些實施例中，主要鋰鹽可包括電解質中大於95%的鋰鹽。在某些實施例中，主要鋰鹽可包括電解質中大於98%的鋰鹽。在某些實施例中，主要鋰鹽可包括電解質中100%的鋰鹽。
在這裡，次要鋰鹽是指在電解質中可包括小於50%、且更佳地小於35%、且更佳地小於25%、且更佳地小於20%、且更佳地小於15%、且更佳地小於13%、且最佳地小於11%的鋰鹽。在某些實施例中，主要鋰鹽可包括電解質中大約10%的鋰鹽。在某些實施例中，主要鋰鹽可包括電解質中小於9%的鋰鹽。在某些實施例中，主要鋰鹽可包括電解質中小於5%的鋰鹽。在某些實施例中，主要鋰鹽可包括電解質中小於2%的鋰鹽。在某些實施例中，主要鋰鹽可包括電解質中小於1%的鋰鹽。根據本發明可以有一種或多種次要鋰鹽。
在本發明的一個較佳的實施例中，LiBF4和/或LiBOB鹽可以是次要鋰鹽並且LiDFOB可以是主要鋰鹽。所述組合已發現進一步改進電解質性能。較佳地，LiDFOB包括至少70質量%的電解質鹽，且更佳地，LiDFOB包括至少80質量%的電解質鹽，且最佳地，LiDFOB包括至少90質量%的電解質鹽。已發現本文揭露的鹽混合物與使用純LiDFOB電解質鹽相比提高了電池循環穩定性。該電解質鹽可以與上述揭露的電解質溶劑一起使用。
在某些實施例中，已發現不含有LiPF6的電解質鹽可改善於操作溫度升高下的穩定循環性能。
根據本發明的電化學電池可包括根據本發明的一種或多種電解質。電化學電池可以是基於鋰的電化學電池。基於鋰的電化學電池的實例包括例如鋰電池和/或鋰離子電池。電化學電池可包括電化學電池堆。根據本發明的電化學電池堆如圖1所示。電池堆可包括隔離膜3，其可將正極1與負極2隔開。隔離膜3可包括任何常用於形成隔離膜的膜狀材料。隔離膜3可以包括任何常用於形成非水性電解質二次電池的任何膜狀材料。隔離膜3可包括任何常用於形成本文呈現類型的隔離膜的膜狀材料。合適的隔離膜的實例包括但不限於例如由聚丙烯、聚乙烯或兩者的層狀組合製成的微孔膜狀聚合物。隔離膜，例如微孔隔離膜，可以由聚烯烴或纖維素(cellulose)材料製成。隔離膜可以塗覆有表面改質材料。表面改質材料可以是保護性材料。表面改質材料可以是表面能(surface energy)改質材料。隔離膜塗層材料的實例包括但不限於氧化物和氮化物。氧化物的實例包括氧化鋁。根據本發明，其他隔離膜材料和表面改質材料也是可能的。
電解質可以是固體、液體、凝膠或是其他物理狀態。電解質可以是本文所述的類型。如果使用固體電解質8或凝膠電解質6作為電池堆10的電解質8，則不一定需要提供隔離膜3。根據本發明，隔離膜3的厚度可以是任何厚度。
隔離膜可以是，例如，於0.5μm和1000μm之間、且更佳地於1μm和500μm之間、且更佳地於2μm和250μm之間、且更佳地於4μm和125μm之間、且更佳地於8μm和60μm之間、且最佳地於9和30μm之間的任 何地方、且最佳地於大約25μm，但是根據本發明隔離膜的厚度在這個範圍之外是可能的。
正極材料4通常通過將陰極活性材料與一種或多種黏合劑和/或一種或多種導電添加劑混合來生產。活性材料的wt%可以是大於0%且小於100%的任何值、且更佳地在50%和98%之間、且更佳地在75%和96%之間、且更佳地在87%和90%之間、且最佳地約89wt%。導電劑的wt%可以在0%和100%之間的任何地方、且更佳地在1%和50%之間、且更佳地在2%和25%之間、且更佳地在4%和13%之間、且最佳地在6%和9%之間、且最佳地約7wt%。導電添加劑的實例包括但不限於乙炔碳黑。黏合劑的wt%可以是於0%和100%之間的任何值、且更佳地0.5%和50%之間、且更佳地1%和25%之間，更佳地2%和12%之間、且更佳地3%和6%之間、且最佳地約4wt%。根據本發明的黏合劑的實例包括但不限於PVDF。
陰極材料混合物可以分散，例如，分散於溶劑中。根據本發明的溶劑的實例包括但不限於N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)。混合物可製成例如漿液、漿糊、溶液或懸浮液。然後可以將該混合物施加到陰極集電體5的一個或兩個表面以產生一側有陰極材料的陰極4或兩側有陰極材料4和4'的陰極集電體。陰極集電體可由任何合適的材料製成。陰極集電體5可由導電材料製成。導電材料可包括金屬或合金。金屬或合金可包括鋁。陰極集電體5可以是鋁。陰極集電體可以是網狀或實心或有孔的金屬或金屬合金箔。金屬箔可以是鋁箔。根據本發明，其他金屬部(metals)及金屬或金屬合金箔也是可能的。根據本發明，陰極集電體可具有任意厚度。較佳地，厚度可以介於1μm和500μm之間、且更佳地於2μm和250μm之間、且更佳地於4μm和125μm之間、且更佳 地於8μm和62μm之間、且更佳地於10μm和31μm之間、且更佳地於12μm和20μm之間、且最佳地於大約15μm。
混合物可以在任何合適的溫度下乾燥。較佳地，乾燥混合物的溫度可介於50℃和200℃之間、且更佳地於100℃和150℃之間。然後可以壓縮乾燥的正極1。壓縮可以在例如壓床(press)或壓延機(calender)中進行。壓延機可以是例如輪壓機。壓縮可用於獲得壓縮的(compressed)正極1。
負極材料6可以通過本領域任何已知的方式製備。較佳地，該材料可通過將陽極活性材料與一種或多種導電材料和/或一種或多種黏合劑混合製備。陽極活性材料的wt%可以大於0%直到100%、且更佳地於50%和98%之間、且更佳地於75%和97%之間、且更佳地於75%和95%之間、且更佳地於87%之間和94%、且更佳地於91%和93%之間、且最佳地於大約92%。陽極活性材料可以是任何合適的材料，包括但不限於石墨。導電材料的wt%可以是小於100%的值、且較佳地於0.1%和50%之間、且更佳地於0.2%和25%之間、且更佳地於0.4%和12%之間、且更佳地於0.8%和6%之間、且更佳地於1.5%和5%之間、且更佳地於2%和4%之間、且最佳地於約3wt%。導電材料可以包括例如碳。含碳導電材料的實例包括但不限於乙炔碳黑。黏合劑的wt%可以是小於100%的值、且較佳地於0.1%和50%之間、且更佳地於0.2%和25%之間、且更佳地於0.4%和12%之間、且更佳地於0.8%和10%之間、且更佳地於1.6%和8%之間、且更佳地於3.2%和7%之間、且最佳地於4%和6%之間、且最佳地於約5wt%。黏合劑的實例包括但不限於CMC+SBR。負極2可以由此混合物以類似於上述製備正極1的過程來製備。然後可以將該混合物施加到陽極集 電體7的一個或兩個表面以產生在一側有陽極材料的陽極6或在兩側有陽極材料6和6'的陽極集電體。
陽極集電體7可由任何合適的材料製成。陽極集電體7可由導電材料製成。導電材料可包括金屬或合金。金屬或合金可包括銅。陽極集電體5可以基本上是純銅。陰極集電體可以是網狀或實心或有孔的金屬或金屬合金箔。金屬箔可以是銅箔。根據本發明，陽極集電體可以具有任意厚度。較佳地，厚度可以在1μm和500μm之間、且更佳地於2μm和200μm之間、且更佳地於4μm和100μm之間、且更佳地於8μm和50μm之間、且更佳地於9μm和25μm之間、且更佳地於10μm和15μm之間、且最佳地於大約12μm。
隔離膜3可以將正極1與負極2隔開。隔離膜3可以是微孔聚合物膜。薄膜可以由聚丙烯、聚乙烯或兩者的分層組合製成。在某些情況下也可以使用由聚烯烴或纖維素(cellulose)材料製成的微孔隔離膜。根據本發明，其他隔離膜材料也是可能的。如果使用固體電解質8或凝膠電解質6作為電池堆10的電解質8，則不一定需要提供隔離膜3。隔離膜3的厚度較佳地於9和25um之間，但是根據本發明，隔離膜厚度在該範圍之外也是可能的。
負極2和正極1以及隔離膜3可以被層壓(laminated)並螺旋纏繞以產生螺旋型「果凍卷(jelly roll)」元件。較佳地，該果凍卷可以是長方形的形狀。一個或多個正極引線載流片(lead current carrying tabs)可以連接到正極集電體，然後焊接到電池頂部。通風口也可以使用，例如在電池頂部。負極引線(lead)可以由任何合適的材料製成。負極引線材料可以是導電的。導電材料可以是金屬或合金。金屬或合金可包括鎳。金屬可以是鎳金屬。「果凍卷」可以插入電池罐中。負極引線可以將負極集電體連接到電池罐的底部。電解質6可以 通過任何方式填充。填充可以是真空填充。電池單元可以被密封。密封可以通過任何方式進行。密封可以通過絕緣密封墊片進行。安全閥、電流中斷裝置和PTC裝置也可存在於電池以提高安全性。
實施例
現在將詳細參考各種實施例。
下面的描述詳細地揭露了一些實施例，以使得所屬技術領域具有通常知識者能夠基於本揭露來利用這些實施例。並未詳細討論實施例的所有步驟或特點，基於本說明書，許多步驟或特徵對於所屬技術領域具有通常知識者而言將是顯而易知的。
為了評價各種根據本發明的鋰離子電解質，組裝並測試了具有外徑18mm和高度65mm的18650型圓柱形鋰離子二次電池單元樣板。在圖1中描述了單元電池組電池堆10。隔離膜3是由聚丙烯、聚乙烯或兩者的分層組合製成的微孔聚合物膜。在示例中，隔離膜3的厚度通常介於9和25μm之間，但是根據本發明，隔離膜厚度在該範圍之外也是可能的。
在示例中，正極材料4通常透過將約89wt%的陰極材料與約7wt%的導電劑(例如乙炔碳黑)和約4wt%的黏合劑(例如PVDF)混合來生產。將混合物分散在溶劑(例如，N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP))中，以製備漿液。然後將漿液加到鋁集電體5的一個或兩個表面，集電器可以是例如金屬箔。箔通常具有約15μm的厚度。漿液可於約100至150℃下乾燥。然後將乾燥的正極1通過輪壓機壓延，以獲得壓縮的正極1。負極材料6通常通過混合約92wt%的石墨作為負極活性材料、約3wt%的導電碳來製備(例如乙炔碳黑)和約5wt%的黏合 劑(CMC+SBR)。然後混合物透過與上述用於正極1類似的製程製備負極2，不同之處在於使用厚度通常為10至15μm的銅集電體箔7。將負極2和正極1以及由具有微孔的聚合物膜(例如聚乙烯)製成的隔離膜3，其厚度約為25μm，經過層壓並螺旋纏繞以製造螺旋型電極元件。較佳地，該卷具有長方形形狀。一正極引線載流片連接到正極集電體，然後焊接到電池頂部。一由鎳金屬製成的負極引線將負極集電體連接到電池罐底部。將電解質填充到具有螺旋纏繞「果凍卷」的電池罐中，然後通過絕緣密封墊片密封電池組。
實施例1)1.1M LIDFOB in EC：PC：DMC 1：1：3 1%SCN 2%FEC
圖2顯示了圓柱形18650電池樣板的結果，該電池具有基於LMFP的陰極、人造石墨陽極和鋰離子電解質，該電解質組成為EC：PC：DMC 1：1：3 1%SCN 2%FEC中有1.1M LIDFOB。經過15次循環(包括化成)後，工作溫度在(+50C；+65C)範圍內。經第80次循環後，電池冷卻至室溫。
實施例2)1M LIDFOB in EC：PC：DMC 1：1：3 1%SCN 2%FEC
圖3顯示了圓柱形18650電池樣板的結果，該電池具有基於LMFP的陰極、人造石墨陽極和鋰離子電解質，該電解質組成為EC：PC：DMC 1：1：3 1%SCN 2%FEC中有1M LIDFOB。經過15次循環(包括化成)後，工作溫度在(+45C；+55C)範圍內。經第200次循環後，電池冷卻至室溫。
實施例3)1.1M LIDFOB in EC：DMC 3：7 1%SCN 2%FEC
圖4顯示了圓柱形18650電池樣板的結果，該電池具有基於LMFP的陰極、人造石墨陽極和鋰離子電解質，該電解質組成為EC：DMC 3：7 1%SCN 2%FEC中有1.1M LIDFOB。經過15次循環(包括化成)後，工作溫度在(+50C；+65C)範圍內。經第100次循環後，電池冷卻至室溫。
實施例4)1M LIDFOB in EC：DMC 3：7 1%SCN 2%FEC
圖5顯示了圓柱形18650電池樣板的結果，該電池具有基於LMFP的陰極、人造石墨陽極和鋰離子電解質，該電解質組成為EC：DMC 3：7 1%SCN 2%FEC於1M LIDFOB。樣板於室溫下進行循環。
雖然前述實施例在一個或多個特定應用中說明了本發明的原理，但對所屬技術領域具有通常知識者來說顯而易見的是，可以在不行使創造性能力並且不脫離本發明的原理和概念的情況下進行形式、用途和實施細節方面的許多修改。因此，本發明不旨在受到限制，除非由以下提出的權利要求限制。
圖6顯示了圓柱形18650電池樣板在室溫下的結果，該電池具有基於NMC的陰極、人造石墨陽極和具有不同電解質組成的鋰離子電解質。
對於所屬技術領域中具有通常知識者來說顯而易見的是，隨著技術的進步，基本構想可以通過多種方式實現。因此，實施例不限於上述施例；相反的它們可以在申請專利範圍的範圍內做變化。
上文描述的實施例可以透過彼此的任意組合使用。幾個實施例可以透過組合形成更進一步的實施例。本文揭露的電解質或電化學電池可包括至少一個上文描述的實施例。應當瞭解上述益處和優點可能與一個實施例有關 或可能與若干個實施例有關。實施例不限於解決任何或所有所述問題或具有任何或所有所述益處和優點的實施例。還應當瞭解「一(個)」項目是指一個或多個項目中。術語「包括」在本說明書中用於表示包括其後的特徵或動作，但不排除一個或多個附加特徵或動作的存在。
1:正極/陰極
2:負極/陽極
3:隔離膜
4:正極材料/陰極材料
5:正極集電體/陰極集電體
6:負極集電體/陽極集電體
7:負極材料/陽極材料
8:電解質
10:電池堆

Claims (32)

  1. 一種用於電化學電池的電解質，包括二氟草酸硼酸鋰(LiDFOB)和包括至少兩種碳酸酯溶劑的溶劑混合物。
  2. 如請求項1所述的電解質，其中，該溶劑混合物中次要溶劑與主要溶劑的質量比為約3：7至1：1。
  3. 如請求項1或2所述的電解質，其中，該溶劑混合物中該次要溶劑與該主要溶劑的質量比為約2：8至1：1。
  4. 如前述任一請求項所述的電解質，其中，至少一種該碳酸酯溶劑為碳酸乙烯酯(EC)和/或至少一種該碳酸酯溶劑包括碳酸二甲酯(DMC)。
  5. 如前述任一請求項所述的電解質，其中，至少一種該碳酸酯溶劑包括碳酸丙烯酯(PC)。
  6. 如前述任一請求項所述的電解質，進一步包括至少兩種電解質添加劑。
  7. 如請求項6所述的電解質，其中，至少一種該電解質添加劑包括碳酸酯類添加劑或腈類添加劑。
  8. 如前述任一請求項所述的電解質，其中，至少一種該電解質添加劑包括非離子有機添加劑。
  9. 如請求項6至8中任一項所述的電解質，其中，第二添加劑包括腈類添加劑。
  10. 如請求項8至9中任一項所述的電解質，其中，至少一種該非離子有機添加劑包括基於環狀碳酸酯的添加劑或二氧戊環。
  11. 如請求項10所述的電解質，其中，至少一種該基於環狀碳 酸酯的添加劑包括1,3-環狀碳酸酯、氯代碳酸乙烯酯、和/或氟代碳酸乙烯酯(FEC)和/或其組合。
  12. 如前述任一請求項所述的電解質，其中，至少一種腈類添加劑包括乙腈、己二腈、戊二腈、庚二腈、丙二腈(MLN)和/或丁二腈(SCN)和/或其組合。
  13. 如前述任一請求項所述的電解質，其中，電解質復包括額外的鋰鹽。
  14. 如請求項13所述的電解質，其中，該鋰鹽的濃度介於0.1至6M之間。
  15. 如請求項13至14中任一項所述的電解質，其中，至少一種該額外的鋰鹽包括四氟硼酸鋰(LiBF4)、二草酸根合硼酸鋰(LiBOB)、六氟磷酸鋰(LiPF6)或其任意組合。
  16. 如前述任一請求項所述的電解質，其中，該碳酸酯溶劑的數量為三個。
  17. 如請求項16所述的電解質，其中，所述該三個碳酸酯溶劑為碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)和碳酸二甲酯(DC)。
  18. 如請求項6至17中任一項所述的電解質，其中，任一個別添加劑的量佔該電解質總質量的0.01質量百分比至15質量百分比。
  19. 如請求項8至18中任一項所述的電解質，其中，至少一種該非離子有機添加劑為氟代碳酸乙烯酯(FEC)和/或其中至少一種該腈類添加劑為丁二腈(SCN)。
  20. 如請求項19所述的電解質，其中，該非離子有機添加劑的 質量比為該電解質總質量的0.5%至5%之間，其中，腈類添加劑的質量比為該電解質總質量的0.1%至3%之間。
  21. 一種用於電化學電池的電解質，包括主要鋰鹽，其包括在該電解質中至少50%的該鋰鹽，和溶劑混合物，其包括作為共溶劑的丁二腈(SCN)和包括至少該電解質的5質量%的一種或多種碳酸酯類共溶劑，其中，至少一種該碳酸鹽類共溶劑具有形成SEI的能力，其中，該主要鋰鹽為二氟草酸硼酸鋰(LiDFOB)。
  22. 如請求項21中的電解質，其中，一碳酸酯類共溶劑為氟代碳酸乙烯酯(FEC)。
  23. 如請求項21至22中任一項所述的電解質，其中，一碳酸酯類共溶劑為FEC，且其中另一碳酸酯類共溶劑為DMC。
  24. 如請求項21至23中任一項所述的電解質，其中，一碳酸酯類共溶劑為FEC，且其中另一碳酸酯類共溶劑為DMC。
  25. 如請求項21至24中任一項所述的電解質，復包括次要鋰鹽，其中，該次要鋰鹽包括佔該電解質中總鋰鹽之少於50%的鋰鹽。
  26. 如請求項25中的電解質，其中，該次要鋰鹽為含硼鋰鹽。
  27. 如請求項25中的電解質，其中，該含硼鋰鹽是LiDFOB，LiBF4和/或LiBOB或其任意組合。
  28. 如請求項1至20中任一項所述的電解質，其中，該電解質包括溶劑混合物，其包括共溶劑DMC、共溶劑EC和共溶劑PC，以及添加劑SCN和FEC，其中，該添加劑SCN和FEC各自的質量%皆少於5%。
  29. 一種電化學電池，包括請求項1至28中任一項所述的電解 質、陽極和陰極。
  30. 如請求項29所述的電化學電池，其中，該陰極包括鋰錳鎳氧化物(LMNO)、鋰錳鐵磷酸鹽(LMFP)、鎳鈷錳氧化物(NCM)、鈷氧化物(LCO)、鎳鈷鋁(NCA)和/或鋰鐵磷酸鹽(LFP)。
  31. 如請求項21至30中任一項所述的電化學電池，其中，該陽極包括鋰、碳和/或矽。
  32. 如請求項32所述的電化學電池，其中，該陽極包括天然和/或人造石墨、硬碳、石墨-矽混合物、矽、氧化矽(SiO)、矽、LTO(鋰鈦氧化物)和/或金屬鋰。
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