[发明专利]用于锂电池电解液的氟化化合物

说明书

相关专利申请的交叉引用

本申请要求于2006年12月20日提交的美国临时专利申请No.60/871,076的优先权，该专利申请的公开内容全文以引用方式并入本文。

技术领域

本公开涉及包含至少一种部分氟化的化合物和至少一种电解质盐的电解液组合物。在其他方面，本公开还涉及包含电解液组合物的电化学装置以及包括该电化学装置的制品。

背景技术

电子装置的快速发展增加了诸如燃料电池和电池系统之类的电化学装置的市场需求。具体地讲，作为对电池系统需求的响应，已经积极地研发实用的、可充电的锂电池。锂离子电池特别适用于许多便携式电子装置。锂离子电池采用高化学反应性组分来提供电流。这些系统通常基于使用锂金属、锂碳或锂合金作为负极(阳极)，并使用电活性过渡金属氧化物作为正极(阴极)。

锂离子电池由一个或多个并联或串联的电化学电池构成。此类电池由置于电气上分开、空间分隔的正极和负极之间的非水锂离子导电电解液组合物组成。电解液组合物通常是溶解于非水、非质子有机溶剂中的锂盐的液体溶液。通常使用两种或更多种有机溶剂的混合物。

对于最佳电池性能和安全性而言，选择用于可充电锂电池的电解质溶剂是重要的，并且涉及多个不同的因素。然而，在存在带电正极和负极的情况下的长期化学稳定性、离子电导性、安全性和润湿能力往往是大批量商业应用中的重要选择因素。

长期化学稳定性要求电解质溶剂在电池的工作温度和电压范围内本质上是稳定的，并且要求电解质溶剂与电极材料不反应，或有助于在电极上有效地形成具有良好离子电导性的钝化膜。离子电导性需要可有效溶解锂电解质盐并且有利于锂离子迁移的电解质溶剂。就安全性角度而言，低挥发性、低易燃性、低可燃性、与带电电极的低反应性的特性，钝化特性，以及低毒性都是非常理想的。还期望电池的电极和隔板可快速且完全被电解质溶剂润湿，以便有利于电池的快速制造和优化电池性能。

非质子液体有机化合物是最常用于锂电池的电解质溶剂。通常使用诸如碳酸的酯(碳酸酯)之类的化合物，因为这些化合物典型地共同具有以下所需特性：与在低于约4.4V(相对于Li⁺/Li)下工作的正极的低反应性；与含锂负极的低反应性；以及与锂盐的热力学有利的溶剂化交互作用，这使得电解液组合物具有高离子电导性。

最常用于锂电池中的非质子有机电解质溶剂包括：环状碳酸酯，例如碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯；环状羧酸酯，例如γ-丁内酯；直链碳酸酯，例如碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸乙甲酯；环醚，例如2-甲基四氢呋喃和1，3-二氧戊环；直链醚，例如1，2-二甲氧基乙烷；酰胺；以及亚砜。通常优选的是混合溶剂，以便平衡或定制电解液组合物的所需特性，例如高介电常数和低粘度。

使用传统锂电池电解质溶剂的缺点通常与它们的特性有关，例如低沸点和高易燃性或可燃性。某些溶剂(例如碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯)的沸点高于200℃。然而，许多电解质溶剂的沸点基本上较低，并且闪点低于30.2℃(100°F)。在完全充电或部分充电的电池经历(例如)短路引起的快速放电的突变失效期间，此类挥发性溶剂可起火。另外，在电解液组合物制备和储存方面，以及在制造期间将电解液组合物装入电池内方面，挥发性溶剂呈现困难。此外，许多传统电池电解质溶剂在高温下可与带电电极反应，这在误用情况下会导致热耗散。事实上，最近的新闻报道指出，二次电池的过热以及甚至自燃已导致产品召回。

发明内容

本发明人指出，用于锂离子电池的非水电解液溶液应具有低粘度，以使得在高速充电和放电期间具有高离子移动性。

本发明人认识到，仍然需要具有一个或多个各种优点的电解质溶剂，例如相对于传统溶剂具有较低的挥发性、低易燃性和低可燃性，该电解质溶剂对带电正极和带电负极具有较低的反应性，并且可有效地溶解和离解盐以形成稳定的电解液组合物，该电解液组合物可充分润湿电化学装置部件，并且在工作温度范围内具有足够的离子电导性。优选地，本发明的多个实施例具有这些优点的组合。本发明的一些实施例可具有所有这些优点。

简而言之，在一个方面，提供了根据式I的溶剂组合物：