[发明专利]用于电化学电池的具有氟化溶剂的电解质

说明书

政府许可权

本发明在美国政府支持下完成，获得能源部DE-SC0051117号资助。美国政府拥有该发明的相关权利。

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年6月19日提交的35U.S.C§119(e)美国临时专利申请61/690,155，标题为“电化学电池和相关成分”的优先权(专利档案号：LE-00.01)，所述申请以其整体引用的方式并入本文中并用于所有目的。

背景技术

针对电化学电池性能提高方面已进行大量工作。具体地，电池的安全性、总容量、循环寿命和工作环境业已经过考量并且广泛研究。提高某一种性能通常导致另外一种性能恶化。例如，提高电池容量和充放电率可导致安全性能恶化。从多种电解质中选择，更具体地，不同的电解成分将显著影响上述性能。某些良好电解质属性包括：高离子移动性和低粘度、在工作电位的电化学稳定性、在较宽温度范围内保持单相(single phase)的能力和在相对高温时的不易燃性。

发明内容

本发明提供了一种电化学电池和一种用于制造此类电池的电解质。所述电解质包括离子供给盐和氟化溶剂，与离子供给盐一起所述氟化溶剂在约-30℃至约80℃间维持为单相溶液(single phase)。所述氟化溶剂，例如氟化碳酸酯、氟脂和含氟脂，其易燃性低于其相对应的非氟化溶剂并且增强了含此溶剂的电池的安全性。除盐的重量外，以重量计电解质中氟化溶剂的量为约30％至80％。氟化盐，例如：氟代烷基LiPF₆、氟代烷基LiBF₄盐、线性和环形酰亚胺盐和含氟化烷基的甲基盐，因其在氟化溶剂中的可溶性而得到应用。在某些实施方案中，所述电解质可也包含阻燃剂，例如：磷腈或，更具体地，环状磷腈和/或一个或更多离子液体。

在某些实施方案中，用于电化学电池中的电解质包括电解盐、氟化溶剂和非氟化溶剂。所述电解质成分的选择方法为，在约-30℃至约+80℃温度范围内电解质保持为一相溶液(one-phase solution)。所述电解盐包括至少一个碳原子和至少两个氟原子。所述电解盐可为通式为LiPF_xR_1-x的氟代烷基LiPF₆盐，其中x为1至5并且至少一个R为链长为1至8的氟烷基。或者，所述电解盐可为通式为LiBF_xR_1-x的氟代烷基，其中x为1至4并且至少一个R为链长为1至8的氟烷基。在某些实施方案中，所述电解盐可为通式为LiN(-SO₂-R)₂的线性酰亚胺盐，其中至少一个R为链长为1至8的氟烷基。或者，所述电解盐可为通式为LiN(-SO₂-R-)的环状酰亚胺盐，其中R为链长为1至8的氟烷基。电解盐的另外一个实例为通式为LiC(-SO₂-R)₃的甲基盐，其中至少一个R为链长为1至8的氟烷基。除电解盐的重量外，以重量计所述氟化溶剂的浓度为约30％至80％。此浓度能确保电解质的安全性能，例如它的易燃性，对其循环性能不产生负面影响。所述氟化溶剂可由通式C_xF_yH_zO_i表示，其中x为3至15的整数，y为1至30的整数，z为0至15的整数，并且i为1至5的整数。非氟化溶剂的实例包括：酯、醚和碳酸酯。

在某些实施方案中，所述氟化溶剂可为氟化醚、氟脂或含氟脂。具体的实例包括：1-七氟甲氧基丙烷、九氟丁基甲基醚、九氟丁基乙基醚、1,1,1,2,2,3,4,5,5,5-十氟-3-甲氧基-4-(三氟甲基)-戊烷、3-乙氧基-1,1,1,2,3,4,4,5,5,6,6,6-十二氟-2-三氟甲基-己烷和1,1,1,2,3,3-六氟-4-(1,1,2,3,3,3-六氟丙氧基)-戊烷。在某些实施方案中，所述氟化溶剂为3-乙氧基-1,1,1,2,3,4,4,5,5,6,6,6-十二氟-2-三氟甲基-己烷。在某些实施方案中，除电解盐重量外，以重量计的所述氟化溶剂的浓度为约50％至75％。