[发明专利]作为锂离子电池的电解质组分的腈和胺

说明书

本发明涉及一种电解质，其包含非质子溶剂、含锂的导电盐、碳酸亚乙烯酯、腈和胺，还涉及锂离子电池。

锂离子电池是移动应用中最有希望的体系之一。其使用领域的范围是从高价值的电子设备到电动汽车的电池。

已经广泛地描述了基于环状/脂肪族碳酸酯的锂离子电池的电解质原溶液，其是形成绝大多数基础电解质组合物的基础的主要成分。碳酸亚乙烯酯(VC)作为成膜添加剂被旨在用来支撑固体电解质界面(SEI)的构造，其通常的用量为2-10wt量％。US7476469还描述了用于由薄的无定形/微晶硅层组成的阳极材料的具有更高VC分数的原溶液。

Gu-Yeon Kim和J.R.Dahn，Journal of the Electrochemical Society，162(3)A437-A447(2015)描述了使用某些腈(琥珀腈SN、己二腈AN、庚二腈PN)作为NMC442//石墨全电池的电解质添加剂。描述了在容量损失方面的改善以及在60℃下循环实验中气体形成的最小化。此外，在添加SN后，观察到了电解质氧化稳定性的改善。因此，其造成了NMC442阴极材料(>4.4V)的循环稳定性的改善。

DE10027626描述了与现有技术相关的使用三丁基胺作为用于清除H₂O和HF的电解质添加剂。三丁基胺不是氧化稳定的，并在相对于Li/Li⁺的约3.5V下不可逆地分解。

作为电解质添加剂，三丁基胺有助于通过稳定导电盐LiPF₆来提高电池的储存稳定性，如DE69027143所述。

US8551661使用了取代/未取代的胺，例如三烷基胺、芳基胺和杂环胺作为第一可能的添加剂，与作为第二添加剂的Li(C₂O₄)BF₂组合。此添加剂组合在被用于碳酸酯基的电解质混合物中是，表现出了增强的循环稳定性和改善的压延老化特性。

由于在循环过程中含Si阳极材料的体积严重膨胀，含有含Si的阳极材料的锂离子电池的循环稳定性仍然不足。由于单个电解质成分的电化学分解而在初始循环中形成的SEI层不能承受严重的机械负荷。SEI层的累进的重新形成导致单个电解质组分的耗尽/消耗，并因此随着循环次数的增加，电池的容量持续下降。

本发明的一个主题是电解质，其包含

100重量份的非质子溶剂，

1-50重量份的含锂导电盐，

5-100重量份的碳酸亚乙烯酯，

0.5-20重量份的腈，和

0.1-10重量份的胺。

令人惊讶的是，已经发现，通过使用腈和胺的组合作为富含VC的原电解质溶液中的添加剂，可以显著地改善锂离子电池循环期间的容量保持。所述的连续容量保持事实上要好于所选的参比电解质混合物，从文献中已知的含Si阳极的电解质组合物开始[Kawashima,A.等人，Journal of The Electrochemical Society 2011,158,A798-A801；Aurbach,D.等人，Langmuir 2012,28,965-976]。所述参比电解质混合物由碳酸甲乙酯(EMC)和氟代碳酸亚乙酯(FEC)和少量VC组成。

优选使用的腈是优选含有2-20个碳原子，更特别是4-12个碳原子的单羧酸或多元羧酸的腈。

优选的是脂族饱和一元羧酸的腈，如乙酸、丙酸、丁酸、戊酸和己酸，以及具有至多18个碳原子的脂族酸的腈，更特别是戊腈(VN)。

还优选诸如丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸和辛二酸的脂族饱和二元羧酸的二腈。

还优选的是具有至多18个碳原子的脂族饱和一元羧酸的甲硅烷基化的腈，更特别是由US 20140356735已知的3-(氟代二甲基硅基)丁腈(FSN)。

优选腈的沸点在1013hPa至少是120℃，更优选在1013hPa下至少是150℃。

所述电解质优选包含1-10重量份，更特别是2-8重量份的腈。

所述胺优选选自于脂族和芳族的伯、仲和叔胺。可以使用具有伯、仲和叔胺官能团的单胺，也可以是多胺。

优选的单胺具有通式(I)

NR¹R²R³(I),

其中