[发明专利]电解质和含有该电解质的电池组单元

说明书

描述了一种用于特别是含锂的电化学电池的电解质材料（18），包含基于有机溶剂或聚合物的电解质材料（18）以及至少一种导电盐，其中规定第3、第4或第5主族的元素的全氟烷氧基化物、特别是全氟烷氧基锂作为导电盐。

本发明涉及电解质和含有该电解质的电池组单元及其根据独立权利要求的前序部分所述的用途。

现有技术

为了能够生产具有显著更高能量密度的电池组，目前对现有锂离子电池组的进一步开发以及固体电池组的建立加强研究。

锂离子电池组通常含有石墨作为阳极材料。石墨具有的优点是，在电池组单元的放电过程期间提供的电荷量与先前在充电过程期间存储在电池组中的电荷量之比，其也被称为所谓的“库仑效率”，足够好地供实际使用。

在第一充电/放电循环期间在石墨表面上形成保护层，也被称为所谓的固体电解质界面（SEI），这归因于电池组单元的电解质在石墨的表面上的分解。该保护层阻止在随后的充电/放电循环时电解质在石墨表面上的进一步分解。

由于石墨在充电/放电循环期间其体积仅略微膨胀（大约10％），一次形成的SEI保持稳定地附着在石墨表面上并且阻止另外的电解质进入石墨表面。

然而，为了能够提供更具效能的电池组，如其例如为电动车辆能够行驶足够距离所需，对具有更高存储容量的阳极材料进行研究。作为阳极材料尤其可以考虑硅，其虽然具有更高的电容量，但与石墨相比，在充电/放电循环方面的循环稳定性显著更小。虽然SEI形式的保护层同样地在第一充电/放电循环时在作为阳极材料的硅的表面上形成。然而，在充电/放电循环期间，与石墨阳极相比，硅阳极表现出显著更大程度的体积膨胀。

因此在充电/放电循环期间由于硅阳极的体积膨胀，在一次形成的保护层SEI内出现裂缝，这可能例如导致SEI剥落。这产生的结果是，在每个充电/放电循环时，电解质与硅阳极表面再次发生接触。这导致电解质的进一步分解，其随每个充电/放电循环继续进行下去并且导致锂离子的不可逆的损失并因此导致电池组单元的容量持续下降。因此，硅阳极的循环稳定性以及由此它的库伦效率在较长时间内显著小于石墨阳极。

就此而言，从US 2015/0079484中已知，电池组单元的电解质可以搀杂有全氟铝酸盐或硅酸盐。此外，从US 2014/0162143中已知，全氟化的镁化合物用于电化学电池的电解质溶液中。

发明内容

本发明涉及用于电池组单元的电解质以及含有该电解质的电池组单元及其具有独立权利要求的表征性特征的用途。

这基于：本发明的电解质材料除了例如由一种有机溶剂或有机溶剂的混合物或由可离子导电的合适的聚合物基质形成的电解质材料外还包含至少一种导电盐，其中所述至少一种导电盐是化学元素周期表的第3、4或5主族的元素的全氟烷氧基化物。使用这种类型的全氟化的化合物是有利的，因为在试验中已显示，在保护层SEI中嵌入电解质中所含的氟化锂导致电池组单元的相应阳极的循环稳定性的提高，因为氟化锂即使在电池组单元的运行条件下也是相应保护层SEI的热力学稳定的组分。

在电池组单元中，例如形成氟化锂，当电解质包含例如氟代碳酸乙烯酯（FEC）作为电解质添加剂时，在运行期间由其形成氟化锂。

如果现在从一开始就向电解质材料添加基于全氟烷氧基化物的导电盐，则该导电盐在嵌入所形成的保护层SEI时稳定其在相应电池组单元的运行期间的距离。因此，避免了电池组单元的运行期间电解质材料的持续分解。

从属权利要求涉及本发明的其它有利的实施方案。