[发明专利]锂离子的电池电解质

说明书

本发明涉及一种包括电解质盐和溶剂的用于能量存储的电解质，其特征在于，溶剂包括根据通式(1)的至少一种化合物，通式(1)如下所示：其中，R¹、R²、R³、R⁴相同或不同，并且独立地选自包括直链或支链的C_1‑6烷基、C_2‑6烯基、C_2‑6炔基、C_3‑6环烷基和/或苯基的组，各自未被取代或者被选自包括F、CN和/或被氟单或多取代的C_1‑2烷基的组的取代基单或多取代。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域。

背景技术

锂离子电池(二次电池)目前是可再充电电池领域中，尤其在便携式电子领域中的领先技术。传统的锂离子电池通常采用石墨阳极。电荷传输通过电解质进行，该电解质包括溶解在溶剂中的锂盐。在现有技术中已知各种电解质和电解质盐。目前常规的锂离子电池通常采用六氟磷酸锂(LiPF₆)。

在石墨阳极工作期间，发生电解质的还原分解。反应物可在电极上形成粘附的、与电绝缘的但传导锂离子的膜。合适的电解质诱导在电极上形成固态电解质中间相(SEI)。固体电解质中间相随后阻止石墨与电解质进一步反应，并以此方式保护电解质免于进一步的还原分解，并防止阳极因溶剂的共嵌入而被破坏。特别是当使用石墨阳极时，这种膜的形成对于锂离子电池的可靠工作是必要的。在不形成固体电解质中间相的情况下，石墨阳极处于碳酸丙烯酯类电解质被溶剂的共嵌入破坏的情况下。

然而，溶剂碳酸丙烯酯(IUPAC名为4甲基-1,3-二氧戊环-2-酮)的还原分解不导致形成有效的固体电解质中间相。相反，由碳酸丙烯酯的共嵌入诱导的在石墨层内还原地诱导的气体析出导致活性材料的剥落和不可逆破坏。这限制了碳酸丙烯酯的利用率，虽然与用于锂离子技术的碳酸乙烯酯(IUPAC为1,3-二氧戊环-2-酮)相比，碳酸丙烯酯有更好的热学和物理化学性能。碳酸丙烯酯可用作在不形成SEI和石墨剥落的情况下同样显示出还原分解的电解质的模型体系。

已经提出了通过使用高度浓缩的电解质来抑制石墨的剥落和溶剂的还原分解。然而，由于这种方式需要正常所需量的电解质盐的倍数，因此高度浓缩的电解质(也被称为“盐中溶剂”电解质)的使用并不经济。此外，浓度(通常＞3mol·l^-1)大大增加了电解质的粘度，这导致电导率和电池性能的显著降低。此外，将预期的是，工作温度的降低导致电解质盐的溶度积低于电解质溶剂中的电解质盐的浓度，这导致盐在电池内部的析出。此外，电解质的密度和因此的总质量以恒定的体积增大，并且增加电解质盐的添加。这同样导致电池的比能量密度(Ah·kg^-1)随着整个体系降低。

此外，已经提出了使用合适性能的添加剂。在商业电池中，特别地，碳酸亚乙烯酯(VC)和氟代碳酸乙烯酯(FEC)在此是相关的。因此，需要可防止石墨剥落的其他试剂。

发明内容

本发明的目的在于提供克服上述现有技术的缺点中的至少一个缺点的电解质。特别地，本发明的目的在于提供一种化合物，其有助于在石墨上形成固体电解质中间相，因此使包含碳酸丙烯酯的电解质的可逆循环成为可能。

该目的通过用于能量存储的电解质来实现，该电解质包括电解质盐和溶剂，其特征在于，溶剂包括通式(1)的至少一种化合物，通式(1)如下所示：

其中，

R¹、R²、R³、R⁴相同或不同，并且独立地选自包括直链或支链的C_1-6烷基、C_2-6烯基、C_2-6炔基、C_3-6环烷基和苯基的组，在每种情况下未被取代或者被选自包括F、CN和被氟单或多取代的C_1-2烷基的组的取代基单或多取代。