[发明专利]包含锂阳极的电化学电池的电解质组合物

说明书

一种电解质组合物，包括：a)溶剂，其包括：‑至少两种饱和环状碳酸酯的混合物，这些饱和环状碳酸酯中的至少一种为氟代的，‑至少一种醚，所述至少一种饱和环状碳酸酯占溶剂的至多1.5重量％，所述至少一种醚占溶剂的至少40重量％；b)至少一种除二氟磷酸锂以外的锂盐；c)二氟磷酸锂，其量为相对于溶剂的重量和所述至少一种锂盐的重量之和的0.1至1重量％。将这种组合物用在包含锂阳极的电化学电池中使得可以提高电池在低温下在强电流下放电时的性能，并且限制在环境温度下操作时的自放电。

技术领域

本发明的技术领域为包含锂金属或锂合金阳极的电化学电池的电解质组合物领域。

背景技术

本文使用的术语“电池”指的是电化学电池。术语“电池”和“电化学电池”在本文的其余部分中可互换使用。锂/二氧化锰型的一次电化学电池(primary electrochemicalcell)在现有技术中是已知的。它们包括至少一个锂或锂合金阳极和至少一个以二氧化锰MnO₂为活性材料的阴极。阳极和阴极用有机液体电解质浸渍。多孔隔离器(或隔板)将所述阳极和阴极分开，同时允许离子通过。在电池放电时，阳极的锂氧化成Li⁺离子。在阴极，氧化态+IV的二氧化锰被还原，并与Li⁺离子反应形成氧化态+III的LiMnO₂。电极上的反应可以总结如下：

阳极：Li→Li⁺+e^-

阴极：Li⁺+MnO₂(IV)+e^-→LiMnO₂(III)

电池的整体放电反应为：Li+MnO₂→LiMnO₂。

锂/二氧化锰型的电池具有令人感兴趣的特性，例如约3.2V的相对高的空载电压、约3.0V的标称工作电压(nominal operating voltage)和高电化学容量。其放电电压几乎在整个放电过程中都是稳定的。它能够在-55℃至+85℃的宽温度范围内工作。

然而，当该电池在高电流、低温下(例如在0℃或更低、或-20℃或更低、甚至低至-40℃的温度下)放电时，观察到电压的大幅度下降。在观察到电池返回到其标称电压值之前，需要一段不可忽略的时间。该电压降会引起由电池供电的电气装置/电子装置的干扰操作。因此，当Li/MnO₂电池在低温高放电电流下使用时，特别是在电流脉冲下(即当高放电电流持续时间短，例如几秒钟)使用时，寻求降低其电压降。高放电电流是指C/6或更高的放电电流，例如C/2或更高，甚至C或更高，C为电池的标称电化学容量(nominalelectrochemical capacity)。

文献US 2017/033152记载了一种电化学电池，包括：

-锂金属阳极；

-阴极，

-有机液体电解质，其包含有机溶剂、锂盐和添加剂，所述添加剂为连接有羟基(hydroxide group)或C1-C10烷基的无机氧化物。

据说这种添加剂可以抑制锂阳极表面枝晶的形成和生长。这使得可以降低锂阳极和电解质之间的界面电阻，从而提高锂离子的迁移率。因此，电池的寿命增加。可以注意到，该文献教导电解质中碳酸酯的存在促进了阳极表面枝晶的形成，并且这些枝晶的存在非常显著地降低了电池的寿命。

发明内容

本发明的主题是一种电解质组合物，包括：

a)溶剂，包括：

-至少两种饱和环状碳酸酯的混合物，这些饱和环状碳酸酯中的至少一种为单氟代或二氟代或三氟代的，

-至少一种醚，