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    用于鋰離子電池的電解質添加劑及其制造方法技術
    
                            
    技術編號：44403210 閱讀：1 留言：0更新日期：2025-02-25 10:17
    
                        
    
                        
    
                            
                            在一實施例中，一種用于鋰離子電池的電解質包括鋰鹽、含磷添加劑和溶劑。在一實施例中，一種鋰離子電池包括陽極、陰極、電解質和隔板。陽極包括陽極活性層。陰極包括陰極活性層，其中陰極活性層包括富含鋰和錳的層狀結構材料。電解質包含含磷添加劑。隔板設置在陽極和陰極之間。
    
                            
                            
    


    
                            

                            
    【技術實現步驟摘要】
    
                                
    本公開涉及用于高壓鋰電池的電解質添加劑及其制造方法。

    技術介紹
    1、鋰離子電池傳統上用于各種小型商業應用，例如平板電腦和筆記本電腦、手機等。最近，包含富含鋰錳的層狀氧化物(也稱為富含鋰鎂(lmr)的層狀陰極材料)的陰極活性材料因其高能量密度而被使用。富含鋰錳的層狀氧化物材料含有li2mno3和lir1o2層狀相母結構，其中r1為鎳。具有富含鋰錳的層狀陰極材料的鋰離子電池顯示出大于200毫安-小時/克質量(mah/g)的高可逆充電容量。這使得它們可用于各種高功率應用，比如用于汽車。
    2、盡管這些富含鋰錳的層狀陰極材料具有高的比容量，但由于在電化學循環過程中li2mno3和lir1o2層狀相母體結構向尖晶石相演變，這些材料的容量容易快速下降。這種效應還導致較低的工作電壓，從而損害電池的能量密度(通常稱為“電壓衰減”)。在第一次充電循環期間，已知當li2o從li2mno3母體結構中損失時，這種相變與氧析出一起發生在電極顆粒的表面。在隨后的循環中，層狀到尖晶石相的變化繼續從粒子殼到核，伴隨著mn(mn2+)的溶解。雖然在第一循環中發生的相變可被視為“活化”步驟，但富含鋰錳的層狀氧化物材料的長期相變會導致電池工作電壓的逐漸降低和容量下降，使得該材料不適用于鋰離子電池。
    3、更具體地，當經受大于4.3伏(v)的高電壓操作時，這些電池有多個缺點。在高于4.3v的電壓下，發生電解質分解，導致不期望的氧釋放。
    4、因此，期望在鋰離子電池中提供高電壓性能。

    技術實現思路
    1、在一實施例中，一種用于鋰離子電池的電解質包括鋰鹽；含磷添加劑；以及溶劑。
    2、在另一實施例中，基于電解質的總重量，鋰鹽以5至30重量％的量存在。
    3、在又一實施例中，鋰鹽是六氟磷酸鋰、高氯酸鋰、六氟砷酸鋰、四氟硼酸鋰、雙(三氟甲磺酰基)酰亞胺鋰、雙(氟磺酰基)酰亞胺鋰、雙(草酸)硼酸鋰、二氟甲磺酰基)(三氟甲磺酰基)酰亞胺鋰、二氟草酸硼酸鋰、二氟磷酸鋰、碘化鋰、溴化鋰、氯化鋰、硫氰酸鋰、硝酸鋰、亞硝酸鋰、硫酸鋰或其組合。
    4、在又一實施例中，鋰鹽是六氟磷酸鋰(lipf6)。
    5、在又一實施例中，基于電解質的總重量，含磷添加劑以0.001至20重量％的量存在于電解質中。
    6、在又一實施例中，基于電解質的總重量，含磷添加劑以0.001至5重量％的量存在于電解質中。
    7、在又一實施例中，含磷添加劑是有機亞磷酸酯、有機磷酸酯、有機亞膦酸酯、有機膦酸酯或其組合。
    8、在另一實施例中，有機亞磷酸酯和有機亞膦酸酯是亞磷酸三甲酯、亞磷酸三乙酯、亞磷酸三異丙酯、乙基二苯基次膦酸酯、亞磷酸三苯酯、亞磷酸三(2,2,2-三氟乙基)酯、亞磷酸三(1,1,1,3,3,3-六氟丙-2-基)酯、亞磷酸三(三甲基甲硅烷基)酯或其組合。
    9、在另一實施例中，有機磷酸酯是磷酸三甲酯、磷酸三苯酯、磷酸三丁酯、磷酸三乙酯、磷酸三(2,2,2-三氟乙基)酯、磷酸二(2,2,2-三氟乙基)酯、磷酸三(1,1,1,3,3,3-六氟丙-2-基)酯或其組合。
    10、在另一實施例中，有機膦酸酯是甲基膦酸二甲酯、乙基膦酸二乙酯、苯基膦酸二乙酯、雙(2,2,2-三氟乙基)甲基膦酸酯、雙(2,2,2-三氟乙基)甲基膦酸酯或其組合。
    11、在又一實施例中，含磷添加劑是三(2,2,2-三氟乙基)亞磷酸酯。
    12、在又一實施例中，溶劑是碳酸二乙酯、氟代碳酸乙烯酯、二氟代碳酸乙烯酯、1,2-二甲氧基乙烷、三氟代碳酸乙烯酯、乙烯基碳酸乙烯酯、4-亞甲基碳酸乙烯酯、碳酸亞丙酯、碳酸亞乙烯酯、4,5-二亞甲基-1,3-二氧戊環-2-酮、碳酸二甲酯、碳酸乙基甲基酯、2,2,2-三氟乙基碳酸甲酯、二甲基砜、乙基甲基砜、乙基乙烯基砜、四亞甲基砜、三氟甲基乙基砜、三氟甲基異丙基砜、三氟丙基甲基砜、亞硫酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、二甲亞砜、乙腈、n,n-二甲基甲酰胺、水或其組合。
    13、在又一實施例中，溶劑包含碳酸二乙酯和氟代碳酸乙烯酯。
    14、在又一實施例中，基于電解質中所用溶劑的總重量，碳酸二乙酯的用量為75至85體積％，其中基于電解質中所用溶劑的總體積，氟代碳酸乙烯酯的用量為15至25體積％。
    15、在一實施例中，一種鋰離子電池包括陽極、陰極、電解質和隔板。陽極包括陽極活性層。陰極包括陰極活性層，其中陰極活性層包括富含鋰和錳的層狀結構材料。電解質包含含磷添加劑。隔板設置在陽極和陰極之間。
    16、在另一實施例中，電解質進一步包括鋰鹽；其中鋰鹽是六氟磷酸鋰、高氯酸鋰、六氟砷酸鋰、四氟硼酸鋰、雙(三氟甲磺酰基)酰亞胺鋰、雙(氟磺酰基)酰亞胺鋰、雙(草酸)硼酸鋰、雙(二氟甲磺酰基)(三氟甲磺酰基)酰亞胺鋰、二氟草酸硼酸鋰、二氟磷酸鋰、碘化鋰、溴化鋰、氯化鋰、硫氰酸鋰、硝酸鋰、亞硝酸鋰、硫酸鋰或其組合。
    17、在又一實施例中，富含鋰和錳的層狀結構材料具有式(1)或式(2)的化學式：
    18、(p)li2mno3(1-p)lir1o2(1),
    19、其中，r1是mn、ni或co，p大于0且小于1；
    20、lirxmyo2(2),
    21、其中，r是ni，m是mn、ni、co或al中的至少一種，x+y＝1，x大于0.30且小于0.91。
    22、在又一實施例中，富含鋰和錳的層狀結構材料是liznixmnyco(1-x-y)o2、linixmnyal(1-x-y)o2、linixmn(1-x)o2或其組合，或者它們的組合，其中y等于或大于約0.5，x小于0.4，z等于或大于1.0且小于1.5。
    23、在又一實施例中，含磷添加劑降低了富含鋰和錳的層狀結構材料中的層狀相轉化為尖晶石相的速率。
    24、在又一實施例中，含磷添加劑是三(2,2,2-三氟乙基)亞磷酸酯。
    25、當結合附圖時，從以下詳細描述中，本公開的上述特征和優點以及其他特征和優點將變得顯而易見。
    本文檔來自技高網    ...
                            
    
                            
    【技術保護點】
    
                                
    1.一種用于鋰離子電池的電解質，包括：
    2.根據權利要求1所述的電解質，其中，基于所述電解質的總重量，所述鋰鹽以5至30重量％的量存在，并且其中鋰鹽為六氟磷酸鋰。
    3.根據權利要求1所述的電解質，其中，基于所述電解質的總重量，所述含磷添加劑以0.001至20重量％的量存在于電解質中，并且其中含磷添加劑是有機亞磷酸酯、有機磷酸酯、有機亞膦酸酯、有機膦酸酯或其組合。
    4.根據權利要求3所述的電解質，其中，所述有機亞磷酸酯和有機亞膦酸酯是亞磷酸三甲酯、亞磷酸三乙酯、亞磷酸三異丙酯、乙基二苯基次膦酸酯、亞磷酸三苯酯、亞磷酸三(2,2,2-三氟乙基)酯、亞磷酸三(1,1,1,3,3,3-六氟丙-2-基)酯、亞磷酸三(三甲基甲硅烷基)酯或其組合；其中有機磷酸酯是磷酸三甲酯、磷酸三苯酯、磷酸三丁酯、磷酸三乙酯、磷酸三(2,2,2-三氟乙基)酯、磷酸二(2,2,2-三氟乙基)酯、磷酸三(1,1,1,3,3,3-六氟丙-2-基)酯或其組合；并且其中有機膦酸酯是甲基膦酸二甲酯、乙基膦酸二乙酯、苯基膦酸二乙酯、雙(2,2,2-三氟乙基)甲基膦酸酯、雙(2,2,2-三氟乙基)甲基膦酸酯或其組合。
    5.根據權利要求1所述的電解質，其中，所述含磷添加劑是三(2,2,2-三氟乙基)亞磷酸酯。
    6.根據權利要求1所述的電解質，其中，所述溶劑是碳酸二乙酯、氟代碳酸乙烯酯、二氟代碳酸乙烯酯、1,2-二甲氧基乙烷、三氟代碳酸乙烯酯、乙烯基碳酸乙烯酯、4-亞甲基碳酸乙烯酯、碳酸亞丙酯、碳酸亞乙烯酯、4,5-二亞甲基-1,3-二氧戊環-2-酮、碳酸二甲酯、碳酸乙基甲基酯、2,2,2-三氟乙基碳酸甲酯、二甲基砜、乙基甲基砜、乙基乙烯基砜、四亞甲基砜、三氟甲基乙基砜、三氟甲基異丙基砜、三氟丙基甲基砜、亞硫酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、二甲亞砜、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、水或其組合。
    7.根據權利要求1所述的電解質，其中，所述溶劑包括碳酸二乙酯和氟代碳酸乙烯酯。
    8.根據權利要求7所述的電解質，其中，基于所述電解質中所用溶劑的總重量，所述碳酸二乙酯的用量為75至85體積％，并且其中基于電解質中所用溶劑的總體積，所述氟代碳酸乙烯酯的用量為15至25體積％。
    9.一種鋰離子電池，包括：
    10.根據權利要求9所述的電池，其中，所述電解質進一步包含鋰鹽；其中鋰鹽是六氟磷酸鋰、高氯酸鋰、六氟砷酸鋰、四氟硼酸鋰、雙(三氟甲磺酰基)酰亞胺鋰、雙(氟磺酰基)酰亞胺鋰、雙(草酸)硼酸鋰、雙(二氟甲磺酰基)(三氟甲磺酰基)酰亞胺鋰、二氟草酸硼酸鋰、二氟磷酸鋰、碘化鋰、溴化鋰、氯化鋰、硫氰酸鋰、硝酸鋰、亞硝酸鋰、硫酸鋰或其組合，并且其中，所述含磷添加劑是三(2,2,2-三氟乙基)亞磷酸酯。
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    【技術特征摘要】
    
                                
    1.一種用于鋰離子電池的電解質，包括：
    2.根據權利要求1所述的電解質，其中，基于所述電解質的總重量，所述鋰鹽以5至30重量％的量存在，并且其中鋰鹽為六氟磷酸鋰。
    3.根據權利要求1所述的電解質，其中，基于所述電解質的總重量，所述含磷添加劑以0.001至20重量％的量存在于電解質中，并且其中含磷添加劑是有機亞磷酸酯、有機磷酸酯、有機亞膦酸酯、有機膦酸酯或其組合。
    4.根據權利要求3所述的電解質，其中，所述有機亞磷酸酯和有機亞膦酸酯是亞磷酸三甲酯、亞磷酸三乙酯、亞磷酸三異丙酯、乙基二苯基次膦酸酯、亞磷酸三苯酯、亞磷酸三(2,2,2-三氟乙基)酯、亞磷酸三(1,1,1,3,3,3-六氟丙-2-基)酯、亞磷酸三(三甲基甲硅烷基)酯或其組合；其中有機磷酸酯是磷酸三甲酯、磷酸三苯酯、磷酸三丁酯、磷酸三乙酯、磷酸三(2,2,2-三氟乙基)酯、磷酸二(2,2,2-三氟乙基)酯、磷酸三(1,1,1,3,3,3-六氟丙-2-基)酯或其組合；并且其中有機膦酸酯是甲基膦酸二甲酯、乙基膦酸二乙酯、苯基膦酸二乙酯、雙(2,2,2-三氟乙基)甲基膦酸酯、雙(2,2,2-三氟乙基)甲基膦酸酯或其組合。
    5.根據權利要求1所述的電解質，其中，所述含磷添加劑是三(2,2,2-三氟乙基)亞磷酸酯。
    6.根據權利要求1所述的電解質，其中，所述...
                            
    
                            
    【專利技術屬性】
    
                                技術研發人員：G·齊，C·王，V·雅達夫，W·李，
    
        申請(專利權)人：通用汽車環球科技運作有限責任公司，
    
        類型：發明
    
        國別省市：
    
                            
    
                            
                        
    
                    
    
                    
                    
                     
                
    
                
                
    
                    
    
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