【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種含鹽的電解質組合物、一種具有所述電解質組合物的電化學電芯、一種鹽以及所述鹽在電化學電芯中的用途。
技術介紹
1、電化學電芯在許多
中具有重要意義。尤其是，電化學電芯通常用于需要低電壓的應用，例如用于驅動筆記本電腦或移動電話。電化學電芯的優點在于，可以將許多單個的電芯彼此相連。電芯例如可以通過串聯連接提供高電壓，而電芯的并聯連接產生了較高的標稱容量。這樣的連接方式產生了具有更大能量的電池。此類電池系統還適合于高電壓應用并且例如可以實現車輛的電力驅動或者用于固定式儲能。
2、在下文中，術語“電化學電芯”用作現有技術中所有常見的可再充電伽伐尼元件的名稱的同義詞，例如電芯、電池、電池單元、蓄電池、電池蓄電器和二次電池。
3、電化學電芯能夠在放電過程中提供電子以用于外部電路。相反，在充電過程中借助于外部電路通過輸入電子將電化學電芯充電。
4、電化學電芯具有至少兩個不同的電極，即正極(陰極)和負極(陽極)。這兩個電極與電解質組合物接觸。
5、最常用的電化學電芯是鋰離子電芯，也被稱為鋰離子電池。
6、由現有技術已知的鋰離子電芯具有組裝的陽極，所述陽極非常常見地包括被沉積在金屬銅載體箔上的基于碳的陽極活性材料(典型地為石墨型碳)。陰極一般包括涂覆有陰極活性材料(例如層狀氧化物)的金屬鋁。例如可以使用被涂覆到軋制鋁載體箔上的licoo2或lini1/3mn1/3co1/3o2作為層狀氧化物。
7、電解質組合物對于電化學電芯的安全性和性能起到重要作用。這
8、因此存在以下必要性：選擇適合的傳導鹽，所述傳導鹽不僅能夠充分溶解在電解質組合物中，而且還具有適合的離子傳導性，以在運行期間維持有效的電荷平衡。鋰離子電芯中最常見的傳導鹽是六氟磷酸鋰(lipf6)。
9、除了鋰傳導鹽之外，電解質組合物還包含溶劑，所述溶劑可以實現傳導鹽的解離以及鋰離子的足夠的遷移率。由現有技術中已知由一系列直鏈和環狀碳酸二烷基酯組成的液態有機溶劑。一般使用以下物質的混合物：碳酸亞乙基酯(ec)、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸亞丙基酯(pc)和碳酸乙基甲基酯(emc)。
10、在此要注意的是，每一種溶劑都具有特定的電芯電壓穩定性范圍，還被稱為“電壓窗口”。在這個電壓窗口中，電化學電芯可以在工作期間穩定運行。如果電芯電壓接近電壓上限，則發生電解質組合物的成分的電化學氧化。相反，在電壓窗口的下端處進行還原過程。這兩個氧化還原反應是不希望的，降低了電芯的性能和可靠性并且在最不利情況下導致其失效。
11、在此提及的過程尤其對于鋰離子電芯的深度放電和過充電是相關的。
12、在充電-放電過程中，現有技術的具有有機電解質組合物的鋰離子電芯傾向于產生氣體?！爱a生氣體(gasung)”理解為，由于使用過高的電芯電壓，電解質的成分電化學分解為揮發性的氣態化合物。產生氣體降低了電解質的比例并且導致產生不希望的分解產物，由此造成較低的使用壽命以及較低的鋰離子電芯性能。
13、為了電芯可以在盡可能寬的電勢范圍內工作，向現有技術中的電解質組合物中附加氟化溶劑或添加劑。氟化溶劑如氟代碳酸亞乙基酯(fec)在化學上是惰性的并且在電化學上相對于鋰離子電芯的工作電壓而言是穩定的。
14、氟化電解質的廣為人知的缺點是，在電芯有熱缺陷的情況下其可能造成增強的放熱以及形成和排放有害健康的氣體(如氟化氫(hf))。
15、由于這個缺點，鋰離子電芯擁有許多調控機制，以將電芯在工作期間保持在對于相應溶劑而言最優的電壓范圍內并且由此穩定電解質組合物。
16、在現有技術中，用于穩定的電解質組合物的各種方案是已知的。
17、ep?1?689?756?b1描述了一種用于制備式x(orf)m的弱配位陰離子的方法，其中x選自由b、al、ga、in、p、as和sb組成的組，m為3或5，并且rf為直鏈或支鏈的、部分或完全氟化的烷基或芳基基團。弱配位的陰離子與一價或二價陽離子、優選與堿金屬離子形成鹽。由于化學穩定性，尤其陰離子的化學穩定性，尤其建議將所公開的鹽用作鋰離子電池中的惰性的鋰傳導鹽。但是沒有顯示用于鋰離子電池的具有弱配位陰離子的電解質組合物。
18、除了選擇化學惰性的傳導鹽之外，還可以通過選擇適合的溶劑來提高電池電芯的穩定性。目前討論將二氧化硫(so2)用作電解質組合物中的無機溶劑?；诙趸虻碾娊赓|組合物尤其具有提高的離子傳導率并且由此可以實現在高放電電流下電池電芯的工作，而不會負面影響電芯的穩定性。此外，基于二氧化硫的電解質組合物的獨特之處在于高能量密度、低自放電率和受限的過充電和深度放電。
19、二氧化硫的缺點在于，它只能不充分地溶解許多鋰傳導鹽，而這些鋰傳導鹽可以良好地溶解在有機溶劑中。因此，例如不可將廣泛使用的鋰傳導鹽六氟磷酸鋰用于含二氧化硫的電解質組合物。
20、ep?1?201?004?b1公開了一種具有基于二氧化硫的電解質的可再充電的電化學電芯。二氧化硫在此不是作為添加劑加入的，而是電解質組合物的主要成分。因此，它應至少部分保證傳導鹽的離子的遷移率，所述遷移率導致電極之間的電荷傳輸。在所提出的電芯中，將四氯鋁酸鋰作為含鋰傳導鹽與由金屬氧化物形成的陰極活性材料、尤其例如鋰鈷氧化物(licoo2)的插層化合物組合使用。通過向含二氧化硫的電解質組合物加入鹽添加劑、例如像氟化鋰、氯化鈉或氯化鋰的堿金屬鹵化物，獲得了起作用的且可再充電的電芯。
21、ep?2534719?b1顯示了一種可再充電的鋰電池電芯，所述鋰電池電芯具有與作為陰極活性材料的磷酸鐵鋰組合的基于二氧化硫的電解質。在所述電解質組合物中使用四氯鋁酸鋰作為優選的傳導鹽。在關于以這些組分為基礎的電芯的研究中，可以證實電芯的較高的電化學耐受性。
22、在wo?2021/019042?a1中描述了具有活性金屬、作為陰極活性材料的層狀氧化物和含二氧化硫的電解質的可再充電的電池電芯。由于許多常見鋰傳導鹽在二氧化硫中較差的溶解性，在這些電芯中使用式m+[z(or)4]-的傳導鹽，其中m為金屬，其選自由堿金屬、堿土金屬和周期表的第12族的金屬組成的組，并且r為烴基團。烷氧基-or各自單鍵鍵合到中心原子z上，所述中心原子可以為鋁或硼。在一個優選的實施方式中，所述電芯包含式li+[al(oc(cf3)3)4]-的全氟化傳導鹽。由所描述的組分組成的電芯在實驗研究中顯示出穩定的電化學性能。另外，傳導鹽、尤其全氟化陰離子具有出人意料的水解穩定性。此外，電解質直至5.0v的上限電勢為止應是對氧化穩定的。還進一步表明，具有所公開的電解質的電芯在直至-41℃的低溫下可以放電或充電。然而，沒有在高溫下進行電化學性能測量。
23、在malinowski等人的專業出版本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.用于電化學電芯的液態電解質組合物，其中所述電解質組合物包含以下組分：
2.根據權利要求1所述的電解質組合物，其特征在于，所述金屬陽離子M為鋰并且所述組分(B)為鋰鹽。
3.根據權利要求1或2所述的電解質組合物，其特征在于，L1、L2和/或L3各自彼此獨立地包括直鏈、支鏈或環狀的飽和的烴骨架，其中所述烴骨架優選具有3至16個碳原子、優選6至9個碳原子。
4.根據前述權利要求中任一項所述的電解質組合物，其特征在于，所述環包含2至5個碳原子、優選2至3個碳原子的連續序列。
5.根據前述權利要求中任一項所述的電解質組合物，其特征在于，所述電解質組合物的組分(B)包括至少一種式(I)的鋰鹽，其中所述鋰鹽優選地選自由以下物質組成的組：
6.根據前述權利要求中任一項所述的電解質組合物，其特征在于，相對于所述電解質組合物的總體積計，所述電解質組合物包含濃度為0.01至15mol/L、優選0.1至10mol/L、特別優選0.2至1.5mol/L的所述組分(B)。
7.根據前述權利要求中任一項所述的電解質組合物，其特征在于，
8.根據前述權利要求中任一項所述的液態電解質組合物，其特征在于，所述電解質組合物包含以下組分：
9.電化學電芯，具有陰極、陽極和根據前述權利要求中任一項所述的電解質組合物，所述電解質組合物與所述陰極和所述陽極接觸。
10.根據權利要求9所述的電化學電芯，其特征在于，所述電化學電芯為鋰離子電芯，并且其中所述電解質組合物包含以下組分：
11.鹽，具有包含三個雙齒配體的陰離子配合物，其中所述鹽對應于下式(I)
12.根據權利要求11所述的鹽，其特征在于，所述鹽為下式(V)的三全氟頻那醇根合銻酸鋰(LiSb(PFP)3)
13.根據權利要求11或12中任一項所述的鹽在電化學電芯中的用途。
14.根據權利要求13所述的鹽的用途，其特征在于，所述鹽被用作所述電化學電芯中的傳導鋰離子的傳導鹽。
15.根據權利要求13或14所述的鹽的用途，其特征在于，所述電化學電芯基于二氧化硫作為電解質。
...【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】
1.用于電化學電芯的液態電解質組合物，其中所述電解質組合物包含以下組分：
2.根據權利要求1所述的電解質組合物，其特征在于，所述金屬陽離子m為鋰并且所述組分(b)為鋰鹽。
3.根據權利要求1或2所述的電解質組合物，其特征在于，l1、l2和/或l3各自彼此獨立地包括直鏈、支鏈或環狀的飽和的烴骨架，其中所述烴骨架優選具有3至16個碳原子、優選6至9個碳原子。
4.根據前述權利要求中任一項所述的電解質組合物，其特征在于，所述環包含2至5個碳原子、優選2至3個碳原子的連續序列。
5.根據前述權利要求中任一項所述的電解質組合物，其特征在于，所述電解質組合物的組分(b)包括至少一種式(i)的鋰鹽，其中所述鋰鹽優選地選自由以下物質組成的組：
6.根據前述權利要求中任一項所述的電解質組合物，其特征在于，相對于所述電解質組合物的總體積計，所述電解質組合物包含濃度為0.01至15mol/l、優選0.1至10mol/l、特別優選0.2至1.5mol/l的所述組分(b)。
7.根據前述權利要求中任一項所述的電解質組合物，其特征在于，相對于所述電解質組合物的總重量計，所述電解質組合物包含比例為0-10重量％、優選0.1-2重量％的至少一種另外的添加劑，其中所述另外的添加劑優選地選自由以下物質組成的組：碳酸亞乙烯基酯(vc)、4-氟-1,3-二氧戊環-2-酮(f...
【專利技術屬性】
技術研發人員：S·沙納，A·亞當，A·莫雷蒂，J·克盧格，
申請(專利權)人：寶馬股份公司，
類型：發明
國別省市：
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