用于電池組電解質的材料及使用方法
【專利摘要】本發明描述的是用于電解質的材料，其在用于電池組內時提供許多預期特性，例如在電池組循環至高溫高電壓期間的高穩定性、高放電容量、高庫侖效率，以及出色的放電容量保持率和經過幾次充電和放電的循環后的庫侖效率。在一些實施方式中，高電壓電解質包括基質電解質和一組給予這些預期性能特征的添加劑組合物。
【專利說明】用于電池組電解質的材料及使用方法
[0001]本申請要求如下申請中的每一個的優先權和利益:2011年6月9日提交的美國臨時申請N0.61/495，318 (題目為“用于高電壓陰極材料的電池組電解質”)；2011年10月4日提交的美國臨時申請N0.61/543，262(題目為“用于高電壓陰極材料的電池組電解質”)；2012年2月10日提交的美國臨時申請N0..61/597，509(題目為“用于高電壓陰極材料的電池組電解質”)；以及2012年4月30日提交的美國申請序列號N0.13/459，702 (題目為“用于電池組電解質的材料及使用方法”)；在此通過引用將每個申請合并于此。
【技術領域】
[0002]本發明通常涉及電池組電解質。更特別地，本發明涉及一種電池組電解質用于改善電池組的穩定性，例如改善高電壓穩定性、熱穩定性、電化學穩定性和化學穩定性中的一種以上。
【背景技術】
[0003]電解質用作傳輸離子以及抑制電池組中的電極之間的電接觸。在鋰離子("L1-離子")電池組中，最通常使用的是有機碳酸鹽系電解質，并且近年來，人們已經進行了很多努力以開發基于砜、硅烷和腈的新種類的電解質。不幸地，這些傳統的電解質典型地不能在高電壓下工作，這是因為它們在超過4.5V或其它的高電壓下是不穩定的。在高電壓下，例如，通過在陰極材料存在下的催化氧化，傳統的電解質可分解以產生影響電池組性能和安全的不希望的產物。
[0004]就L1-離子電池組來說，據報道，與LiFeP04、LiMn2O4及通常用作陰極材料的其它材料相比，含鈷和鎳的磷酸鹽、氟磷酸、氟硫酸、尖晶石和硅酸鹽具有更高的能量密度。然而，這些陰極材料也具有大于4.5V的氧化還原電勢，允許電池組在高電壓下工作，但也可能導致電池組中嚴重的電解質分解。為了使用陰極材料以在較高的電壓平臺下供給高能量密度，電解質分解的障礙勢(hurdle)應該被設置成至少在陰極材料的氧化還原電勢以上。
[0005]使用有機碳酸鹽系電解質及其它種類的電解質的另一問題是在升高的溫度下的化學穩定性。即使在低壓下，例如，通過在陰極材料存在下的催化氧化，升高的溫度也可導致傳統的電解質分解以產生影響電池組性能和安全的不希望的產物。
[0006]在該背景下，需要發展在此所述的電解質和相關方法和體系。此處公開的本發明的某些實施方式涉及這些問題和其它挑戰。
【發明內容】
[0007]本發明的某些實施方式涉及用于高電壓電池組的電解質和電解質溶液。該電解質包括鋰鹽、非水溶劑和式(I)所示的化合物:
[0008]
【權利要求】
1.一種電池組，其包括: 陽極，其包含特征為第一比容量的陽極活性材料； 陰極，其包含特征為第二比容量的陰極活性材料，其中第一比容量和第二比容量相匹配使得電池具有大于約4.2V的額定充電電壓；以及 電解質，其包含鋰鹽、非水溶劑、和式(I)所示的化合物:
2.如權利要求1所述的電池組，其特征在于，所述陰極活性材料的特點在于，在約4.9V-約4.2V的電壓范圍內，以約0.01C的電流放電時，所述陰極活性材料具有至少約1mAh/(g的活性材料)的比容量。
3.如權利要求1所述的電池組，其特征在于，所述陰極活性材料的特點在于，在約4.9V-約4.2V的電壓范圍內，以約0.01C的電流放電時，所述陰極活性材料具有至少約40mAh/(g的活性材料)的比容量。
4.如權利要求1所述的電池組，其特征在于，所述陰極活性材料的特點在于，在約4.9V-約4.2V的電壓范圍內，以約0.01C的電流放電時，所述陰極活性材料具有至少約10mAh/(g的活性材料)的比容量。
5.如權利要求1所述的電池組，其特征在于，在從初始循環開始的100次循環處，所述電池組具有至少約90%的庫侖效率。
6.如權利要求1所述的電池組，其特征在于，當所述電池組在大于約50°C溫度的環境中運行時，在從初始循環開始的100次循環處，所述電池組具有至少約90%的庫侖效率。
7.如權利要求1所述的電池組，其特征在于，當所述電池組在約50°C的溫度下時，在從初始循環開始的100次循環處，所述電池組具有至少約90%的庫侖效率。
8.如權利要求1所述的電池組，其特征在于，所述陰極活性材料包括選自于鎳、錳和鈷的材料。
9.如權利要求1所述的電池組，其特征在于，所述陰極活性材料包括尖晶石結構鋰金屬氧化物、層狀結構鋰金屬氧化物，或富鋰的層狀結構鋰金屬氧化物。
10.如權利要求1所述的電池組，其特征在于，所述陰極活性材料包括鋰金屬磷酸鹽。
11.用于高電壓電池組的電解質溶液，其包括:鋰鹽； 非水溶劑；以及
12.如權利要求1所述的電解質溶液，其特征在于，所述電解質溶液的進一步特征在于，當電池組在約50°C溫度的環境中運行時，所述電解質溶液具有電化學穩定性。
13.如權利要求1所述的電解質溶液，其特征在于，所述電解質溶液的進一步特征在于，當電池組在約50°C的溫度下運行時，所述電解質溶液具有電化學穩定性。
14.如權利要求1所述的電解質溶液，其特征在于，所述電解質溶液的特點在于，在電壓高于約4.5V的高電壓電池組中，所述電解質溶液具有電化學穩定性。
15.如權利要求1所述的電解質溶液，其特征在于，所述電解質溶液的特點在于，在電壓高于約5.0V的高電壓電池組中，所述電解質溶液具有電化學穩定性。
16.制造高電壓電池組的方法，其包括: 提供電解質溶液，其包括: 鋰鹽， 非水溶劑，以及 如式⑴所示的化合物:
17.如權利要求16所述的方法，其特征在于，所述陰極活性材料的特點在于，在約4.9V-約4.2V的電壓范圍內，以約0.01C的電流放電時，所述陰極活性材料具有至少約IOmAh/(g的活性材料)的比容量。
18.如權利要求16所述的方法，其特征在于，所述陰極活性材料包括選自于由鎳、錳和鈷所組成的組的材料。
19.如權利要 求16所述的方法，其特征在于，所述陰極活性材料包括尖晶石結構鋰金屬氧化物、層狀結構鋰金屬氧化物，或富鋰的層狀結構鋰金屬氧化物。
20.如權利要求16所述的方法，其特征在于，所述陰極活性材料包括鋰金屬磷酸鹽。
【文檔編號】H01M6/18GK104025353SQ201280027903
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2012年6月7日 優先權日:2011年10月4日
【發明者】S·凱, 維納里·V·巴特, 程崗, 李斌, R·奧盧比萊, 楊仁賢 申請人:旭化成株式會社