用于高压阴极材料和其它用途的电解质制造技术

本发明专利技术总体涉及用于各种电化学装置的电解质。在一些情况下，使用电解质是相对安全的；例如，电解质可以耐受过热、着火、燃烧、爆炸等。在一些实施方案中，此类电解质可用于某些类型的高压阴极材料。在一些情况下，电解质可以包括可以使紧密的离子对解离的离子解离化合物。离子解离化合物的非限制性实例包括磷酸三烷基酯或砜等。本发明专利技术的其它方面总体涉及包括此类电解质的装置、制造或使用此类电解质的方法、或包括此类电解质的套件等。或包括此类电解质的套件等。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于高压阴极材料和其它用途的电解质
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年7月16日提交的U.S.非临时申请序列号.16/512,495的优先权。上述专利申请的整体在此通过引用并入本文中并且成为本说明书的一部分。


[0003]本专利技术总体上涉及用于各种电化学装置的电解质。

技术介绍

[0004]随着锂离子电池(LIB)的能量密度的提高和规模的扩大，高压(high
‑
voltage)阴极材料得以广泛地发展，但是受限于缺少在高氧化电位下具有适当的电化学稳定性的适当的电解质。此外，会出现锂电池中的安全问题，例如，使用例如碳酸酯/醚等混合易燃溶剂作为溶剂体系，当过度充电、短路、过热等时，会导致由着火、燃烧或甚至爆炸等导致的严重的事故。因此，仍然需要安全并且在高氧化电位下具有电化学稳定性，例如，适用于高压锂电池和其它用途的适当的电解质。

技术实现思路

[0005]本专利技术总体涉及用于各种电化学装置的电解质。合适的电化学装置的实例为例如电池、电容器、传感器、续电器、电致变色元件、光电转换元件等。在一些情况下，使用电解质是相对安全的；例如，电解质可以耐受过热、着火、燃烧、爆炸等。在一些实施方案中，此类电解质可用于某些类型的高压阴极材料。此类高压阴极材料的非限制性实例包括LiNi
0.5
Mn
1.5
O4(LNMO)、LiCoPO4(LCP)、层状Li
–
Ni
–
Co
–r/>Mn氧化物(NCM)、层状Li
–
Ni
–
Co
–
Al氧化物(NCA)等。在一些情况下，本专利技术的主题涉及相关产品、特定问题的替代解决方案和/或一种或多种系统和/或制品的多种不同用途。
[0006]在一方面，本公开总体涉及基于离子解离化合物的各种电解质。如本文中所讨论的，离子解离化合物可以包括可以使紧密的离子对解离的任何有机化合物。在一些实施方案中，离子解离化合物还能够与从紧密的离子对解离的离子化学配合。在一些实施方案中，离子解离化合物可以为阻燃剂。离子解离化合物的非限制性实例包括磷酸三烷基酯、砜或砜的类似物等。以下还讨论了其它实例。在一个实施方案中，本专利技术总体涉及电解质。在一组实施方案中，电解质包含锂盐、离子解离化合物和聚合物。在一些情况下，聚合物包含交联反应产物，该交联反应产物包含选自由以下组成的组中的聚合物：
[0007][0008]其中R1包含选自由以下组成的组中的结构：
[0009][0010]其中n为1至10,000之间的整数；其中m为1至5,000之间的整数；其中R2、R3、R4、R5和R6各自独立地选自由以下组成的组：
[0011][0012]和其中*表示连接点。
[0013]在另一方面，本专利技术总体涉及一种装置的制造方法。在一组实施方案中，该方法包括将液体电解质和聚合物前体混合至单元(cell)中，液体电解质包含锂盐和离子解离化合物；并且使液体电解质在单元内固化以形成固体电解质。在一些情况下，聚合物前体包含选自由以下组成的组中的结构：
[0014][0015]其中R1包含选自由以下组成的组中的结构：
[0016][0017]其中n为1至10,000之间的整数；其中m为1至5,000之间的整数；其中R2、R3、R4、R5和R6各自独立地选自由以下组成的组：
[0018][0019]和其中*表示连接点。
[0020]一些实施方案总体涉及各种高氧化电位电解质，其包括包含交联反应产物的聚合物，该交联反应产物包含选自由以下组成的组中的聚合物：
[0021][0022]其中R1包含选自由以下组成的组中的结构：
[0023][0024]其中n为1至10,000之间的整数；其中m为1至5,000之间的整数；其中R2、R3、R4、R5和R6各自独立地选自由以下组成的组：
[0025][0026]和其中*表示连接点。
[0027]在一方面，本公开包括用于制备一种或多种本文中所述的实施方案例如基于离子解离化合物的电解质的方法。在另一方面，本公开包括制造固体电化学装置的方法。
[0028]在一些情况下，电解质可以为高氧化电位电解质。例如，在一组实施方案中，该方法包括将聚合物与溶剂混合以形成浆料、除去溶剂并且使浆料固化以形成固体电解质。
[0029]在又一方面，本专利技术包括用于制备一种或多种本文中所述的实施方案例如用于各种电化学装置的电解质的方法。在又一方面，本专利技术包括一种或多种本文中所述的实施方案，例如，如基于离子解离化合物的用于各种电化学装置的电解质的使用方法。
[0030]当结合附图考虑时，从以下本专利技术的各种非限制性实施方案的详细描述，本专利技术的其它优点和新特征将变得显而易见。
附图说明
[0031]将参考附图通过实例的方式描述本专利技术的非限制性实施方案，附图是示意性的并且不旨在按比例绘制。在附图中，所示的每个相同或几乎相同的组分通常由同一数字表示。为了清楚的目的，并未在每个附图中标记每个组分，也没有示出本专利技术的各实施方案的每
个组分，其中说明对于使本领域普通技术人员理解本专利技术不是必需的。在附图中：
[0032]图1示出根据本公开的某些实施方案的电解质的安全性能曲线；
[0033]图2示出根据本公开的一些实施方案的电解质的循环性能曲线；
[0034]图3示出根据本公开的某些实施方案的电解质的电化学稳定性曲线；和
[0035]图4示出根据本公开的其它实施方案的电解质的循环性能曲线。
具体实施方式
[0036]本专利技术总体涉及用于各种电化学装置的电解质。在一些情况下，使用电解质是相对安全的；例如，电解质可以耐受过热、着火、燃烧、爆炸等。在一些实施方案中，此类电解质可用于某些类型的高压阴极材料。在一些情况下，电解质可以包括可以使紧密的离子对解离的离子解离化合物。离子解离化合物的非限制性实例包括磷酸三烷基酯或砜等。本专利技术的其它方面总体涉及包括此类电解质的装置、制备或使用此类电解质的方法、或包括此类电解质的套件等。
[0037]在一方面，本专利技术总体涉及包含例如锂盐或钠盐等电解质盐、离子解离化合物和聚合物的电解质材料。在一些实施方案中，这些通常与适用于各种电化学装置的各种高氧化电位电解质相关。在一些情况下，此类电解质可以显示更高的离子电导率。例如，如锂离子等离子可以在电解质内更快和/或更高效地导电。这例如对于电化学装置的更快的充电/放电会是有用的。
[0038]某些实施方案包括离子解离化合物。离子解离化合物可以为有机化合物。在一些实施方案中，离子解离化合物可以使存在于溶液中的离子对(例如来自锂NMC化合物的锂离子)解离，并且在一些情况下，与来自离子对的离子(例如，如与锂离子)形成化学配合物。在不希望受任何理论束缚的情况下，认为由于配位化学使得配合物形成；例如，磷酸三烷基酯或砜中的P＝O基团和S＝O基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电解质，其包括：锂盐；离子解离化合物；和包含交联反应产物的聚合物，所述交联反应产物包含选自由以下组成的组中的聚合物：其中R1包含选自由以下组成的组中的结构：其中n为1至10,000之间的整数；其中m为1至5,000之间的整数；其中R2、R3、R4、R5和R6各自独立地选自由以下组成的组：和其中*表示连接点。
2.根据权利要求1所述的电解质，其中所述离子解离化合物与锂离子配合。3.根据权利要求1或2任一项所述的电解质，其中所述离子解离化合物包括极性溶剂。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的电解质，其中所述离子解离化合物包括极性非质子溶剂。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的电解质，其中所述离子解离化合物包括砜。6.根据权利要求5所述的电解质，其中所述砜包括二甲基砜。7.根据权利要求5或6任一项所述的电解质，其中所述砜包括二乙基砜。8.根据权利要求5
‑
7中任一项所述的电解质，其中所述砜包括乙基甲基砜。9.根据权利要求5
‑
8中任一项所述的电解质，其中所述砜包括二乙烯基砜、烯丙基甲基砜、丁二烯砜、乙基乙烯基砜、四亚甲基砜、二苯基砜、甲基苯基砜、异丙基砜、和/或三亚甲基砜。10.根据权利要求1
‑
9中任一项所述的电解质，其中所述离子解离化合物包括阻燃剂。11.根据权利要求10所述的电解质，其中所述阻燃剂包含氮。12.根据权利要求10或11任一项所述的电解质，其中所述阻燃剂包含硅。13.根据权利要求10
‑
12中任一项所述的电解质，其中所述阻燃剂包含氟。14.根据权利要求10
‑
13中任一项所述的电解质，其中所述阻燃剂包括二氟乙酸甲酯。15.根据权利要求10
‑
14中任一项所述的电解质，其中所述阻燃剂包括二氟乙酸乙酯。16.根据权利要求10
‑
15中任一项所述的电解质，其中所述阻燃剂包括有机磷阻燃剂。17.根据权利要求10
‑
16中任一项所述的电解质，其中所述阻燃剂包括磷酸三烷基酯。18.根据权利要求17所述的电解质，其中所述磷酸三烷基酯包括磷酸三乙酯。19.根据权利要求17或18任一项所述的电解质，其中所述磷酸三烷基酯包括磷酸三甲酯。20.根据权利要求10
‑
19中任一项所述的电解质，其中所述阻燃剂的沸点为至少110℃。21.根据权利要求1
‑
20中任一项所述的电解质，其中所述锂盐包括LiTFSI、LiFSI、LiBOB、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、LiDFOB、LiF、LiCl、LiBr、LiI、Li2SO4、LiNO3、Li3PO4、Li2CO3、LiOH、乙酸锂、三氟甲基乙酸锂、二氟磷酸锂、2
‑
三氟甲基
‑
4,5
‑
二氰基咪唑锂和/或草酸锂。22.根据权利要求1
‑
21中任一项所述的电解质，其中所述锂盐的浓度在1M和7M之间。23.根据权利要求1
‑
22中任一项所述的电解质，其包括以所述电解质的5体积％至15体积％存在的添加剂。24.根据权利要求1
‑
23中任一项所述的电解质，其进一步包含膦系添加剂。25.根据权利要求24所述的电解质，其中所述膦系添加剂包括三磷酸六氟异丙酯。26.根据权利要求24或25任一项所述的电解质，其中所述膦系添加剂包括三异丙基乙基磺酰基(五氟苯基)膦。27.根据权利要求1
‑
26中任一项所述的电解质，其进一步包括醚。28.根据权利要求27所述的电解质，其中所述醚包括氢氟醚。29.根据权利要求27或28任一项所述的电解质，其中所述醚包括1,1,2,2
‑
四氟乙基2,2,3,3
‑
四氟丙基醚。30.根据权利要求27
‑
29中任一项所述的电解质，其中所述醚包括双(2,2,2
‑
三氟乙基)
醚。31.根据权利要求27
‑
30中任一项所述的电解质，其中所述醚包括低聚乙二醇甲基醚。32.根据权利要求27
‑
31中任一项所述的电解质，其中所述醚包括四甘醇二甲醚。33.根据权利要求1
‑
32中任一项所述的电解质，其进一步包括低聚乙二醇。34.根据权利要求1
‑
33中任一项所述的电解质，其进一步包括碳酸酯。35.根据权利要求34所述的电解质，其中所述碳酸酯包括1,2
‑
二甲氧基乙烷碳酸酯。36.根据权利要求34或35任一项所述的电解质，其中所述碳酸酯包括氟代碳酸亚乙酯。37.根据权利要求34
‑
36中任一项所述的电解质，其中所述碳酸酯包括碳酸亚乙烯酯和亚甲基
‑
亚乙基碳酸酯。38.根据权利要求24所述的电解质，其中所述添加剂包括：亚硫酸酯系添加剂、硫酸酯系添加剂和磺内酯系添加剂，醚系添加剂或氟醚系添加剂，酸酐，InF3，三(2,2,2
‑
三氟乙基)硼酸酯，离子性含氟表面活性剂或非离子性含氟表面活性剂。39.根据权利要求1
‑
38中任一项所述的电解质，其进一步包括(4R,5S)
‑
4,5
‑
二氟
‑
1,3
‑
二氧戊环
‑2‑
酮。40.根据权利要求1
‑
39中任一项所述的电解质，其进一步包括丙烯基
‑
1,3
‑
磺内酯。41.根据权利要求1
‑
40中任一项所述的电解质，其进一步包括丁二酸酐。42.根据权利要求1
‑
41中任一项所述的电解质，其中所述产物为包括所述聚合物和第二聚合物的交联反应产物。43.根据权利要求42所述的电解质，其中所述第二聚合物包含选自由以下组成的组中的结构：其中R1包含选自由以下组成的组中的结构：
其中n为1至10,000之间的整数；其中m为1至5,000之间的整数；其中R2、R3、R4、R5和R6各自独立地选自由以下组成的组：和其中*表示连接点。44.根据权利要求1
‑
43中任一项所述的电解质，其中所述聚合物在所述电解质中的浓度在5wt％和40wt％之间。45.根据权利要求1
‑
44中任一项所述的电解质，其中所述聚合物经由脲官能团和/或氨基甲酸酯官能团交联。46.根据权利要求1
‑
45中任一项所述的电解质，其中所述聚合物包括共聚物。47.根据权利要求1
‑
46中任一项所述的电解质，其中所述聚合物包括嵌段共聚物。48.根据权利要求1
‑
47中任一项所述的电解质，其中所述聚合物包括无规共聚物。49.根据权利要求1
‑
48中任一项所述的电解质，其中所述制品进一步包含增塑剂。50.根据权利要求49所述的电解质，其中所述增塑剂包括聚合物。51.根据权利要求50所述的电解质，其中所述增塑剂的聚合物包括聚环氧乙烷、聚碳酸酯、聚丙烯腈和/或聚乳酸。52.根据权利要求49
‑
51中任一项所述的电解质，其中所述增塑剂包括小分子。53.根据权利要求49
‑
52中任一项所述的电解质，其中所述增塑剂包括碳酸亚乙酯和/或丁二腈。54.根据权利要求49
‑
53中任一项所述的电解质，其中所述增塑剂包括腈。

【专利技术属性】
技术研发人员：都佳，黄沛屾，卡莉，
申请(专利权)人：飞翼新能源公司，
类型：发明
国别省市：