【技术实现步骤摘要】
本公开涉及可充电电池系统，更具体地，涉及用于改善可充电锂离子电池系统的性能的、包含有效电解质添加剂的此类系统的化学。
技术介绍
1、可充电电池是用于电动车辆和电网储存(例如，用于停电期间的备用电源，作为微电网的一部分，等等)的能量储存系统的不可或缺的组成部分。锂离子基电池是一种常见的可充电电池。
2、已经证明电解质添加剂是有效的，提高锂离子基电池的寿命和性能。例如，j.c.burns et al.,journal of the electrochemical society,160,a1451(2013)中，证明了与没有或仅具有一种添加剂的电解质体系相比，五种专有的、未公开的电解质添加剂可提高循环寿命。其他研究聚焦于由含有u.s.2017/0025706中所述的三种或四种添加剂的电解质体系所带来的性能提升。但是，研究人员通常不知晓不同添加剂之间使它们与电解质以及特定的正负电极协同作用的相互作用。因此，某些体系的特性(identity)通常基于反复试验，而无法事先预测。
3、先前的研究尚未发现这样的双添加剂电解质体系：其可以组合至锂离子电池系统中以产生性能足以用于电网或电动车辆应用的强劲系统。如u.s.2017/0025706中所述，所研究的双添加剂体系(例如2％vc+1％甲磺酸烯丙酯以及2％pes+1％ttspi)的性能通常比三添加剂和四添加剂电解质体系差。(例如，参见u.s.2017/0025706的表1和表2。)u.s.2017/0025706公开了为了产生强劲的锂离子电池系统，必须使用浓度为0.25
4、为了进一步推进电动车辆和电网能量储存应用的采用，期望开发在高温和高电池电压下提供更长寿命而又不显着增加成本的锂离子电池化学(chemistries)。牺牲电解质添加剂的引入量为几个重量百分比是形成保护性固体电解质中间相(sei)层的实用方法，该保护性电解质中间相(sei)层限制了电池在储存和运行期间的电解质分解。近年来，通过大量的努力已经获得了大量的可用于改善各种应用的电池性能的此类添加剂。实例是碳酸亚乙烯酯(vc)，碳酸氟代乙烯酯(fec)，丙-1-烯-1,3-磺内酯(pes)，硫酸乙烯酯(1,3,2-二氧硫杂环戊烷-2,2-二氧化物，dtd)和二氟磷酸锂(lfo)。
5、本申请提供了用作锂离子电池系统中的电解质添加剂的组分。
6、定义
7、“电池单元(cell)”或“电池单元(battery cell)”通常是指电化学电池单元，其是一种能够从化学反应产生电能或通过引入电能促进化学反应的装置。电池可以包含一个或多个电池单元。
8、“可充电电池”通常是指可以充电，放电到负载中并且可以被充电多次的一种电池。在本申请中，基于锂离子可充电电池描述了多个示例。然而，本专利技术的实施方案不限于一种类型的可充电电池，并且可以结合各种可再电电池技术来应用。
技术实现思路
1、本公开涵盖了具有较少的有效电解质添加剂的新电池系统，其可用于不同的能量储存应用中，例如，在车辆和电网储存中。更具体地，本公开包括添加剂电解质体系，其提高锂离子电池的性能和寿命，同时降低依赖于更多或其他添加剂的其他系统的成本。本公开还提供了制备本文公开的添加剂的方法。
2、本文所述的某些实施方案包括用于锂离子电池的非水性电解质，其包含至少一种锂盐，至少一种非水性溶剂和包含至少一种有效添加剂的添加剂组分。所述至少一种有效添加剂选自
3、(a)根据式(i)的3-芳基取代的1,4,2-二噁唑-5-酮化合物：
4、
5、其中r是任意芳族取代基、任意不饱和脂族取代基或任意含有一个或多个氟原子的脂族取代基；或者
6、(b)根据式(ii)的3-crr’r”取代的1,4,2-二噁唑-5-酮化合物：
7、
8、其中r，r’和r”各自为氢、烷基取代基或芳族取代基；或者
9、(c)根据式(iii)的r-取代的腈亚硫酸酯化合物：
10、
11、其中r是任意烷基或芳族取代基。
12、在某些进一步的实施方案中，基于电解质溶液的总重量，所述至少一种有效添加剂为0.01-6重量％。在其他实施方案中，基于电解质溶液的总重量，所述至少一种有效添加剂为0.25-5重量％。在其他实施方案中，所述至少一种有效添加剂的浓度为约2重量％。
13、在其他实施方案中，其中所述添加剂组分包括硫酸亚乙酯、二氟磷酸锂、碳酸亚乙烯酯和/或碳酸氟代亚乙酯。在进一步的实施方案中，所述添加剂组分包括3-苯基-1,4,2-二噁唑-5-酮。
14、在某些实施方案中，所述至少一种非水性溶剂是碳酸酯溶剂。在进一步的实施方案中，碳酸酯溶剂是碳酸亚乙酯或碳酸二甲酯。在更进一步的实施方案中，所述非水性溶剂包括至少2种非水性溶剂。
15、在其他实施方案中，提供了一种锂离子电池，其包括负极；正极；非水性电解质，所述非水性电解质包含溶解在至少一种非水性溶剂中的锂盐以及添加剂组分，所述添加剂组分包括来自以下的至少一种有效添加剂：
16、(a)根据式(i)的3-芳基取代的1,4,2-二噁唑-5-酮化合物：
17、
18、其中r是任意芳族取代基、任意不饱和脂族取代基或任意含有一个或多个氟原子的脂族取代基；或者
19、(b)根据式(ii)的3-crr’r”取代的1,4,2-二噁唑-5-酮化合物：
20、
21、其中r，r’和r”各自为氢、烷基取代基或芳族取代基；或者
22、(c)根据式(iii)的r-取代的腈亚硫酸酯化合物：
23、
24、其中r是任意烷基或芳族取代基。
25、在某些进一步实施方案中，基于电解质溶液的总重量，所述至少一种有效添加剂为0.01-6重量％。在其他实施方案中，基于电解质溶液的总重量，所述至少一种有效添加剂为0.25-5重量％。在其他实施方案中，所述至少一种有效添加剂的浓度为约2重量％。
26、在其他实施方案中，其中所述添加剂组分包括硫酸亚乙酯、二氟磷酸锂、碳酸亚乙烯酯和/或碳酸氟代亚乙酯。在进一步的实施方案中，所述添加剂组分包括3-苯基-1,4,2-二噁唑-5-酮。
27、在某些实施方案中，所述至少一种非水性溶剂是碳酸酯溶剂。在进一步的实施方案中，碳酸酯溶剂是碳酸亚乙酯或碳酸二甲酯。在更进一步的实施方案中，所述非水性溶剂包括至少2种非水性溶剂。
28、在其他实施方案中，在40℃下以c/3cccv的充电速率，在3.本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于能量储存装置的非水性电解质，其包含锂盐、非水性溶剂和添加剂组分，所述添加剂组分包含根据式(II)的3-CRR’R”取代的1,4,2-二噁唑-5-酮化合物：
2.根据权利要求1所述的非水性电解质，其中基于所述非水性电解质的总重量，所述3-CRR’R”取代的1,4,2-二噁唑-5-酮化合物的浓度为0.01-6重量％。
3.根据权利要求1所述的非水性电解质，其中基于所述非水性电解质的总重量，所述3-CRR’R”取代的1,4,2-二噁唑-5-酮化合物的浓度为约2重量％。
4.根据权利要求1所述的非水性电解质，其中R、R’和R”中的至少一者是芳族取代基。
5.根据权利要求1所述的非水性电解质，其中所述非水性溶剂包含碳酸酯溶剂。
6.根据权利要求5所述的非水性电解质，其中，所述碳酸酯溶剂选自碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯及其组合。
7.根据权利要求5所述的非水性电解质，其还包含第二种非水性溶剂。
8.一种能量储存装置，其包含：
9.根据权利要求8所述的能量储存装置，其中R、R’和R”中的至少一
10.根据权利要求8所述的能量储存装置，其中基于所述非水性电解质的总重量，所述3-CRR’R”取代的1,4,2-二噁唑-5-酮化合物的浓度为0.01-6重量％。
11.根据权利要求8所述的能量储存装置，其中基于所述非水性电解质的总重量，所述3-CRR’R”取代的1,4,2-二噁唑-5-酮化合物的浓度为2重量％。
12.根据权利要求8所述的能量储存装置，其中所述添加剂组分还包含硫酸亚乙酯。
13.根据权利要求8所述的能量储存装置，其中所述添加剂组分还包含选自以下的化合物：碳酸亚乙烯酯、碳酸氟代亚乙酯及其组合。
14.根据权利要求8所述的能量储存装置，其中所述非水性溶剂包含碳酸酯溶剂。
15.根据权利要求14所述的能量储存装置，其中所述碳酸酯溶剂选自碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯及其组合。
16.根据权利要求8所述的能量储存装置，其还包含第二种非水性溶剂。
17.根据权利要求8所述的能量储存装置，其中，在40℃下以C/3CCCV的充电速率在3.0V至4.3V之间进行200个循环之后，所述能量储存装置包含95％的初始容量保持率。
18.根据权利要求8所述的能量储存装置，其中，在40℃下以C/3CCCV的充电速率在3.0V至4.3V之间进行400个循环之后，所述能量储存装置包含95％的初始容量保持率。
19.一种电动车辆，其包含：
20.根据权利要求19所述的电动车辆，其中基于所述非水性电解质的总重量，所述3-CRR’R”取代的1,4,2-二噁唑-5-酮化合物的浓度为0.01-6重量％。
21.根据权利要求19所述的电动车辆，其中基于所述非水性电解质的总重量，所述3-CRR’R”取代的1,4,2-二噁唑-5-酮化合物的浓度为2重量％。
22.根据权利要求19所述的电动车辆，其中R、R’和R”中的至少一者是芳族取代基。
23.根据权利要求19所述的电动车辆，其中所述添加剂组分还包含硫酸亚乙酯。
24.根据权利要求19所述的电动车辆，其中所述添加剂组分还包含二氟磷酸锂。
25.根据权利要求19所述的电动车辆，所述添加剂组分还包含选自以下的化合物：碳酸亚乙烯酯、碳酸氟代亚乙酯及其组合。
26.根据权利要求19所述的电动车辆，其中所述非水性溶剂包含碳酸酯溶剂。
27.根据权利要求26所述的电动车辆，其中所述碳酸酯溶剂选自碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯及其组合。
28.根据权利要求19所述的电动车辆，其还包含第二种非水性溶剂。
29.根据权利要求19所述的电动车辆，其中，在40℃下以C/3CCCV的充电速率在3.0V至4.3V之间进行400个循环之后，所述能量储存装置包含95％的初始容量保持率。
...【技术特征摘要】
1.一种用于能量储存装置的非水性电解质，其包含锂盐、非水性溶剂和添加剂组分，所述添加剂组分包含根据式(ii)的3-crr’r”取代的1,4,2-二噁唑-5-酮化合物：
2.根据权利要求1所述的非水性电解质，其中基于所述非水性电解质的总重量，所述3-crr’r”取代的1,4,2-二噁唑-5-酮化合物的浓度为0.01-6重量％。
3.根据权利要求1所述的非水性电解质，其中基于所述非水性电解质的总重量，所述3-crr’r”取代的1,4,2-二噁唑-5-酮化合物的浓度为约2重量％。
4.根据权利要求1所述的非水性电解质，其中r、r’和r”中的至少一者是芳族取代基。
5.根据权利要求1所述的非水性电解质，其中所述非水性溶剂包含碳酸酯溶剂。
6.根据权利要求5所述的非水性电解质，其中，所述碳酸酯溶剂选自碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯及其组合。
7.根据权利要求5所述的非水性电解质，其还包含第二种非水性溶剂。
8.一种能量储存装置，其包含：
9.根据权利要求8所述的能量储存装置，其中r、r’和r”中的至少一者是芳族取代基。
10.根据权利要求8所述的能量储存装置，其中基于所述非水性电解质的总重量，所述3-crr’r”取代的1,4,2-二噁唑-5-酮化合物的浓度为0.01-6重量％。
11.根据权利要求8所述的能量储存装置，其中基于所述非水性电解质的总重量，所述3-crr’r”取代的1,4,2-二噁唑-5-酮化合物的浓度为2重量％。
12.根据权利要求8所述的能量储存装置，其中所述添加剂组分还包含硫酸亚乙酯。
13.根据权利要求8所述的能量储存装置，其中所述添加剂组分还包含选自以下的化合物：碳酸亚乙烯酯、碳酸氟代亚乙酯及其组合。
14.根据权利要求8所述的能量储存装置，其中所述非水性溶剂包含碳酸酯溶剂。
15.根据权利要求14所述的能量储存装置，其中所述碳...
【专利技术属性】
技术研发人员：J·R·丹，D·S·豪尔，T·海因斯，
申请(专利权)人：特斯拉公司，
类型：发明
国别省市：
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