[发明专利]非水性电解质组合物

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年9月19日提交的美国专利申请号14/490785的权益，将该专利申请以其全文通过援引方式并入本申请。

本披露的领域

本披露针对含有氟化的化合物、非氟化的碳酸酯、锂/硼化合物以及锂盐的电解质组合物。这些电解质组合物在电化学电池如锂离子电池组中是有用的。

背景

碳酸酯化合物目前作为电解质溶剂用于含有由碱金属、碱土金属、或包含这些金属的化合物制成的电极的非水性电池组例如锂离子电池组。目前的锂离子电池组电解质典型地含有一种或多种直链碳酸酯，如碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、或碳酸二乙酯；和环状碳酸酯，如碳酸亚乙酯。然而，在对比Li/Li+参比电极高于4.25V的阴极电势下，这些电解质可分解，这可导致电池组性能的损失。此外，由于这些电解质的低沸点和高可燃性，使用这些电解质存在安全性问题。

已经研究了各种途径以克服通常使用的非水性电解质的限制。例如，添加剂如环状羧酸酐已经与某些电解质溶剂组合使用(参见例如Jeon等人的美国专利申请公开号2010/0273064A1)。此外，已经研究了各种氟化的羧酸酯电解质溶剂用于锂离子电池组(参见例如Nakamura等人的JP 4/328,915-B2、JP 3/444,607-B2以及美国专利号8,097,368)。虽然这些电解质可以在具有高电势阴极如4V尖晶石LiMn₂O₄阴极的锂离子电池组中使用，但是循环性能可能受到限制，特别是在高温下。

尽管如上所述的本领域的努力，依然需要电解质及其组合物，当在锂离子电池组、特别是用高电势阴极(即，最高达约5V)运行的此类电池组中使用时，这些电解质及其组合物将具有改善的高温循环性能。

披露概述

本披露涉及一种电解质组合物，该电解质组合物包含：

a)至少一种由R¹COOR²表示的氟化的化合物；

b)非氟化的碳酸酯；

c)锂/硼化合物；以及

d)锂盐；

其中R¹和R²独立地表示直链或支链烷基；R¹和R²中的碳原子之和为2至7；R¹和/或R²中至少两个氢原子被氟原子替代；并且R¹和R²都不含有-CH₂F或-CHF-基团。

本披露还涉及包含所披露的电解质组合物的电化学电池以及包含该电化学电池的电子设备。

详细说明

从阅读以下详细说明，本披露的特征和优点将更容易被本领域普通技术人员理解。应理解的是，为清楚起见以上和以下在不同实施例的上下文中描述的本披露的某些特征也可以组合地在单一元素中提供。相反地，为简洁起见在单一实施例的上下文中描述的本披露的不同特征也可以被分开地或者以任何子组合提供。此外，除非上下文另外明确阐述，否则对单数的提及也可以包括复数(例如，“一个/一种(a)”和“一个/一种(an)”可以指的是一个/一种或多个/多种)。

除非另外明确表明，否则在本申请中指定的各个范围中的数值的使用被陈述为近似值，如同在所阐述范围内的最小值和最大值都在词“约”后。以这种方式，在所阐述范围之上和之下的轻微变化可以用于实现与这些范围内的值基本相同的结果。此外，这些范围的披露旨在作为包括在最小值与最大值之间的每个值的连续范围。

如在此使用的：

如在此使用的术语“电解质组合物”指的是适合于用作电化学电池中的电解质的化学组合物。

如在此使用的术语“电解质盐”指的是至少部分地可溶于该电解质组合物中并且至少部分地在该电解质组合物中离解成离子以形成导电电解质组合物的离子盐。

术语“阳极”指的是电化学电池的电极，在该电极处发生氧化。在原电池如电池组中，阳极是带负电的电极。在二次(即，可充电的)电池组中，阳极是在放电过程中发生氧化并且在充电过程中发生还原的电极。

术语“阴极”指的是电化学电池的电极，在该电极处发生还原。在原电池如电池组中，阴极是带正电的电极。在二次(即，可充电的)电池组中，阴极是在放电过程中发生还原并且在充电过程中发生氧化的电极。