[发明专利]锂电池和基于有机锗的电解质添加剂作为其中的电解质添加剂的用途

说明书

本发明涉及一种锂电池，其包括包含活性负极材料的负极，包含活性正极材料的正极，所述活性正极材料包含锂镍钴锰氧化物(NCM)，和将负极与正极分开的电解质，其中所述电解质包含溶剂或溶剂混合物和六氟磷酸锂，其中所述电解质还包含基于有机锗的电解质添加剂。而且，本发明还涉及基于有机锗的电解质添加剂在锂电池中用于增强选自可逆容量、库仑效率、循环稳定性的一种特性及其组合的用途。

本发明涉及一种锂电池和基于有机锗的电解质添加剂作为其中的电解质添加剂的用途。

从概念上讲，在电池的运行过程中在电解质中不应有净化学变化，并且所有法拉第过程都应在电极内进行。因此，电解质可被视为电池中的惰性组分，并因此必须对正极表面和负极表面均稳定。电解质的这种电化学稳定性在实际设备中通常以动力学(钝化)而不是热力学方式实现，其对于可充电电池体系特别重要，尽管由于正极和负极的强氧化和强还原性质而难以实现。

因此，锂离子电池的电解质中使用的组分(尤其是溶剂)的基本前提是它们是无水的或更准确地说是质子惰性的；也就是说，溶剂不得含有可与锂和/或其他电池组分反应的活性质子。另外，溶剂在使用温度范围内应为液态。

用于锂离子电池的基于六氟磷酸锂/碳酸酯的常规电解质的缺点尤其在于相对于Li/Li⁺4.5V时的低氧化稳定性。这种电解质仅在此电位以下稳定，而在此范围之外，会发生电解质的氧化分解和正极材料的伴随降解。

锂镍锰钴氧化物，也称为“NMC”或“NCM”(下文将使用“NCM”)，是用于锂离子电池的一种优选的正极活性材料，其具有高的能量密度或高的功率密度。然而，在这种情况下，在4.4V时同样发生电解质的分解和正极材料的降解。结果是循环稳定性低和因此电池寿命低。

本发明的目的在于提供一种具有改进的稳定性的锂电池。

根据本发明，此目的在第一个方面通过根据权利要求1所述的锂电池来实现，在第二个方面通过根据权利要求10所述的在如第一个方面中所定义的锂电池中使用基于有机锗的电解质添加剂来实现。从属权利要求中示出了优选的实施方案。

如果适用，以下定义适用于本发明的所有方面。

锂电池(battery)

根据本发明，术语“锂电池”、“锂离子电池”、“可充电锂离子电池”和“锂离子二次电池”同义地使用。所述术语还包括术语“锂离子蓄电池”和“锂离子电池(cell)”以及所有锂或合金电池。因此，术语“锂电池”用作现有技术中使用的前述术语的通用术语。它既指可充电电池(二次电池)，也指不可充电电池(一次电池)。特别地，就本发明的目的而言，“电池(battery)”还包括单个或唯一的“电化学电池(cell)”。优选地，两个或多于两个这样的电化学电池在“电池”中串联(即，相继地)或并联连接在一起。

电极

根据本发明的电化学电池具有至少两个电极，即正电极(正极)和负电极(负极)。

两个电极各具有至少一种活性材料。这样能够吸收或释放锂离子并同时吸收或释放电子。

术语“正电极”指的是当电池被连接到负载例如连接到电动机时能够接收电子的电极。其为本命名法中的正极。

术语“负电极”指的是在运行过程中能够释放电子的电极。其为本命名法中的负极。

电极包含可用于电极或用在电极中或用在电极上或用作电极的无机材料或无机化合物或物质。在锂离子电池的工作条件下，这些化合物或物质因其化学性质而可接收(嵌入)并也可释放锂离子。在本说明书中，这样的材料被称为“活性正极材料”或“活性负极材料”或通称为“活性材料”。为了在电化学电池或电池中使用，优选将此活性材料施加到支撑物或载体上，优选施加到金属支撑物上，优选地对于正极是铝，或对于负极是铜。该支撑物也被称为“集流体”或集流体膜。

正极(正电极)