用于高能量密度的含石墨电池组的电解质

引言

这一节提供与本公开有关的背景信息，其不一定是现有技术。

本公开涉及用于锂离子电化学电池，例如高能量密度的锂离子电池组，和特别是含石墨的锂离子电池组的电解质。

需要高级储能设备和系统以满足各种产品，包括汽车产品，如启停系统（例如12V启停系统）、电池组辅助系统、混合动力汽车（“HEV”）和电动汽车（“EV”）的能量和/或动力要求。典型的锂离子和锂硫电池组包括至少两个电极和电解质和/或隔离件。两个电极之一包括正电活性材料并充当正极或阴极，和另一个电极包括负电活性材料并充当负极或阳极。将各电极连接到集流体（通常金属，如用于负极的铜和用于正极的铝）。可将隔离件和/或电解质安置在负极和正极之间。电解质适于在电极之间传导锂离子并且类似于两个电极，在各种情况下可以是固体和/或液体形式和/或它们的混合形式。在包括固态电极和固态电解质的固态电池组的情况下，固态电解质可物理分隔电极以致不需要独立隔离件。

用于锂离子、锂金属和锂硫电池组的电解质通常包括溶解在有机溶剂中的导电盐。示例性溶剂包括例如环状碳酸酯，如碳酸亚乙酯（EC）和线性碳酸酯（如碳酸甲乙酯（EMC））。示例性导电盐包括例如四氟硼酸锂（LiBF

在某些情况下，生成的化合物，例如氢氟酸（HF）可与正电活性材料反应以导致例如过渡金属溶出。过渡金属溶出可能导致过渡金属离子沉淀在正极上和/或迁移到负极，和在某些方面中沉积在负极上，以造成阴极活性材料损失、容量衰减、破坏固体电解质界面层和/或阻挡锂离子嵌入负极（例如阳极处的阻抗）。因此希望开发可解决这些挑战的用于电化学电池的改进的材料，例如电解质材料及其制造方法。

概述

这一节提供本公开的一般概述并且不是其完整范围或其所有特征的全面公开。

本申请涉及以下内容：

[1].一种用于含石墨的电极的电解质体系，所述电解质体系包含：

大于或等于大约1.0 M至小于或等于大约1.5 M的氟磺酰亚氨基锂（LiN(FSO

小于或等于大约0.5 M的六氟磷酸锂（LiPF

一种或多种溶剂，其包含碳酸亚乙酯（EC），其中电解质体系包含小于或等于大约30重量%的碳酸亚乙酯（EC）。

[2].如上述[1]所述的电解质体系，其中所述电解质体系进一步包含一种或多种耐腐蚀添加剂，其选自：二氟(草酸根合)硼酸锂（LiDFOB）、双(草酸根合)硼酸锂（LiBOB）、2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂（lithium 2-trifluoromethyl-4,5-dicyanoimidazolide）（LiTDI）、高氯酸锂（LiClO

[3].如上述[2]所述的电解质体系，其中所述电解质体系包含大于或等于大约1重量%至小于或等于大约5重量%的所述一种或多种耐腐蚀添加剂。

[4].如上述[1]所述的电解质体系，其中所述电解质体系进一步包含一种或多种形成添加剂（formation additive），其选自：氟代碳酸亚乙酯（FEC）、碳酸双(三氟乙基)酯（DFEC）、三氟代碳酸亚丙酯（TFPC）、碳酸亚乙烯酯（VC）、硫酸亚乙酯（DTD）、1,3-丙烯磺酸内酯（PES）、1.3-丙烷磺酸内酯（PS）及其组合，其中所述一种或多种形成添加剂有助于在含石墨的电极的一个或多个表面上形成固体电解质界面层。

[5].如上述[4]所述的电解质体系，其中所述电解质体系包含小于或等于大约10重量%的所述一种或多种形成添加剂。

[6].如上述[1]所述的电解质体系，其中所述电解质体系进一步包含一种或多种稳定剂添加剂，其选自：1,3,2-二氧硫杂环戊烷2,2-二氧化物、1,2-氧硫杂环戊烷2,2-二氧化物、四氢噻吩1,1-二氧化物及其组合。

[7].如上述[6]所述的电解质体系，其中所述电解质体系包含小于或等于大约5重量%的所述一种或多种稳定剂添加剂。

[8].如上述[1]所述的电解质体系，其中所述含石墨的电极具有大于或等于大约4.0 mAh/cm

[9].一种循环锂离子的高能量密度电化学电池，其包括：

电极，其包含含石墨的电活性材料并具有大于或等于大约4.0 mAh/cm

电解质，其包含：

大于或等于大约1.0 M至小于或等于大约1.5 M的氟磺酰亚氨基锂（LiN(FSO

小于或等于大约0.5 M的六氟磷酸锂（LiPF

一种或多种溶剂，其包含碳酸亚乙酯（EC），其中所述电解质包含小于或等于大约30重量%的碳酸亚乙酯（EC）。

[10].如上述[9]所述的电化学电池，其中所述电解质进一步包含一种或多种耐腐蚀添加剂，其选自：二氟(草酸根合)硼酸锂（LiDFOB)、双(草酸根合)硼酸锂（LiBOB)、2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂（LiTDI)、高氯酸锂（LiClO

[11].如上述[10]所述的电化学电池，其中所述电解质包含大于或等于大约1重量%至小于或等于大约5重量%的所述一种或多种耐腐蚀添加剂。

[12].如上述[9]所述的电化学电池，其中所述电解质进一步包含一种或多种形成添加剂，其选自：氟代碳酸亚乙酯（FEC）、碳酸双(三氟乙基)酯（DFEC）、三氟代碳酸亚丙酯（TFPC）、碳酸亚乙烯酯（VC）、硫酸亚乙酯（DTD）、1,3-丙烯磺酸内酯（PES）、1.3-丙烷磺酸内酯（PS）及其组合，其中所述一种或多种形成添加剂有助于在含石墨的电极的一个或多个表面上形成固体电解质界面层。

[13].如上述[12]所述的电化学电池，其中所述电解质包含小于或等于大约10重量%的所述一种或多种形成添加剂。

[14].如上述[9]所述的电化学电池，其中所述电解质进一步包含一种或多种稳定剂添加剂，其选自：1,3,2-二氧硫杂环戊烷2,2-二氧化物、1,2-氧硫杂环戊烷2,2-二氧化物、四氢噻吩1,1-二氧化物及其组合。

[15].如上述[14]所述的电化学电池，其中所述电解质包含小于或等于大约2重量%的所述一种或多种稳定剂添加剂。

[16].一种循环锂离子的高能量密度电化学电池，其包括：

电极，其包含含石墨的电活性材料并具有大于或等于大约4.0 mAh/cm

电解质，其包含：

大于或等于大约1.0 M至小于或等于大约1.5 M的氟磺酰亚氨基锂（LiN(FSO

一种或多种电解质添加剂，其选自：二氟(草酸根合)硼酸锂（LiDFOB）、双(草酸根合)硼酸锂（LiBOB）、2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂（LiTDI）、氟代碳酸亚乙酯（FEC）；碳酸双(三氟乙基)酯（DFEC）；三氟代碳酸亚丙酯（TFPC）；碳酸亚乙烯酯（VC）；硫酸亚乙酯（DTD）；1,3-丙烯磺酸内酯（PES）；1.3-丙烷磺酸内酯（PS）；1,3,2-二氧硫杂环戊烷2,2-二氧化物；1,2-氧硫杂环戊烷2,2-二氧化物；四氢噻吩1,1-二氧化物；及其组合。

[17].如上述[16]所述的电化学电池，其中所述电解质进一步包含：

大于0 M至小于或等于大约0.5 M的六氟磷酸锂（LiPF

一种或多种溶剂，其包含碳酸亚乙酯（EC），其中电解质包含小于或等于大约30重量%的碳酸亚乙酯（EC）。

[18].如上述[16]所述的电化学电池，其中所述电解质包含大于或等于大约1重量%至小于或等于大约5重量%的所述一种或多种电解质添加剂，其选自：二氟(草酸根合)硼酸锂（LiDFOB）、双(草酸根合)硼酸锂（LiBOB）、2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂（LiTDI）、高氯酸锂（LiClO

[19].如上述[16]所述的电化学电池，其中所述电解质包含大于0重量%至小于或等于大约10重量%的所述一种或多种电解质添加剂，其选自：氟代碳酸亚乙酯（FEC）、碳酸双(三氟乙基)酯（DFEC）、三氟代碳酸亚丙酯（TFPC）、碳酸亚乙烯酯（VC）、硫酸亚乙酯（DTD）、1,3-丙烯磺酸内酯（PES）、1.3-丙烷磺酸内酯（PS）及其组合。

[20].如上述[16]所述的电化学电池，其中所述电解质包含大于0重量%至小于或等于大约2重量%的所述一种或多种电解质添加剂，其选自：1,3,2-二氧硫杂环戊烷2,2-二氧化物、1,2-氧硫杂环戊烷2,2-二氧化物、四氢噻吩1,1-二氧化物及其组合。

在各种方面中，本公开提供一种用于含石墨的电极的电解质体系。所述电解质体系包括大于或等于大约1.0 M至小于或等于大约1.5 M的氟磺酰亚氨基锂（LiN(FSO

在一个方面中，所述电解质体系可进一步包括一种或多种耐腐蚀添加剂。所述耐腐蚀添加剂可选自：二氟(草酸根合)硼酸锂（LiDFOB）、双(草酸根合)硼酸锂（LiBOB）、2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂（LiTDI）、高氯酸锂（LiClO

在一个方面中，所述电解质体系包括大于或等于大约1重量%至小于或等于大约5重量%的所述一种或多种耐腐蚀添加剂。

在一个方面中，所述电解质体系可进一步包括一种或多种形成添加剂。所述一种或多种形成添加剂可选自：氟代碳酸亚乙酯（FEC）、碳酸双(三氟乙基)酯（DFEC）、三氟代碳酸亚丙酯（TFPC）、碳酸亚乙烯酯（VC）、硫酸亚乙酯（DTD）、1,3-丙烯磺酸内酯（PES）、1.3-丙烷磺酸内酯（PS）及其组合。所述一种或多种形成添加剂有助于在含石墨的电极的一个或多个表面上形成固体电解质界面层。

在一个方面中，所述电解质体系包括小于或等于大约10重量%的所述一种或多种形成添加剂。

在一个方面中，所述电解质体系进一步包括一种或多种稳定剂添加剂。所述一种或多种稳定剂添加剂可选自：1,3,2-二氧硫杂环戊烷2,2-二氧化物、1,2-氧硫杂环戊烷2,2-二氧化物、四氢噻吩1,1-二氧化物及其组合。

在一个方面中，所述电解质体系包括小于或等于大约5重量%的所述一种或多种稳定剂添加剂。

在各种其它方面中，本公开提供一种循环锂离子的高能量密度电化学电池。所述电化学电池包括电极和电解质。所述电极包括含石墨的电活性材料并具有大于或等于大约4.0 mAh/cm

在一个方面中，所述电解质进一步包括一种或多种耐腐蚀添加剂。所述一种或多种耐腐蚀添加剂可选自：二氟(草酸根合)硼酸锂（LiDFOB)、双(草酸根合)硼酸锂（LiBOB)、2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂（LiTDI)、高氯酸锂（LiClO

在一个方面中，所述电解质包括大于或等于大约1重量%至小于或等于大约5重量%的所述一种或多种耐腐蚀添加剂。

在一个方面中，所述电解质进一步包括一种或多种形成添加剂。所述一种或多种形成添加剂可选自：氟代碳酸亚乙酯（FEC）、碳酸双(三氟乙基)酯（DFEC）、三氟代碳酸亚丙酯（TFPC）、碳酸亚乙烯酯（VC）、硫酸亚乙酯（DTD）、1,3-丙烯磺酸内酯（PES）、1.3-丙烷磺酸内酯（PS）及其组合，其中所述一种或多种形成添加剂有助于在含石墨的电极的一个或多个表面上形成固体电解质界面层。

在一个方面中，所述电解质包括小于或等于大约10重量%的所述一种或多种形成添加剂。

在一个方面中，所述电解质包括一种或多种稳定剂添加剂。所述一种或多种稳定剂添加剂可选自：1,3,2-二氧硫杂环戊烷2,2-二氧化物、1,2-氧硫杂环戊烷2,2-二氧化物、四氢噻吩1,1-二氧化物及其组合。

在一个方面中，所述电解质包括小于或等于大约2重量%的所述一种或多种稳定剂添加剂。

在各种其它方面中，本公开提供一种循环锂离子的高能量密度电化学电池。所述电化学电池包括电极和电解质。所述电极包括含石墨的电活性材料并具有大于或等于大约4.0 mAh/cm

在一个方面中，所述电解质进一步包括大于0 M至小于或等于大约0.5 M的六氟磷酸锂（LiPF

在一个方面中，所述电解质包括大于或等于大约1重量%至小于或等于大约5重量%的所述一种或多种电解质添加剂，其选自：二氟(草酸根合)硼酸锂（LiDFOB）、双(草酸根合)硼酸锂（LiBOB）、2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂（LiTDI）、高氯酸锂（LiClO

在一个方面中，所述电解质包括大于0重量%至小于或等于大约10重量%的所述一种或多种电解质添加剂，其选自：氟代碳酸亚乙酯（FEC）、碳酸双(三氟乙基)酯（DFEC）、三氟代碳酸亚丙酯（TFPC）、碳酸亚乙烯酯（VC）、硫酸亚乙酯（DTD）、1,3-丙烯磺酸内酯（PES）、1.3-丙烷磺酸内酯（PS）及其组合。

在一个方面中，所述电解质包括大于0重量%至小于或等于大约2重量%的一种或多种电解质添加剂，其选自：1,3,2-二氧硫杂环戊烷2,2-二氧化物、1,2-氧硫杂环戊烷2,2-二氧化物、四氢噻吩1,1-二氧化物及其组合。

由本文中提供的描述显而易见其它适用领域。这一概述中的描述和具体实例仅意在举例说明而无意限制本公开的范围。

附图

本文中描述的附图仅用于举例说明所选实施方案而非所有可能的实施方案，并且无意限制本公开的范围。

图1是循环锂离子的示例性电化学电池组的示意图；

图2是具有不同电解质体系的可比较的电化学电池的电导率(mS/cm)的图示；

图3A是具有不同电解质体系的可比较的电化学电池的电压(V) vs 容量(mAh)的图示；

图3B是具有不同电解质体系的可比较的电化学电池的放电容量(mAh) vs 循环数的图示；

图3C是具有不同电解质体系的可比较的电化学电池的电化学阻抗的图示；

图4是具有不同电解质体系的可比较的电化学电池的腐蚀效应的图示；

图5是具有不同电解质添加剂的可比较的电化学电池的腐蚀效应的图示；和

图6是具有不同电解质体系的可比较的电化学电池的容量(mAh/g) vs 循环数的图示。

在附图的几个视图中，相应的附图标记都是指相应的部件。

详述

提供示例性实施方案以使本公开彻底并向本领域技术人员充分传达其范围。阐述了许多具体细节，例如具体组合物、组分、装置和方法的实例，以提供本公开的实施方案的充分理解。本领域技术人员显而易见的是，不需要使用具体细节，示例性实施方案可以具体体现为许多不同的形式，并且它们都不应被解释为限制本公开的范围。在一些示例性实施方案中，没有详细描述公知方法、公知装置结构和公知技术。

本文所用的术语仅为了描述特定的示例性实施方案而无意作为限制。除非上下文清楚地另行指明，本文所用的单数形式“一种”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式。术语“包含”、“包括”、“含有”和“具有”是包容性的，并因此规定了指定要素、元件、组合物、步骤、整数、操作和/或组分的存在，但不排除一种或多种其它要素、整数、步骤、操作、元件、组分和/或其组合的存在或加入。尽管开放性术语“包含”应被理解为用于描述和请求保护本文所述的各种实施方案的非限制性术语，但在某些方面中，该术语可替代性被理解为更限制性和约束性的术语，如“由…组成”或“基本由…组成”。因此，对于列举了组合物、材料、组分、元件、要素、整数、操作和/或工艺步骤的任何给定实施方案，本公开也明确包括由或基本由这些列举的组合物、材料、组分、元件、要素、整数、操作和/或工艺步骤组成的实施方案。在“由…组成”的情况下，该备选实施方案不包括任何附加组合物、材料、组分、元件、要素、整数、操作和/或工艺步骤，而在“基本由…组成”的情况下，这样的实施方案不包括实质影响基本和新颖特征的任何附加组合物、材料、组分、元件、要素、整数、操作和/或工艺步骤，但在实施方案中可包括不会实质影响基本和新颖特征的任何组合物、材料、组分、元件、要素、整数、操作和/或工艺步骤。

本文中描述的任何方法步骤、工艺和操作不应被解释为必定要求它们以所论述或例示的特定顺序实施，除非明确指定为实施顺序。还要理解的是，除非另行指明，可以使用附加或替代的步骤。

当一个组件、元件或层被提到在另一元件或层“上”、“接合”、“连接”或“耦合”到另一元件或层上时，其可能直接在另一组件、元件或层上、直接接合、连接或耦合到另一组件、元件或层上，或可能存在中间元件或层。相反，当一个元件被提到“直接在”另一元件或层上、“直接接合”、“直接连接”或“直接耦合”到另一元件或层上时，可能不存在中间元件或层。用于描述元件之间关系的其它词语应以类似方式解释（例如“之间”vs“直接在...之间”，“相邻”vs“直接相邻”等）。本文所用的术语“和/或”包括一个或多个相关罗列项的任何和所有组合。

尽管在本文中可能使用术语第一、第二、第三等描述各种步骤、元件、组分、区域、层和/或区段，但除非另行指明，这些步骤、元件、组分、区域、层和/或区段不应受这些术语限制。这些术语可能仅用于将一个步骤、元件、组分、区域、层或区段区别于另一步骤、元件、组分、区域、层或区段。除非上下文清楚地指示，如“第一”、“第二”之类的术语和其它序数术语在本文中使用时并不暗示次序或顺序。因此，下文论述的第一步骤、元件、组分、区域、层或区段可以被称为第二步骤、元件、组分、区域、层或区段而不背离示例性实施方案的教导。

为了容易描述，在本文中可能使用空间上或时间上相对的术语，如“前”、“后”、“内”、“外”、“下”、“下方”、“下部”、“上”、“上部”等以描述如附图中所示的一个元件或构件与另一元件或构件的关系。空间上或时间上相对的术语可能旨在包含除附图中描绘的取向外该装置或系统在使用或运行中的不同取向。

在本公开通篇中，数值代表近似测量值或范围界限以包含与给定值的轻微偏差和大致具有所列值的实施方案以及确切具有所列值的实施方案。除了在详述最后提供的实施例中外，本说明书（包括所附权利要求书）中的参数（例如量或条件）的所有数值应被理解为在所有情况下被术语“大约”修饰，无论在该数值前是否实际出现“大约”。“大约”是指指定数值允许一定的轻微不精确（在一定程度上接近该值的精确性；大致或合理地接近该值；几乎）。如果由“大约”提供的不精确性在本领域中不以这种普通含义理解，本文所用的“大约”至少是指可能由测量和使用此类参数的普通方法引起的变动。例如，“大约”可包含小于或等于5%、任选小于或等于4%、任选小于或等于3%、任选小于或等于2%、任选小于或等于1%、任选小于或等于0.5%和在某些方面中，任选小于或等于0.1%的变动。

此外，范围的公开包括在整个范围内的所有值和进一步细分范围的公开，包括对这些范围给出的端点和子范围。

现在参考附图更充分描述示例性实施方案。

典型的锂离子或锂硫电池组通常包括第一电极（如正极或阴极）、相反的第二电极（如负极或阳极）和布置在它们之间的隔离件和/或电解质。通常，在电池包（battery pack）中，电池组或电池可以堆叠或卷绕配置电连接以提高总输出。锂离子和锂硫电池组通过在第一和第二电极之间可逆传送锂离子来工作。例如，锂离子可在电池组充电过程中从正极移向负极并在电池组放电时反向移动。电解质适于传导锂离子并在各种方面中可以是液体、凝胶或固体形式。例如，电化学电池（也称为电池组）20的示例性和示意性图示显示在图1中。尽管图示的实例包括单个正极（例如阴极）24和单个负极（例如阳极）22，但技术人员会认识到，本教导适用于电化学电池的各种其它配置，包括具有一个或多个正极和一个或多个负极以及各种集流体和布置在其一个或多个表面上或附近的电活性层的那些。

电池组20包括负极22、正极24和布置在电极22、24之间的隔离件26。隔离件26提供电极22、24之间的电隔离 - 防止物理接触。隔离件26也提供在锂离子的循环过程中作为锂离子和在某些情况下，相关阴离子的内部通道的最小阻力路径。在各种方面中，隔离件26包含电解质30，其在某些方面中也可存在于负极22和正极24中。

负极集流体32可安置在负极22处或附近，和正极集流体34可安置在正极24处或附近。负极集流体32和正极集流体34分别收集并向和从外电路40传送自由电子。例如，可中断的外电路40和载荷装置42可连接负极22（通过负极集流体32）和正极24（通过正极集流体34）。正极集流体34可以是包含铝或本领域技术人员已知的任何其它适当的导电材料的金属箔、金属栅或网或多孔金属（expanded metal）。负极集流体32可以是包含铜或本领域技术人员已知的任何其它适当的导电材料的金属箔、金属栅或网或多孔金属（expandedmetal）。

电池组20可在放电过程中通过在外电路40关闭（以连接负极22和正极24）时发生的可逆电化学反应生成电流并且负极22含有比正极24相对更大量的锂。正极24和负极22之间的化学势差驱使在负极22处通过反应，例如嵌入锂的氧化生成的电子经由外电路40送往正极24。也在负极22处生成的锂离子同时经由隔离件26中所含的电解质30送往正极24。电子流经外电路40且锂离子穿过含有电解质30的隔离件26迁移以在正极24处形成嵌入的锂。经过外电路40的电流可被利用并导过载荷装置42直至耗尽负极22中的锂且电池组20的容量降低。

电池组20可随时通过将外部电源连向锂离子电池组20来充电或重新供能以逆转在电池组放电过程中发生的电化学反应。外部电源连向电池组20促进在正极24处的反应，例如嵌入锂的非自发氧化以产生电子和锂离子。锂离子穿过隔离件26经由电解质30流回负极22以向负极22补充锂（例如嵌入锂）以供在下一电池组放电事件的过程中使用。因此，一个完整的放电事件接着一个完整的充电事件被视为一个循环，其中锂离子在正极24和负极22之间循环。可用于将电池组20充电的外部电源可随电池组20的尺寸、构造和特定最终用途而变。一些著名和示例性的外部电源包括但不限于通过墙壁插座连接到AC电网的AC-DC转换器和机动车交流发电机。

在许多锂离子电池组配置中，负极集流体32、负极22、隔离件26、正极24和正极集流体34各自作为相对薄层（例如厚度为几微米至零点几毫米或更小）制备并作为以电并联布置连接的层组装以提供合适的电能和能量包（power package）。在各种方面中，电池组20也可包括尽管在此没有描绘但为本领域技术人员已知的各种其它组件。例如，电池组20可包括外壳、垫圈、端盖、极耳、电池组端子和可位于电池组20内，包括位于负极22、正极24和/或隔离件26之间或附近的任何其它常规组件或材料。

如上所述，电池组20的尺寸和形状可随其设计所针对的特定应用而变。电池组驱动车辆和手持消费电子设备例如是两个实例，其中电池组20最可能设计为不同的尺寸、容量和功率输出规格。如果载荷装置42需要，电池组20也可与其它类似的锂离子电池或电池组串联或并联以产生更大的电压输出、能量和功率。相应地，电池组20可以向作为外电路40的一部分的载荷装置42生成电流。载荷装置42可由在电池组20放电时经过外电路40的电流供能。尽管电载荷装置42可以是任何数量已知的电动装置，但若干具体实例包括电动车的发电机、笔记本电脑、平板电脑、移动电话和无绳电动工具或器具。载荷装置42也可以是为了存储电能而将电池组20充电的发电装置。

重新参考图1，正极24、负极22和隔离件26可各自包括能在负极22和正极24之间传导锂离子的电解质溶液或体系30，例如在它们的孔隙内。电解质30可以是包括溶解在有机溶剂或有机溶剂混合物中的一种或多种锂盐的非水液体电解质溶液。例如，在各种方面中，所述一种或多种锂盐可包括氟磺酰亚氨基锂（LiN(FSO

在进一步的变体中，所述一种或多种锂盐可进一步包括例如四氟硼酸锂（LiBF

有机溶剂可包含例如非水溶剂。示例性的非水溶剂包括例如碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸亚丙酯、氟化碳酸酯、氟代碳酸亚乙酯、4-(三氟甲基)-1,3-二氧戊环-2-酮、碳酸亚丙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、碳酸二丙酯、碳酸双(三氟乙基)酯、碳酸双(五氟丙基)酯、碳酸三氟乙酯甲酯、碳酸五氟乙酯甲酯、碳酸三氟乙酯乙酯、碳酸七氟丙酯乙酯、碳酸六氟异丙酯甲酯、碳酸五氟乙酯乙酯、碳酸五氟丁酯甲酯、碳酸五氟丁酯乙酯、二甲氧基乙烷、三乙二醇二甲醚、二甲醚、二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、碳酸二甲基亚乙酯（dimethyl ethylene carbonate）、乙酸乙酯、乙酸三氟乙酯、乙基甲基砜、环丁砜、甲基异丙基砜、丁内酯、乙腈、琥珀腈、2-氰基乙酸甲酯、N,N-二甲基乙酰胺、2,2,2-三氟-N,N-二甲基乙酰胺、二甲基氨基甲酸甲酯和二甲基氨基甲酸2,2,2-三氟乙酯。

可用于电解质30的其它溶剂包括，但不限于，有机硫酸酯、酯、环酯、氟化酯、腈、酰胺、二腈、氟化酰胺、氨基甲酸酯、氟化氨基甲酸酯、氰酯化合物和离子液体，如吡咯烷鎓基离子液体、哌啶鎓基离子液体、咪唑鎓基离子液体、铵基离子液体、鏻基离子液体、环鏻基离子液体和锍基离子液体。在另一些变体中，溶剂可包括一种或多种醚基溶剂。示例性的醚基溶剂包括，但不限于1,3-二氧戊环（“DOL”）、二甲氧基乙烷（“DME”）、四氢呋喃、二(乙二醇)二甲基醚、三(乙二醇)二甲基醚、二乙二醇二甲醚（“DGM”）、部分硅烷化的醚、四(乙二醇)二甲基醚（“TEGDME”）、聚(乙二醇)二甲基醚（“PEGDME”）、碳酸(2,2,2-三氟乙基)酯（“FEMC”）、1,4-二氧杂环己烷、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3,3-五氟丙基醚、2,2,2-三氟乙基-1,1,2,3,3,3-六氟丙基醚、乙基-1,1,2,3,3,3-六氟丙基醚、二氟甲基-2,2,3,3,3-五氟丙基醚、二氟甲基-2,2,3,3-四氟丙基醚、2-氟-1,3-二氧戊环、2,2-二氟-1,3-二氧戊环、2-三氟甲基-1,3-二氧戊环、2,2-双(三氟甲基)-1,3-二氧戊环；4-氟-1,3-二氧戊环和4,5-二氟-1,3-二氧戊环。

如下文的实施例中进一步详述，氟磺酰亚氨基锂（LiN(FSO

在各种方面中，减少电解质30中的碳酸亚乙酯（EC）溶剂的量可减少电池组20中的腐蚀（例如铝溶出）。例如，由于具有较高量的碳酸亚乙酯（EC）的电解质通常具有较高的溶出Al

再进一步，在各种方面中，电解质30可包括一种或多种耐腐蚀添加剂。例如，电解质30可包括选自：二氟(草酸根合)硼酸锂（LiDFOB）、双(草酸根合)硼酸锂（LiBOB）、2-三氟甲基-4,5-二氰基咪唑锂（LiTDI）、高氯酸锂（LiClO

在各种方面中，电解质30可引发在电池组20内的表面上，例如在负极22的一个或多个表面上被动形成固体电解质界面（SEI）保护层。固体电解质界面（SEI）保护层可最大限度减少或避免电解质30和负极22之间的不理想的进一步反应和/或电解质30的进一步消耗，从而改进电池组20的长期耐久性和性能。在某些情况下，碳酸亚乙酯（EC）可用于辅助或引发在含石墨的负极22的一个或多个表面上形成固体电解质界面（SEI）保护层。

在各种方面中，除碳酸亚乙酯（EC）助溶剂外或代替碳酸亚乙酯（EC）助溶剂，电解质30还可包括一种或多种形成添加剂。所述一种或多种形成添加剂可有助于在负极22（例如含石墨的电极）的一个或多个表面上形成固体电解质界面层。例如，所述一种或多种形成添加剂可钝化负极22的一个或多个表面以形成动能屏障（kinetic barrier）。在某些变体中，电解质30可包括选自：氟代碳酸亚乙酯（FEC）、碳酸双(三氟乙基)酯（DFEC）、三氟代碳酸亚丙酯（TFPC）、碳酸亚乙烯酯（VC）、硫酸亚乙酯（DTD）、1,3-丙烯磺酸内酯（PES）、1,3-丙烷磺酸内酯（PS）及其组合的一种或多种形成添加剂。电解质30可包括小于或等于大约10重量%的所述一种或多种形成添加剂。

类似地，在各种方面中，除所述一种或多种形成添加剂和/或碳酸亚乙酯（EC）助溶剂外或替代所述一种或多种形成添加剂和/或碳酸亚乙酯（EC）助溶剂，电解质30可包括一种或多种稳定剂添加剂。所述一种或多种稳定剂添加剂可能有助于稳定固体电解质界面（SEI）保护层，例如通过降低由固体电解质界面（SEI）保护层造成的阻抗。例如，电解质30可包括选自：1,3,2-二氧硫杂环戊烷2,2-二氧化物、1,2-氧硫杂环戊烷2,2-二氧化物、四氢噻吩1,1-二氧化物及其组合的一种或多种稳定剂添加剂。电解质30可包括小于或等于大约10重量%、小于或等于大约5重量%，和在某些方面中，任选小于或等于大约2重量%的所述一种或多种稳定剂添加剂。

在各种方面中，电解质30，例如作为固态电解质，既可充当锂离子的导体，又可充当隔离件，例如隔离件26，以致不需要独立的隔离件组件。但是，在各种其它方面中，隔离件26可以是多微孔聚合物隔离件，包括例如聚烯烃。聚烯烃可以是均聚物（衍生自单一单体成分）或杂聚物（衍生自多于一种单体成分），其可以是直链或支链的。如果杂聚物衍生自两种单体成分，该聚烯烃可呈现任何共聚物链排列，包括嵌段共聚物或无规共聚物的排列。类似地，如果该聚烯烃是衍生自多于两种单体成分的杂聚物，其同样可以是嵌段共聚物或无规共聚物。在某些方面中，聚烯烃可以是聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、或PE和PP的共混物、或PE和/或PP的多层结构化多孔膜。市售聚烯烃多孔膜包括可获自Celgard LLC的CELGARD

当隔离件26是多微孔聚合物隔离件时，其可以是单层或多层层压材料，其可由干法或湿法制造。例如，在某些情况下，聚烯烃单层可形成整个隔离件26。在另一些方面中，隔离件26可以是具有在相反表面之间延伸的大量孔隙的纤维膜并可具有例如小于1毫米的平均厚度。但是，作为另一实例，可以组装类似或不同聚烯烃的多个分立层以形成多微孔聚合物隔离件26。

除了聚烯烃，隔离件26还可包含其它聚合物，例如但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚偏二氟乙烯（PVdF）、聚酰胺（尼龙）、聚氨酯、聚碳酸酯、聚酯、聚醚醚酮（PEEK）、聚醚砜（PES）、聚酰亚胺（PI）、聚酰胺-酰亚胺、聚醚、聚甲醛（例如缩醛）、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚丁烯、聚甲基戊烯、聚烯烃共聚物、丙烯腈-丁二烯苯乙烯共聚物（ABS）、聚苯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚硅氧烷聚合物（例如聚二甲基硅氧烷（PDMS））、聚苯并咪唑（PBI）、聚苯并噁唑（PBO）、聚苯（polyphenylenes）、聚芳醚酮、聚全氟环丁烷、聚偏二氟乙烯共聚物（例如PVdF – 六氟丙烯或(PVdF-HFP)）和聚偏二氟乙烯三元共聚物、聚氟乙烯、液晶聚合物（例如VECTRAN

在某些方面中，隔离件26可进一步包括一个或多个陶瓷涂层和耐热材料涂层。陶瓷涂层和/或耐热材料涂层可布置在隔离件26的一侧或多侧上。形成陶瓷层的材料可选自：氧化铝（Al

再重新参考图1，在各种方面中，负极22包含能够充当锂离子电池组的负端子的锂宿主材料。例如，负极22可包含能够充当电池组20的负端子的锂宿主材料（例如负电活性材料）。在各种方面中，负极22可由许多负电活性材料粒子（未显示）界定。这样的负电活性材料粒子可布置在一个或多个层中以界定负极22的三维结构。电解质30可以例如在电池组装后引入，并包含在负极22的孔隙（未显示）内。例如，负极22可包括许多电解质粒子（未显示）。负极22可具有大约25体积%的孔隙率。

负极22可包括基于锂的负电活性材料，其包含例如锂金属和/或锂合金。在另一些变体中，负极22可包括基于硅的负电活性材料，其包含硅，例如硅合金、氧化硅或其组合，它们可以进一步混合，在某些情况下可进一步与石墨混合。在再一些变体中，负极22可包括碳质阳极形式的负电活性材料，其包含例如一种或多种负电活性材料，如石墨、石墨烯和/或碳纳米管（CNTs）。在进一步的变体中，负极22可包含一种或多种接受锂的负电活性材料，如锂钛氧化物（Li

在各种方面中，负极22中的负电活性材料可任选与一种或多种提供电子导电路径的导电材料和/或至少一种改进负极22的结构完整性的聚合物粘合剂材料掺合。例如，负极22中的负电活性材料可任选与粘合剂，如聚四氟乙烯（PTFE）、羧甲基纤维素钠（CMC）、苯乙烯-丁二烯橡胶（SBR）、聚(偏二氟乙烯)（PVDF）、丁腈橡胶（NBR）、苯乙烯乙烯丁烯苯乙烯共聚物（SEBS）、苯乙烯丁二烯苯乙烯共聚物（SBS）、聚丙烯酸锂（LiPAA）、聚丙烯酸钠（NaPAA）、藻酸钠、藻酸锂、三元乙丙橡胶（EPDM）及其组合掺合。导电材料可包括碳基材料、粉末镍或其它金属粒子，或导电聚合物。碳基材料可包括例如炭黑、石墨、乙炔黑（如KETCHEN

例如，负极22可包括大于或等于大约50重量%至小于或等于大约99重量%，和在某些方面中，任选大于或等于大约50重量%至小于或等于大约95重量%的负电活性材料；大于或等于大约0重量%至小于或等于大约30重量%，和在某些方面中，任选大于或等于大约5重量%至小于或等于大约20重量%的一种或多种导电材料；和大于或等于大约0重量%至小于或等于大约20重量%，和在某些方面中，任选大于或等于大约5重量%至小于或等于大约15重量%的一种或多种粘合剂。

在各种方面中，正极24包含能够在充当电池组20的正端子的同时发生锂嵌脱、合金化和脱合金、或镀板（plating）和剥离的锂基正电活性材料。在各种方面中，正极24可由许多电活性材料粒子（未显示）界定。这样的正电活性材料粒子可布置在一个或多个层中以界定正极24的三维结构。在某些变体中，如上所述，正极24可进一步包括电解质30，例如许多电解质粒子（未显示）。正极24可具有大约25体积%的孔隙率。

在各种方面中，正极24可以是层状氧化物阴极、尖晶石阴极和聚阴离子阴极之一。例如，层状氧化物阴极（例如岩盐层状氧化物）包含选自LiNi

正极24的正电活性材料可任选与一种或多种提供电子导电路径的导电材料和/或至少一种改进正极24的结构完整性的聚合物粘合剂材料掺合。例如，正极24中的正电活性材料可任选与粘合剂，如聚四氟乙烯（PTFE）、羧甲基纤维素钠（CMC）、苯乙烯-丁二烯橡胶（SBR）、聚(偏二氟乙烯)（PVDF）、丁腈橡胶（NBR）、苯乙烯乙烯丁烯苯乙烯共聚物（SEBS）、苯乙烯丁二烯苯乙烯共聚物（SBS）、聚丙烯酸锂（LiPAA）、聚丙烯酸钠（NaPAA）、藻酸钠、藻酸锂、三元乙丙橡胶（EPDM）及其组合掺合。导电材料可包括碳基材料、粉末镍或其它金属粒子，或导电聚合物。碳基材料可包括例如炭黑、石墨、乙炔黑（如KETCHEN

例如，正极24可包括大于或等于大约50重量%至小于或等于大约99重量%，和在某些方面中，任选大于或等于大约50重量%至小于或等于大约95重量%的正电活性材料；大于或等于大约0重量%至小于或等于大约30重量%，和在某些方面中，任选大于或等于大约2重量%至小于或等于大约5重量%的一种或多种导电材料；和大于或等于大约0重量%至小于或等于大约20重量%，和在某些方面中，任选大于或等于大约2重量%至小于或等于大约5重量%的一种或多种粘合剂。

实施例

通过下列非限制性实施例进一步例示本技术的实施方案和特征：

如图2中所示，可以例如在–20℃至25℃的温度下比较具有不同电解质体系的实施例电化学电池的电导率（mS/cm）。图2中的y轴200代表电导率（mS/cm）。

第一实施例电化学电池210可包括第一电解质体系。第一电解质体系可包括1.2 M的锂盐六氟磷酸锂（LiPF

第二实施例电化学电池220可包括第二电解质体系。第二电解质体系可包括0.8 M的锂盐六氟磷酸锂（LiPF

第三实施例电化学电池230可包括第三电解质体系。第三电解质体系可包括0.4 M的锂盐六氟磷酸锂（LiPF

第四实施例电化学电池240可包括第四电解质体系。第四电解质体系可包括1.2 M的锂盐氟磺酰亚氨基锂（LiN(FSO

如图2中所示，包括具有增加量的氟磺酰亚氨基锂（LiN(FSO

如图3A和3B中所示，可以比较具有不同电解质体系的实施例电化学电池的循环性能。例如，在图3A中，y轴300代表电压（V）且x轴301代表容量（mAh）。在图3B中，y轴302代表放电容量（mAh）且x轴303代表循环数。如图3C中所示，可以比较具有不同电解质体系的示例性电化学电池的电化学阻抗，例如电化学阻抗谱（“EIS”）。在图3C中，y轴304代表– Im(Z)/Ohm且x轴305代表Re(Z) Ohm。

第一实施例电化学电池310可包括第一电解质体系。第一电解质体系可包括1.2 M的锂盐六氟磷酸锂（LiPF

第二实施例电化学电池320可包括第二电解质体系。第二电解质体系可包括1.0 M的锂盐六氟磷酸锂（LiPF

第三实施例电化学电池330可包括第三电解质体系。第三电解质体系可包括0.8 M的锂盐六氟磷酸锂（LiPF

第四实施例电化学电池340可包括第四电解质体系。第四电解质体系可包括0.6 M的锂盐六氟磷酸锂（LiPF

第五实施例电化学电池350可包括第五电解质体系。第五电解质体系可包括0.4 M的锂盐六氟磷酸锂（LiPF

第六实施例电化学电池360可包括第六电解质体系。第六电解质体系可包括0.2 M的锂盐六氟磷酸锂（LiPF

第七实施例电化学电池370可包括第七电解质体系。第七电解质体系可包括1.2 M的锂盐氟磺酰亚氨基锂（LiN(FSO

如图3A–3C中所示，包括具有增加量的氟磺酰亚氨基锂（LiN(FSO

更具体地，如概括在下表1中，具有增加量的氟磺酰亚氨基锂（LiN(FSO

如图4中所示，可以比较具有不同电解质体系的实施例电化学电池在不同截止电压下的铝工作电极的漏泄电流。高漏泄电流暗示或指示铝腐蚀。例如，在图4中，y

第一实施例电化学电池410可包括第一电解质体系。第一电解质体系可包括1.2 M的锂盐氟磺酰亚氨基锂（LiN(FSO

第二实施例电化学电池420可包括第二电解质体系。第二电解质体系可包括1.2 M的锂盐氟磺酰亚氨基锂（LiN(FSO

第三实施例电化学电池430可包括第三电解质体系。第三电解质体系可包括1.2 M的锂盐氟磺酰亚氨基锂（LiN(FSO

第四实施例电化学电池440可包括第四电解质体系。第四电解质体系可包括1.2 M的锂盐氟磺酰亚氨基锂（LiN(FSO

如图4中所示，包括具有减少量的溶剂碳酸亚乙酯（EC）的电解质的实施例电化学电池410、420、430、440可具有改进的长期性能。例如，包括具有大约9:1的体积比的助溶剂碳酸甲乙酯（EMC）和碳酸亚乙酯（EC）的第三实施例电化学电池430与包括更大量的助溶剂碳酸亚乙酯（EC）的第一和第二电化学电池410、420相比具有优异的性能。此外，不包括碳酸亚乙酯（EC）的第四实施例电化学电池440与第一和第二电化学电池410、420以及第三电化学电池430相比具有优异的性能。例如，如所示，当减少或除去碳酸亚乙酯（EC）时，铝腐蚀电压极限可从大约4.25 V提高到大约4.4 V。

图5也图解具有不同电解质体系的对比电化学电池在不同截止电压下的铝工作电极的漏泄电流。如上所示，高漏泄电流暗示或指示铝腐蚀。例如，在图5中，y

第一实施例电化学电池510可包括第一电解质体系。第一电解质体系可包括1.2 M的锂盐氟磺酰亚氨基锂（LiN(FSO

第二实施例电化学电池520可包括第二电解质体系。第二电解质体系可包括1.2 M的锂盐氟磺酰亚氨基锂（LiN(FSO

第三实施例电化学电池530可包括第三电解质体系。第三电解质体系可包括1.2 M的锂盐氟磺酰亚氨基锂（LiN(FSO

第四实施例电化学电池540可包括第四电解质体系。第四电解质体系可包括1.2 M的锂盐氟磺酰亚氨基锂（LiN(FSO

如图5中所示，包括具有减少量的溶剂碳酸亚乙酯（EC）和不同添加剂的电解质的实施例电化学电池510、520、530、540可体验到降低的Al腐蚀漏泄电流和改进的长期性能。例如，包括1重量%双(草酸根合)硼酸锂（LiBOB）的实施例电池，如第四实施例电化学电池540可具有大约4.6 V的改进的铝腐蚀电压极限。

如图6中所示，可以比较具有不同电解质体系的实施例电化学电池的循环性能。在图6中，y轴602代表容量（mAh/g）且x轴603代表循环数。

第一实施例电化学电池610可包括第一电解质体系。第一电解质体系可包括1.2 M的锂盐六氟磷酸锂（LiPF

第二实施例电化学电池620可包括第二电解质体系。第二电解质体系可包括1.2 M的锂盐氟磺酰亚氨基锂（LiN(FSO

第三实施例电化学电池630可包括第三电解质体系。第三电解质体系可包括1.2 M的锂盐氟磺酰亚氨基锂（LiN(FSO

第四实施例电化学电池640可包括第四电解质体系。第四电解质体系可包括1.2 M的锂盐氟磺酰亚氨基锂（LiN(FSO

第五实施例电化学电池650可包括第五电解质体系。第五电解质体系可包括1.2 M的锂盐氟磺酰亚氨基锂（LiN(FSO

如图6中所示，包括具有不同电解质添加剂的电解质的实施例电化学电池610、620、630、640、650可具有改进的长期性能。例如，不含碳酸亚乙酯（EC）并包括电解质添加剂二氟(草酸根合)硼酸锂（LiDFOB）和碳酸双(三氟乙基)酯（DFEC）的第三实施例电化学电池630与包括助溶剂碳酸亚乙酯（EC）的第一和第二电化学电池610、620相比具有优异的容量和容量保持率。此外，不包括碳酸亚乙酯（EC）并包括电解质添加剂二氟(草酸根合)硼酸锂（LiDFOB）和氟代碳酸亚乙酯（FEC）的第四实施例电化学电池640与第一和第二电化学电池610、620以及第三电化学电池630相比具有优异的电导率。再进一步，不包括碳酸亚乙酯（EC）并包括电解质添加剂氟代碳酸亚乙酯（FEC）、碳酸亚乙烯酯（VC）、硫酸亚乙酯（DTD）和二氟(草酸根合)硼酸锂（LiDFOB）的第五实施例电化学电池650与第一和第二电化学电池610、620以及第三和第四电化学电池630、640相比具有优异的电导率。

更具体地，如概括在下表2中，包含氟磺酰亚氨基锂（LiN(FSO

为了举例说明提供实施方案的上述描述。其无意穷举或限制本公开。一个特定实施方案的各元素或要素通常不限于该特定实施方案，而是如果适用，可互换并可用于所选实施方案，即使没有明确展示或描述。其也可以许多方式改变。这样的变动不应被视为背离本公开，和所有这样的修改旨在包含在本公开的范围内。