電解液以及包含所述電解液的硫基或硒基電池的制作方法
【專利說明】電解液以及包含所述電解液的硫基或砸基電池 相關(guān)申請的交叉引用
[0001] 本申請要求于2014年7月21日提交的美國臨時專利申請序列號62/027,020的 權(quán)益，將其通過引用以其全文并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明涉及鋰電池領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及硫基或硒基電池。
【背景技術(shù)】
[0002] 二次鋰電池或可充式鋰電池常用于許多固定或便攜設(shè)備中，例如在消費電子產(chǎn) 品、汽車和航天航空工業(yè)中遇到的那些。由于包括相對高的能量密度、與其它種類的可充式 電池相比通常不出現(xiàn)任何記憶效應(yīng)、相對低的內(nèi)阻、以及不使用時的低自放電在內(nèi)的多種 原因，鋰類電池已經(jīng)得到普及。在其整個使用壽命期間鋰電池能夠經(jīng)歷重復(fù)的功率循環(huán)，這 使其成為有吸引力和可靠的功率源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]-種電解液的一個實例包含溶劑、鋰鹽、氟化醚和添加劑。該添加劑選自RSXR'，其 中X為3-18,以及R-(SnSeJ-R，其中2<n<8且2<m<8。R和R'各自獨立地選自具 有1個碳至6個碳的直鏈烷基或具有1個碳至6個碳的支鏈烷基。該電解液可適用于硫基 電池或硒基電池。
[0004] 本發(fā)明公開了以下方案。 1. 一種電解液，包含： 溶劑； 鋰鹽： 氟化醚；和 添加劑，其選自RSXR'，其中X為3-18,以及R- (SnSeJ-R，其中2<n<8且2<m<8， 并且其中R和R'各自獨立地選自具有1個碳至6個碳的直鏈或支鏈烷基。 2. 如方案1限定的電解液，其中所述溶劑選自1，3_二氧戊環(huán)、二甲氧基乙烷、和1， 3-二氧戊環(huán)與二甲氧基乙烷的混合物。 3. 如方案1限定的電解液，其中所述氟化醚選自雙（2, 2, 2-三氟乙基）醚 (F3C-CH2-〇-CH2-CF3)和丙基-1，1，2,2-四氣乙基釀（H7C3-〇-CF2-CHF2)。 4. 如方案1限定的電解液，其中所述鋰鹽選自LiN(CF3S02)2(LiTFSI或雙（三氟甲基 磺?；﹣啺蜂嚕?、LiN03、LiPF6、LiBF4、LiC104、LiB(C204)2 (LiB0B)、LiBF2(C204) (LiODFB)、 LiN(S02F) 2 (LiFSI)、LiPF3 (C2F5) 3 (LiFAP)、LiPF4 (CF3) 2、LiPF3 (CF3) 3、LiS03CF3、LiAlCl4、LiI、 LiBr、LiSCN、LiB(C6H5)4、LiAsF6、LiCF3S03、LiPF4(C204) (LiFOP)及其組合。 5. 如方案1限定的電解液，其中所述添加劑是RSXR'，并且其中將RSXR'直接加入到所 述電解液中，且所述RSXR'不是RSSR'的中間體。 6. 一種硫基電池，包含： 負(fù)極； 正極，其包含硫基活性材料； 隔膜，其位于所述負(fù)極和正極之間；以及 電解液，其浸沒每一個所述正極、負(fù)極和隔膜，其中所述電解液包含： 溶劑； 鋰鹽； 氟化醚；和 添加劑，其選自RSXR'，其中X為3-18,以及R- (SnSeJ-R，其中2<n<8和2<m<8， 并且其中R和R'各自獨立地選自具有1個碳至6個碳的直鏈或支鏈烷基。 7. 如方案6限定的硫基電池，其中所述負(fù)極包含硅基活性材料。 8. 如方案6限定的硫基電池，其中所述負(fù)極包含鋰基活性材料。 9. 如方案6限定的硫基電池，其中： 所述溶劑選自1，3-二氧戊環(huán)、二甲氧基乙烷、和1，3-二氧戊環(huán)與二甲氧基乙烷的混合 物； 所述氣化釀選自雙（2,2,2-二氣乙基）釀（?30012-〇-〇1 2-〇?3)和丙基-1，1，2,2-四氣 乙基釀（H7C3-〇-CF2_CHF2);以及 所述鋰鹽選自LiN(CF3S02)2(LiTFSI或雙（三氟甲基磺?；﹣啺蜂嚕?、LiN03、LiPF6、LiBF4、LiC104、LiB(C204) 2 (LiB0B)、LiBF2(C204) (LiODFB)、LiN(S02F)2(LiFSI)、 LiPF3(C2F5)3(LiFAP)、LiPF4(CF3)2、LiPF3(CF3)3、LiS03CF3、LiAlCl4、Lil、LiBr、LiSCN、 LiB(C6H5)4、LiAsF6、LiCF3S03、LiPF4(C204) (LiFOP)及其組合。 10. 如方案6限定的硫基電池，其中所述電解液中的添加劑是RSXR'，并且其中將RSXR' 直接加入到所述電解液中，且所述RSXR'不是RSSR'的中間體。 11. 一種硒基電池，包含： 負(fù)極； 正極，其包含硒基活性材料； 隔膜，其位于所述負(fù)極和正極之間；以及 電解液，其浸沒每一個所述正極、負(fù)極和隔膜，其中所述電解液包含： 溶劑； 鋰鹽； 氟化醚；和 添加劑，其選自RSXR'，其中X為3-18,以及R- (SnSeJ-R，其中2<n<8且2<m<8， 并且其中R和R'各自獨立地選自具有1個碳至6個碳的直鏈或支鏈烷基。 12. 如方案11限定的硒基電池，其中所述負(fù)極包含活性材料，所述活性材料選自石墨、 鋰基活性材料和硅基活性材料。 13. 如方案11限定的硒基電池，其中： 所述溶劑選自1，3-二氧戊環(huán)、二甲氧基乙烷、和1，3-二氧戊環(huán)與二甲氧基乙烷的混合 物； 所述氣化釀選自雙（2,2,2-二氣乙基）釀（?30012-〇-〇1 2-〇?3)和丙基-1，1，2,2-四氣 乙基釀（H7C3-〇-CF2_CHF2);以及 所述鋰鹽選自LiN(CF3S02)2(LiTFSI或雙（三氟甲基磺?；﹣啺蜂嚕?、LiN03、LiPF6、LiBF4、LiC104、LiB(C204) 2 (LiB0B)、LiBF2(C204) (LiODFB)、LiN(S02F)2(LiFSI)、 LiPF3(C2F5)3(LiFAP)、LiPF4(CF3)2、LiPF3(CF3)3、LiS03CF3、LiAlCl4、Lil、LiBr、LiSCN、 LiB(C6H5)4、LiAsF6、LiCF3S03、LiPF4(C204) (LiFOP)及其組合。 14.如方案11限定的硒基電池，其中所述電解液中的添加劑是RSXR'，并且其中將RSXR' 直接加入到所述電解液中，且所述RSXR'不是RSSR'的中間體。
【附圖說明】
[0005] 通過參照下面的詳細(xì)說明和附圖，本公開的實例的特征將會變得顯而易見，其中 相似的附圖標(biāo)記對應(yīng)于相似的、盡管也許不相同的組件。為簡潔起見，具有之前描述過的功 能的附圖標(biāo)記或特征在它們出現(xiàn)在其它附圖時可能或可能不再進(jìn)行說明。
[0006] 圖1是顯示了充放電狀態(tài)的硫基電池的一個實施例的示意性透視圖，該電池包含 根據(jù)本公開的一個實施例的電解液；
[0007] 圖2A是硒基電池的一個實施例的示意圖，該硒基電池包含根據(jù)本公開的一個實 施例的電解液。
[0008] 圖2B圖解了Se和Li2Se的化學(xué)結(jié)構(gòu)；
[0009] 圖3A是圖解含有在本文中公開的電解液的一個實施例的袋裝電池型鋰-硫電池 (pouchcelllithium-sulfurbattery)的一個實施例的第一次循環(huán)的電壓曲線（電壓 (標(biāo)記為"V"的Y-軸）對容量（mAh/g(標(biāo)記為"C"的X-軸））的圖；
[0010] 圖3B是圖解含有在本文中公開的電解液的一個實施例的袋裝電池型鋰-硫電池 的該實施例的歸一化比容量（mAh/g，標(biāo)記為"CN"的Y-軸）對循環(huán)次數(shù)（標(biāo)記為"#"的 X-軸）的圖；
[0011] 圖4是圖解對于含有在本文中公開的電解液的一個實施例的扣式電池型鋰-硫電 池（coincelllithium-sulfurbattery)的一個實施例以及對于包含對比電解液的對比 扣式電池型鋰-硫電池的總?cè)萘浚╩Ah，標(biāo)記為"CT"的Y-軸）對循環(huán)次數(shù)（標(biāo)記為"#"的 X-軸）的圖；
[0012] 圖5A是圖解對于含有在本文中公開的電解液的一個實施例的硅-硫電池的一個 實施例的第一次循環(huán)的電壓曲線（電壓（標(biāo)記為"V"的Y-軸）對容量（mAh/g，標(biāo)記為"C" 的X-軸）的圖；
[0013] 圖5B是圖解對于含有在本文中公開的電解液的一個實施例的硅-硫電池的一個 實施例的歸一化比容量（mAh/g，標(biāo)記為"CN"的左側(cè)Y-軸）對循環(huán)次數(shù)（標(biāo)記為"#"的 X-軸）以及庫倫效率（％，標(biāo)記為" ％ "的右側(cè)Y-軸）對循環(huán)次數(shù)（標(biāo)記為"#"的X-軸） 的圖；和
[0014] 圖6是圖解對于含有在本文中公開的電解液的另一個實施例的硒硫電池的一個 實施例的電壓（標(biāo)記為"V"的Y-軸）對容量（mAh，標(biāo)記為"C"的X-軸）的圖。
【具體實施方式】
[0015] 鋰電池通常通過在負(fù)極（有時稱為陽極）和正極（有時稱為陰極）之間可逆地傳 遞鋰離子來運行。該負(fù)極和正極位于浸有適于傳導(dǎo)鋰離子的電解液的多孔聚合物隔膜的相 對面。每個電極還與各自的集流