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【专利说明】裡离子电池
[0001] 本专利申请根据35U.S.C. § 119(e)，要求2012年6月1日提交的美国临时申请 61/654, 184的优先权并且要求其权益，所述临时申请出于所有目的W引用方式全文并入作 为本文的一部分。
技术领域
[0002] 本发明设及裡离子电池领域。更具体地，本发明设及一种裡离子电池，所述裡离子 电池包含5V稳定的铺阴极和包含磯酸醋添加剂的非水电解质。
【背景技术】
[0003] 就混合动力电动汽车化EV)和插电式混合动力电动汽车（P肥V)的应用而言，裡离 子电池已十分活跃。4V尖晶石LiMri2〇4和3. 4V橄揽石LWeP〇4阴极两者均已在该方面引起 广泛关注，因为Mn和F。是廉价的并且是环境友好的。另外，与层状氧化物阴极相比，该些阴 极提供更高的倍率特性和更好的安全性。然而，LiMn2〇4和LiFeP〇4阴极两者均由于其低容 量或操作电压而具有有限的能量密度。一种改善能量和功率密度的方式是增加操作电压。 在该方面，5V尖晶石阴极LiMni.gNiu.A已引起了更多关注，该是由于接近5V的几乎平坦的 操作电压和由和Ni 氧化还原对的操作所产生的可令人接受的容量。
[0004] 然而，LiMni.gNi。.A阴极的特征可在于在常规碳酸盐电解质中的次最佳循环性能， 并且该可能是由于循环期间的大晶格应变，该设及在充电-放电过程中形成具有大晶格参 数差的=个立方体相。其它次最佳循环性能的有利因素包括Li,Nii_,0杂质，W及在大约5V 的高操作电压下在阴极表面和碳酸盐电解质之间的腐蚀反应。
[000引 已提出由其它元素诸如Li、A1、Mg、Ti、Cr、Fe、Co、Cu、Zn和Mo部分取代LiMnijNi。.A中的Mn和Ni来改善循环性，如美国专利6, 337, 158 (化kajima);和Liu等人， J. Phys.化em. C13 ;15073-15079,2009中所讨论的。尽管循环性能的改善可通过部分阳离 子取代而在常规碳酸盐电解质中在室温下实现，但是高温循环性能仍然是一个问题，该是 由于传统碳酸盐电解质的固有不稳定性和在升高的温度下加快的分解反应。
[0006] 美国专利申请公布2012/0009485 AUXu等人）描述了可在裡离子电池中与5V级 阴极一起使用的在非水电解质中用作共溶剂、溶质或添加剂的一系列化合物。然而，该些化 合物在裡离子电池中与稳定的铺阴极一起使用没有描述。
[0007] 尽管如上所述的在本领域中的努力，但是仍然需要包含稳定的铺阴极的裡离子电 池，其在高电压（即最高至约5V)下操作并具有改善的在高温下的循环性能。
【发明内容】
[000引在一个实施例中，本文提供了裡离子电池，所述裡离子电池包含：
[0009]a)稳定的铺阴极；
[0010] b)阳极；
[0011] C)位于所述阳极和所述阴极之间的多孔隔板；
[0012] d)非水电解质组合物，所述非水电解质组合物
[0013] 在所述阳极和所述阴极之间提供离子导电路径，
[0014] 其中所述电解质包含：
[0015] (i)溶剂混合物，所述溶剂混合物包含：
[0016] (A)碳酸亚己醋；
[0017] 炬）至少一种共溶剂；W及
[0018] (C)通过下式表示的至少一种磯酸醋添加剂：
[0019]
【主权项】
1. 锂离子电池，包含： a) 稳定的锰阴极； b) 阳极； c) 位于所述阳极和所述阴极之间的多孔隔板； d) 非水电解质组合物，所述非水电解质组合物在所述阳极和所述阴极之间提供离子导 电路径，其中所述电解质包含： (i) 溶剂混合物，所述溶剂混合物包含： ⑷约10重量％至约40重量％的碳酸亚乙酯； (B) 约20重量％至约80重量％的至少一种共溶剂；以及 (C) 约0. 2重量％至约10重量％的至少一种磷酸酯添加剂，所述至少一种磷酸酯添加 剂通过下式表示：
其中&、馬和R3各自独立地为直链或支化的C1至C10烷基或氟代烷基、C3至C10环 烷基、C2至C10醚、其中至少一个氢被氟替代的C2至C10醚，&和R2、RjPR3、或&和R3可 结合以形成环；以及 (ii) 至少一种电解质盐。
2. 根据权利要求1所述的锂离子电池，其中所述共溶剂为含氟羧酸酯，其通过下式表 示：R4-C00-R5，其中&和R5独立地表示烷基基团，R4和R5中碳原子的总和为2至7,R4和/ 或R5中的至少两个氢被氟替代，并且R4或R5两者都不包含FCH2或FCH基团。
3. 根据权利要求2所述的锂离子电池，其中所述含氟羧酸酯选自CH3-C00-CH2CF2H、 ch3ch2-coo-ch2cf2h、f2chch2-coo-ch3、f2chch2-coo-ch2ch3、ch3-coo-ch2ch2cf2h、ch3ch2-coo-ch2ch2cf2h和f2chch2ch2-coo-ch2ch3。
4. 根据权利要求1所述的锂离子电池，其中所述电解质组合物还包含浓度为约0. 5重 量％至约2重量％的4-氟代碳酸亚乙酯。
5. 根据权利要求1所述的锂离子电池，其中所述溶剂混合物包含重量比为约30 : 70 的碳酸亚乙酯和ch3-coo-ch2cf2h或ch3ch2-coo-ch2cf2h以及约1重量％的所述磷酸酯添加 剂。
6. 根据权利要求1所述的锂离子电池，其中所述共溶剂选自碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、 碳酸二乙酯和碳酸亚丙酯。
7. 根据权利要求1所述的锂离子电池，其中所述磷酸酯添加剂选自三（1，1，1，3,3， 3_六氟丙-2-基）磷酸酯、三（2, 2, 2-三氟乙基）磷酸酯、三（2, 2, 3, 3, 3-五氟丙基）磷酸 酯、三（2, 2, 3, 3-四氟丙基）磷酸酯、磷酸三乙酯、磷酸三甲酯、磷酸三丙酯、磷酸三苯酯、磷 酸三异丙酯、三（2,2,3,3,4,4,5,5,6,6-十氟己基）磷酸酯和三（2,2-二氟乙基）磷酸酯。
8. 根据权利要求1所述的锂离子电池，其中所述阳极为钛酸锂或石墨。
9. 根据权利要求1所述的锂离子电池，其中所述稳定的锰阴极包含具有尖晶石结构的 含锂的锰复合氧化物作为活性材料，所述含锂的锰复合氧化物通过下式表示： LixNivMzMn2_y_z04_d， 其中x为0. 03至1. 0;x根据充放电期间锂离子和电子的释放和摄取而变化；y为0. 3 至0.6;]?包含下列中的一种或多种：0冲6、(：〇、1^、41、63、恥、]\1〇、11、21'、]\%、211、￥和(：11 ; z为0.01至0? 18,并且d为0至0.3。
10. 根据权利要求9所述的锂离子电池，其中y为0. 38至0. 48,z为0. 03至0. 12,并 且d为0至0. 1。
11. 根据权利要求9所述的锂离子电池，其中M为Li、Cr、Fe、Co和Ga中的一种或多 种。
12. 电子设备，包含根据权利要求1所述的锂离子电池。
13. 锂离子电池，包含： a) 稳定的锰阴极； b) 阳极； c) 位于所述阳极和所述阴极之间的多孔隔板； d) 非水电解质组合物，所述非水电解质组合物在所述阳极和所述阴极之间提供离子导 电路径， 其中所述电解质包含： (i) 溶剂混合物，所述溶剂混合物包含： (A) 碳酸亚乙酯； (B) 至少一种共溶剂；以及 (C) 通过下式表示的至少一种磷酸酯添加剂：
其中&、馬和R3各自独立地为直链或支化的C1至C10烷基或氟代烷基、C3至C10环 烷基、C2至C10醚、其中至少一个氢被氟替代的C2至C10醚，&和R2、RjPR3、或&和R3可 结合以形成环；以及 (ii) 至少一种电解质盐。
【专利摘要】本文描述了一种锂离子电池，所述锂离子电池具有5V稳定的锰阴极和包含磷酸酯添加剂的非水电解质。锂离子电池以高压阴极(即最高至约5V)操作并且具有改善的在高温下的循环性能。
【IPC分类】H01M10-0525, H01M4-485, H01M10-0567, H01M10-0569, H01M4-505, H01M4-587
【公开号】CN104704657
【申请号】CN201380039925
【发明人】C.J.杜博伊斯, V.A.佩特罗夫, M.G.罗伊洛夫斯
【申请人】纳幕尔杜邦公司
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2013年3月8日
【公告号】EP2856540A1, US20150140444, WO2013180781A1