用于可再充电锂电池的电解质和包括其的可再充电锂电池的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明的实施方式的方面涉及用于可再充电锂电池的电解质和包括其的可再充 电锂电池。
【背景技术】
[0002] 较小和较轻重量便携式电子装置的近来发展已产生了对于作为用于这样的装置 的电源的高能电池的需求。
[0003] 可再充电锂电池典型地通过将电解质注入电极组件中而制造，所述电极组件包括 包含能够嵌入/脱嵌锂离子的正极活性物质的正极和包含能够嵌入/脱嵌锂离子的负极活 性物质的负极。
[0004] 电解质典型地包括其中溶解有锂盐的有机溶剂。电解质提供稳定性和使得实现可 再充电锂电池的性能。
[0005] 电解质的引燃和燃烧可由气态的自由基链反应引起。因此，可向电解质添加自熄 性物质。自熄性物质与由燃烧反应产生的活性自由基（· Η和· 0H)反应并抑制（或减少） 自由基链反应，从而为电解质提供改善的阻燃性。然而，虽然自熄性物质可改善电解质的阻 燃性，但其也可使电池性能恶化。
【发明内容】
[0006] 在一个实施方式中，用于可再充电锂电池的电解质可促进可再充电锂电池的改善 的性能和安全性。
[0007] 在另一实施方式中，可再充电锂电池包括所述电解质。
[0008] 在一个实施方式中，用于可再充电锂电池的电解质包括：锂盐；有机溶剂，其包括 由化学式1表示的含硫化合物和氟烷基醚；和添加剂，其包括由化学式3表示的磷腈化合 物。
[0009] 化学式1
[0011] 在化学式1中，R1-!?8各自独立地为氢原子、取代或未取代的C1-C30烷基、取代或 未取代的C2-C30烯基、取代或未取代的C2-C30炔基、取代或未取代的C3-C30环烷基、取代 或未取代的C3-C30环烯基、取代或未取代的C6-C30环炔基、或者取代或未取代的C6-C30 芳基。
[0012] 化学式3
[0013]
[0014] 在化学式3中，f-X5各自独立地为卤素或含卤素的基团。
[0015] 此外，Z为NR9R1Q或0R11，其中R 9和R10各自独立地取代或未取代的C1-C30烷基、取 代或未取代的C2-C30烯基、取代或未取代的C2-C30炔基、取代或未取代的C3-C30环烷基、 取代或未取代的C3-C30环烯基、取代或未取代的C1-C30卤代烷基、取代或未取代的C6-C30 芳基、取代或未取代的C6-C30卤代芳基、取代或未取代的C7-C20芳烷基、取代或未取代的 C1-C20杂烷基、取代或未取代的C2-C30杂环烷基、取代或未取代的C2-C30杂芳基、或者取 代或未取代的C1-C20醛基，且R11为取代或未取代的C1-C30烷基。
[0016] 在一些实施方式中，在化学式1中，R1-!?8可各自独立地为氢原子或者取代或未取 代的C1-C30烷基。
[0017] 基于所述有机溶剂的总量，化学式1的含硫化合物可以约1体积％ -约20体积％ 的量存在。
[0018] 所述氟烷基醚可由化学式2表示。
[0019] 化学式2
[0021] 在化学式2中，R12和R 13各自独立地为被至少一个氟原子取代的C1-C10烷基。
[0022] 在一些实施方式中，R12和R13可各自独立地为被3-12个氟原子取代的C1-C6烷基。 在一些实施方式中，R12和R13可各自独立地为被4-12个氟原子取代的C1-C6烷基。在一些 实施方式中，R12和R 13可各自独立地为被5-12个氟原子取代的C1-C6烷基。
[0023] 在一些实施方式中，所述C1-C10烷基可为直链C1-C10烷基。
[0024] 基于所述有机溶剂的总量，所述氟烷基醚可以约1体积％ -约40体积％的量存 在。
[0025] 在化学式3中，Χ^Χ5的至少一个可为卤素。在一些实施方式中，Χ^Χ5各自独立地 为卤素，和在一些实施方式中，χ1-^各自独立地为氟原子。
[0026] 在一些实施方式中，在化学式3中，Ζ可为NR%'其中R9和Rw各自独立地为取代 或未取代的C1-C30烷基或者取代或未取代的C3-C30环烷基。
[0027] 在一些实施方式中，Z可为0R11，其中R11为取代或未取代的C1-C30烷基。
[0028] 在一些实施方式中，Z可为0R11，其中R11为取代或未取代的C1-C5烷基。
[0029] 化学式3的磷腈化合物可由任意下列化学式4-6表示。
[0030] 化学式4
[0031]
[0036] 基于100重量份的所述有机溶剂，所述磷腈化合物可以约1重量份-约20重量份 的量存在。
[0037] 所述有机溶剂可进一步包括基于碳酸酯的化合物例如碳酸二乙酯（DEC)、碳酸二 丙酯（DPC)、碳酸甲丙酯（MPC)、碳酸乙丙酯（EPC)、碳酸乙甲酯（EMC)、碳酸亚乙酯（EC)、碳 酸亚丙酯（PC)、碳酸亚丁酯（BC)、或其组合。
[0038] 所述添加剂可进一步包括碳酸氟代亚乙酯、碳酸乙烯基亚乙酯、丙磺酸内酯、琥珀 腈、己二腈、LiBF4、或其组合。
[0039] 所述电解质可具有小于或等于约8cP的粘度。
[0040] 所述电解质可具有大于或等于约5mS/cm的离子电导率。
[0041] 在一些实施方式中，可再充电锂电池包括正极、负极、隔板、和所述电解质。
[0042] 其它变型包括在下列详细描述中。
[0043] 根据本发明的实施方式，可实现具有改善的性能和安全性的可再充电锂电池。
【附图说明】
[0044] 图1为根据实施方式的可再充电锂电池的横截面透视图。
[0045] 图2为比较根据实施例1和对比例2-7制备的可再充电锂电池单元（cell)的循 环寿命特性的图。
【具体实施方式】
[0046] 在下文中，描述一些示例性实施方式。然而，这些实施方式是示例性的，且本公开 内容不限于此。如本领域技术人员将认识到的，所描述的实施方式可以多种不同的方式修 改，所有修改都不背离本发明的精神或范围。因此，附图和描述将被认为在本质上是说明性 的且不是限制性的。
[0047] 如本文中使用的，与要素列表一起使用的术语"和/或"包括该列表上的要素的一 个或多个的任何和全部组合。表述例如"的至少一种（个）"和"之一"当在要素列表之前 或之后时，修饰整个要素列表且不修饰所述列表的单个要素。此外，当描述本发明的实施方 式时"可"的使用指的是"本发明的一个或多个实施方式"。
[0048] 如本文中使用的，当未另外提供定义时，术语"取代的"指的是其中至少一个氢原 子被如下的至少一个代替的化合物或基团：卤素（例如，F、Br、Cl或I)、羟基、烷氧基、硝基、 氛基、氣基、置氣基、脉基、餅基、腺基、幾基、氣基甲醜基、硫醇基、醋基、駿基或其盐、横酸基 或其盐、磷酸基或其盐、C1-C20烷基、C2-C20烯基、C2-C20炔基、C6-C30芳基、C7-C30芳烷 基、C1-C4烷氧基、C1-C20杂烷基、C3-C20杂芳烷基、C3-C30环烷基、C3-C15环烯基、C6-C15 环炔基、C2-C20杂环烷基、及其组合。
[0049] 如本文中使用的，当未另外提供定义时，术语'杂'指的是包括选自N、0、S和P的 1-3个杂原子作为环原子或主链原子的化合物或官能团。
[0050] 根据一些实施方式的用于可再充电锂电池的电解质包括锂盐、有机溶剂和添加 剂。
[0051] 所述有机溶剂可包括含硫化合物和氟烷基醚。
[0052] 所述含硫化合物可由化学式1表示。
[0053] 化学式1
[0055] 在化学式1中，R1-!?8各自独立地为氢原子、取代或未取代的C1-C30烷基、取代或 未取代的C2-C30烯基、取代或未取代的C2-C30炔基、取代或未取代的C3-C30环烷基、取代 或未取代的C3-C30环烯基、取代或未取代的C6-C30环炔基、或者取代或未取代的C6-C30 芳基。
[0056] 由化学式1表示的含硫化合物可降低所述电解质的蒸气压，和作为高电压添加剂 可促进氧化安全性。当在所述电解质中包括所述含硫化合物时，所述含硫化合物可降低锂 的配位数，且因此可提高离子电导率。因此，由于所述含硫化合物可影响锂迀移率，因此电 池倍率性能可得以改善。
[0057] 在化学式1的含硫化合物中，R1-!?8可各自独立地为氢原子或者取代或未取代的 C1-C30烷基。在一些实施方式中，R1-!?8可各自为氢原子，且所述含硫化合物可为环丁砜。
[0058] 基于所述有机溶剂的总量，可以约1体积％ -约20体积％、和在一些实施方式中 约1体积％ -约15体积％、约1体积％ -约10体积％、或约1体积％ -约5体积％的量包 括所述含硫化合物（或者所述含硫化合物可以所述量存在）。当在这些范围的任一个内包 括所述含硫化合物时，所述电解质的闪点可得以提高，且因此阻燃性可得以改善。另外，离 子电导率也可得以提高，因此改善所述可再充电锂电池的性能。
[0059] 在一些实施方式中，所述氟烷基醚包括具有至少一个C-F键的氟烷基。由于与C-C 键相比，C-F键具有更高的键强度且在热力学上更稳定，因此氟烷基可具有改善的热稳定性 和电化学稳定性。因此，当所述氟烷基醚连同所述含硫化合物一起被包括在所述电解质中 时，阻燃性和电池稳定性可得以改善。而且，当所述氟烷基醚与其它有机溶剂混合时，所述 氟烷基醚具有良好的与其它有机溶剂的混溶性。
[0060] 在一些实施方式中，所述氟烷基醚可由化学式2表示。
[0061] 化学式2
[0063] 在化学式2中，R12和R 13各自独立地为被至少一个氟原子取代的C1-C10烷基。
[0064] 在一些实