用于电池组的电解质组合物的制作方法

用于电池组的电解质组合物
1.引言本公开大体上涉及用于电池组的电解质组合物。
2.电池组电池可包括阳极、阴极、电解质组合物和隔膜。电池组电池可以充电模式运行，接收电能。电池组电池可以放电模式运行，提供电能。电池组电池可通过充电和放电循环运行，其中该电池组首先接收和储存电能，并随后向连接的系统提供电能。在利用电能以提供原动力的车辆中，车辆的电池组电池可以充电，随后该车辆可以行驶一段时间，利用储存的电能产生动力。
3.电池组电池包括在阳极与阴极之间提供锂离子传导路径的电解质组合物。该电解质是离子导体。该电解质附加地是电子绝缘材料。
4.混合动力电动和全电动（通常为“电驱动”）动力总成采用各种架构，其中一些利用电池组系统为一个或多个电动牵引电动机供电。
5.发明概述本技术涉及以下内容：[1]．用于电池组的电解质组合物，所述电解质组合物包含：在碳酸酯基溶液中的锂盐；和基于100重量份的电解质组合物计以0.1重量份至5重量份的量存在于所述电解质组合物中的二氟(草酸根合)硼酸锂。
[0006]
[2]．如上述[1]所述的电解质组合物，其中所述二氟(草酸根合)硼酸锂基于100重量份的电解质组合物计以0.5重量份至1.5重量份的量存在于所述电解质组合物中。
[0007]
[3]．如上述[1]所述的电解质组合物，其中所述二氟(草酸根合)硼酸锂基于100重量份的电解质组合物计以1重量份的量存在于所述电解质组合物中。
[0008]
[4]．如上述[2]所述的电解质组合物，进一步包含：基于100重量份的电解质组合物计以1重量份至10重量份的量存在于所述电解质组合物中的氟代碳酸亚乙酯；和基于100重量份的电解质组合物计以1重量份至10重量份的量存在于所述电解质组合物中的碳酸亚乙烯酯。
[0009]
[5]．如上述[2]所述的电解质组合物，进一步包含：基于100重量份的电解质组合物计以2重量份的量存在于所述电解质组合物中的氟代碳酸亚乙酯；和基于100重量份的电解质组合物计以1重量份的量存在于所述电解质组合物中的碳酸亚乙烯酯。
[0010]
[6]．如上述[1]所述的电解质组合物，其中所述锂盐包括以每1升碳酸酯基溶液1摩尔的量存在的六氟磷酸锂。
[0011]
[7]．如上述[1]所述的电解质组合物，其中所述锂盐选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双(三氟甲磺酰基)亚胺锂、双(草酸根合)硼酸锂和高氯酸锂；并且其中所述锂盐以每1升碳酸酯基溶液0.5摩尔至1.5摩尔的量存在。
[0012]
[8]．如上述[1]所述的电解质组合物，其中所述碳酸酯基溶液包含以3份碳酸亚乙酯对7份碳酸二甲酯的比率存在的碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯。
[0013]
[9]．如上述[1]所述的电解质组合物，其中所述碳酸酯基溶液包含选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯的两种溶剂；且其中两种溶剂以1:9至9:1的混合比存在。
[0014]
[10]．如上述[1]所述的电解质组合物，其中所述二氟(草酸根合)硼酸锂基于100重量份的电解质组合物计以0.5重量份至1.5重量份的量存在于所述电解质组合物中;其中所述锂盐包括以每1升碳酸酯基溶液0.5摩尔至2摩尔的量存在的六氟磷酸锂；且其中所述碳酸酯基溶液包含以2份碳酸亚乙酯对8份碳酸二甲酯至5份碳酸亚乙酯对5份碳酸二甲酯的比率存在的碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯。
[0015]
[11]．如上述[1]所述的电解质组合物，其中所述二氟(草酸根合)硼酸锂基于100重量份的电解质组合物计以0.5重量份至1.5重量份的量存在于所述电解质组合物中；其中所述锂盐包括以每1升碳酸酯基溶液0.5摩尔至2摩尔的量存在的六氟磷酸锂；且其中所述碳酸酯基溶液包含以2份碳酸亚乙酯对8份碳酸二甲酯至5份碳酸亚乙酯对5份碳酸二甲酯的比率存在的碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯；且其中所述电解质组合物进一步包含：基于100重量份的电解质组合物计以1重量份至5重量份的量存在于所述电解质组合物中的氟代碳酸亚乙酯；和基于100重量份的电解质组合物计以1重量份至5重量份的量存在于所述电解质组合物中的碳酸亚乙烯酯。
[0016]
[12]．电池组，其包括：阳极；阴极；和电解质组合物，其包含：在碳酸酯基溶液中的锂盐；和基于100重量份的电解质组合物计以0.1重量份至5重量份的量存在于所述电解质组合物中的二氟(草酸根合)硼酸锂。
[0017]
[13]．如上述[12]所述的电池组，其中所述阳极是硅基阳极。
[0018]
[14]．如上述[13]所述的电池组，其中所述硅基阳极包括选自硅、一氧化硅、si/c和li
x
sio，以及与石墨共混的硅的材料。
[0019]
[15]．如上述[12]所述的电池组，其中所述阴极是镍基阴极。
[0020]
[16]．如上述[15]所述的电池组，其中所述镍基阴极是一种混合物，其包含：选自镍-钴-锰-铝混合物、镍-锰-钴混合物和镍-钴-铝混合物的材料；和选自橄榄石limn
x
fe1−
x
po4、锂-铁-磷酸盐和锂锰(iii,iv)氧化物的材料。
[0021]
[17]．如上述[12]所述的电池组，其中所述二氟(草酸根合)硼酸锂基于100重量份的电解质组合物计以0.5重量份至1.5重量份的量存在于所述电解质组合物中；其中所述锂盐包括以每1升碳酸酯基溶液0.5摩尔至2摩尔的量存在的六氟磷酸
锂；且其中所述碳酸酯基溶液包含以2份碳酸亚乙酯对8份碳酸二甲酯至5份碳酸亚乙酯对5份碳酸二甲酯的比率存在的碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯。
[0022]
[18]．如上述[12]所述的电池组，其中所述二氟(草酸根合)硼酸锂基于100重量份的电解质组合物计以0.5重量份至1.5重量份的量存在于所述电解质组合物中；其中所述锂盐包括以每1升碳酸酯基溶液0.5摩尔至2摩尔的量存在的六氟磷酸锂；且其中所述碳酸酯基溶液包含以2份碳酸亚乙酯对8份碳酸二甲酯至5份碳酸亚乙酯对5份碳酸二甲酯的比率存在的碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯；且其中所述电解质组合物进一步包含：基于100重量份的电解质组合物计以1重量份至5重量份的量存在于所述电解质组合物中的氟代碳酸亚乙酯；和基于100重量份的电解质组合物计以1重量份至5重量份的量存在于所述电解质组合物中的碳酸亚乙烯酯。
[0023]
[19]．一种设备，包括：输出组件；和配置为向所述设备提供电能的电池组，所述电池组包括：阳极；阴极；和电解质组合物，其包含：在碳酸酯基溶液中的锂盐；和基于100重量份的电解质组合物计以0.1重量份至5重量份的量存在于所述电解质组合物中的二氟(草酸根合)硼酸锂。
[0024]
[20]．如上述[19]所述的设备，其中所述二氟(草酸根合)硼酸锂基于100重量份的电解质组合物计以0.5重量份至1.5重量份的量存在于所述电解质组合物中；其中所述锂盐包括以每1升碳酸酯基溶液0.5摩尔至2摩尔的量存在的六氟磷酸锂；且其中所述碳酸酯基溶液包含以2份碳酸亚乙酯对8份碳酸二甲酯至5份碳酸亚乙酯对5份碳酸二甲酯的比率存在的碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯。
[0025]
提供了用于电池组的电解质组合物。该电解质组合物包括在碳酸酯基溶液中的锂盐。该电解质溶液进一步包括基于100重量份的电解质组合物计以0.1重量份至5重量份的量存在于该电解质组合物中的二氟(草酸根合)硼酸锂。
[0026]
在一些实施方案中，该二氟(草酸根合)硼酸锂基于100重量份的电解质组合物计以0.5重量份至1.5重量份的量存在于该电解质组合物中。
[0027]
在一些实施方案中，该二氟(草酸根合)硼酸锂基于100重量份的电解质组合物计以1重量份的量存在于该电解质组合物中。
[0028]
在一些实施方案中，该电解质组合物进一步包括基于100重量份的电解质组合物计以1重量份至10重量份的量存在于该电解质组合物中的氟代碳酸亚乙酯。该电解质组合物进一步包括基于100重量份的电解质组合物计以1重量份至10重量份的量存在于该电解
质组合物中的碳酸亚乙烯酯。
[0029]
在一些实施方案中，该电解质组合物进一步包括基于100重量份的电解质组合物计以2重量份的量存在于该电解质组合物中的氟代碳酸亚乙酯。该电解质组合物进一步包括基于100重量份的电解质组合物计以1重量份的量存在于该电解质组合物中的碳酸亚乙烯酯。
[0030]
在一些实施方案中，该锂盐包括以每1升碳酸酯基溶液1摩尔的量存在的六氟磷酸锂。
[0031]
在一些实施方案中，该锂盐选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双(三氟甲磺酰基)亚胺锂、双(草酸根合)硼酸锂和高氯酸锂。该锂盐以每1升碳酸酯基溶液0.5摩尔至1.5摩尔的量存在。
[0032]
在一些实施方案中，该碳酸酯基溶液包括以3份碳酸亚乙酯对7份碳酸二甲酯的比率存在的碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯。
[0033]
在一些实施方案中，该碳酸酯基溶液包括选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯的两种溶剂。这两种溶剂以1:9至9:1的混合比存在。
[0034]
在一些实施方案中，该二氟(草酸根合)硼酸锂基于100重量份的电解质组合物计以0.5重量份至1.5重量份的量存在于该电解质组合物中。该锂盐包括以每1升碳酸酯基溶液0.5摩尔至2摩尔的量存在的六氟磷酸锂。该碳酸酯基溶液包括以2份碳酸亚乙酯对8份碳酸二甲酯至5份碳酸亚乙酯对5份碳酸二甲酯的比率存在的碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯。
[0035]
在一些实施方案中，该二氟(草酸根合)硼酸锂基于100重量份的电解质组合物计以0.5重量份至1.5重量份的量存在于该电解质组合物中。该锂盐包括以每1升碳酸酯基溶液0.5摩尔至2摩尔的量存在的六氟磷酸锂。该碳酸酯基溶液包括以2份碳酸亚乙酯对8份碳酸二甲酯至5份碳酸亚乙酯对5份碳酸二甲酯的比率存在的碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯。该电解质组合物进一步包括基于100重量份的电解质组合物计以1重量份至5重量份的量存在于该电解质组合物中的氟代碳酸亚乙酯。该电解质组合物进一步包括基于100重量份的电解质组合物计以1重量份至5重量份的量存在于该电解质组合物中的碳酸亚乙烯酯。
[0036]
根据一个替代实施方案，提供了一种电池组。该电池组包括阳极、阴极和电解质组合物。该电解质组合物包括在碳酸酯基溶液中的锂盐。该电解质溶液进一步包括基于100重量份的电解质组合物计以0.1重量份至5重量份的量存在于该电解质组合物中的二氟(草酸根合)硼酸锂。
[0037]
在一些实施方案中，该阳极是硅基阳极。
[0038]
在一些实施方案中，该硅基阳极包括选自硅、一氧化硅、si/c和li
x
sio，以及与石墨共混的硅的材料。
[0039]
在一些实施方案中，该阴极是镍基阴极。
[0040]
在一些实施方案中，该镍基阴极是包括选自镍-钴-锰-铝混合物、镍-锰-钴混合物和镍-钴-铝混合物的材料的混合物。该混合物进一步包括选自橄榄石limn
x
fe
1-x
po4、锂-铁-磷酸盐和锂锰(iii,iv)氧化物的材料。
[0041]
在一些实施方案中，该二氟(草酸根合)硼酸锂基于100重量份的电解质组合物计以0.5重量份至1.5重量份的量存在于该电解质组合物中。该锂盐包括以每1升碳酸酯基溶液0.5摩尔至2摩尔的量存在的六氟磷酸锂。该碳酸酯基溶液包括以2份碳酸亚乙酯对8份碳
酸二甲酯至5份碳酸亚乙酯对5份碳酸二甲酯的比率存在的碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯。
[0042]
在一些实施方案中，该二氟(草酸根合)硼酸锂基于100重量份的电解质组合物计以0.5重量份至1.5重量份的量存在于该电解质组合物中。该锂盐包括以每1升碳酸酯基溶液0.5摩尔至2摩尔的量存在的六氟磷酸锂。该碳酸酯基溶液包括以2份碳酸亚乙酯对8份碳酸二甲酯至5份碳酸亚乙酯对5份碳酸二甲酯的比率存在的碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯。该电解质组合物进一步包括基于100重量份的电解质组合物计以1重量份至5重量份的量存在于该电解质组合物中的氟代碳酸亚乙酯。该电解质组合物进一步包括基于100重量份的电解质组合物计以1重量份至5重量份的量存在于该电解质组合物中的碳酸亚乙烯酯。
[0043]
根据一个替代实施方案，提供了一种设备。该设备包括输出组件和配置为向该设备提供电能的电池组。该电池组包括阳极、阴极和电解质组合物。该电解质组合物包括在碳酸酯基溶液中的锂盐。该电解质组合物进一步包括基于100重量份的电解质组合物计以0.1重量份至5重量份的量存在于该电解质组合物中的二氟(草酸根合)硼酸锂。
[0044]
在一些实施方案中，该二氟(草酸根合)硼酸锂基于100重量份的电解质组合物计以0.5重量份至1.5重量份的量存在于该电解质组合物中。该锂盐包括以每1升碳酸酯基溶液0.5摩尔至2摩尔的量存在的六氟磷酸锂。该碳酸酯基溶液包括以2份碳酸亚乙酯对8份碳酸二甲酯至5份碳酸亚乙酯对5份碳酸二甲酯的比率存在的碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯。
[0045]
本公开的上述特征和优点及其它特征和优点从结合附图所采取的用于实施本公开的最佳方式的以下详述显而易见。
[0046]
附图概述根据本公开，图1示意性示出了包括公开的电解质组合物的示例性电池组；根据本公开，图2示意性示出了体现为装备有图1的电池组的车辆的示例性设备；根据本公开，图3a是示出了电池组容量与运行循环数之间关系的示例性测试结果的图，通过所述运行循环对多种电解质组合物运行该电池组；根据本公开，图3b是示出了电池组容量保持率与运行循环数之间关系的示例性测试结果的图，通过所述运行循环对多种电解质组合物运行该电池组；根据本公开，图4是示出了电池组容量与运行循环数之间关系的示例性测试结果的图，通过所述运行循环对多种电解质组合物运行该电池组；根据本公开，图5是示出了电池组容量保持率与运行循环数之间关系的示例性测试结果的图，通过所述运行循环对多种电解质组合物运行该电池组；根据本公开，图6是示出了描述三种不同运行状态下具有对照电解质组合物的电池组的电化学阻抗的示例性测试结果的图；根据本公开，图7是示出了描述三种不同运行状态下具有基线电解质组合物的电池组的电化学阻抗的示例性测试结果的图；根据本公开，图8是示出了描述三种不同运行状态下具有包括以1重量%包含的lidfob的对照电解质的电池组的电化学阻抗的示例性测试结果的图；根据本公开，图9是示出了描述用多种电解质组合物运行的电池组的电化学阻抗的示例性测试结果的图；和根据本公开，图10是示出了描述用多种电解质组合物运行的电池组的电化学阻抗的示例性测试结果的图。
[0047]
发明详述在电池组运行过程中，在阳极与电解质组合物之间发生的化学反应导致在阳极上形成固体电解质界面（sei）层。类似地，在阴极与电解质组合物之间发生的化学反应导致在阴极上形成阴极电解质界面（cei）层。sei层与cei层分别在阳极和阴极上以薄膜形式形成。
[0048]
sei层与cei层中提高的稳定性可以分别在阳极和阴极中提供优异的使用寿命或提高的电极容量保持率。
[0049]
用在电池组中的六氟磷酸锂（lipf6）基电解质组合物可以产生反应性物类，如氢氟酸（hf）。hf可以干扰电极的界面结构，并导致电极表面的降解，这可能在电池组的多个运行循环过程中导致容量降低。
[0050]
阴极可以是镍基的，并可包括锰。在该电池组的多个运行循环中，镍和锰可能遭受溶出，或可能从阴极中浸出，由此导致电池组的容量降低。
[0051]
本文中公开的电解质组合物为电池组提供了优异的循环寿命。该电池组可包括硅基阳极和镍基或富镍的阴极。在一个实施方案中，该电解质组合物可包括在碳酸亚乙酯（ec）/碳酸二甲酯（dmc）（3:7）溶液中1摩尔或1m的lipf6。在一个实施方案中，该电解质组合物可通过以1.0重量%进一步包含二氟(草酸根合)硼酸锂（lidfob）来包括优异的循环性能和容量保持率。在另一实施方案中，该电解质可可通过以1.0重量%进一步包含lidfob和通过进一步包含2.0重量%的氟代碳酸亚乙酯（fec）和1.0重量%的碳酸亚乙烯酯（vc）来包括优异的循环性能和容量保持率。
[0052]
该碳酸酯基溶液可以包括以3份碳酸亚乙酯对7份碳酸二甲酯的比率存在的碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯。
[0053]
该电解质组合物可包括基于100重量份的电解质组合物计以1重量份至10重量份的量存在于该电解质组合物中的氟代碳酸亚乙酯。该电解质组合物可以包括基于100重量份的电解质组合物计以1重量份至10重量份的量存在于该电解质组合物中的碳酸亚乙烯酯。
[0054]
该电解质组合物可以包括基于100重量份的电解质组合物计以2重量份的量存在于该电解质组合物中的氟代碳酸亚乙酯。该电解质组合物可以包括基于100重量份的电解质组合物计以1重量份的量存在于该电解质组合物中的碳酸亚乙烯酯。
[0055]
提供了用于电池组的电解质组合物。该电解质组合物包括在碳酸酯基溶液中的锂盐。该电解质溶液进一步包括基于100重量份的电解质组合物计以0.1重量份至5重量份的量存在于该电解质组合物中的二氟(草酸根合)硼酸锂。该二氟(草酸根合)硼酸锂基于100重量份的电解质组合物计可以以1重量份的量存在于该电解质组合物中。该二氟(草酸根合)硼酸锂基于100重量份的电解质组合物计可以以1重量份的量存在于该电解质组合物中。
[0056]
提供了该电解质组合物的许多替代物。在本公开通篇中，3:7溶液中的溶剂ec/dmc可以用各种碳酸酯基溶剂来替代。这些碳酸酯基溶剂可以包括但不限于以下的两种：dmc、碳酸二乙酯（dec）、ec和碳酸亚丙酯（pc）。该电解质可包括1:9至9:1范围内的各种混合比的上述碳酸酯溶剂中的两种的混合物。该电解质组合物可包括各种类型的锂盐。在本公开通篇中，可以用各种锂盐替代1m lipf6。至少一种锂盐可以包括但不限于lipf6、四氟硼酸锂（libf4）、双(三氟甲磺酰基)亚胺锂（litfsi）、双(草酸根合)硼酸锂（libob）和高氯酸锂
（liclo4）。该锂盐在电解质中的浓度可以为0.5m至1.5m不等。在一个实施方案中，公开的电解质组合物可包括但不限于在含有lidfob添加剂的ec/dmc 3:7中的1m lipf6和/或在含有lidfob添加剂的ec/dec 3:7中的1m libf4。
[0057]
该锂盐可以包括以每1升碳酸酯基溶液1摩尔的量存在的六氟磷酸锂。
[0058]
该锂盐可选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双(三氟甲磺酰基)亚胺锂、双(草酸根合)硼酸锂和高氯酸锂。该锂盐可以每1升碳酸酯基溶液0.5摩尔至1.5摩尔的量存在。
[0059]
该碳酸酯基溶液可以包括选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯的两种溶剂。这两种溶剂以1:9至9:1的混合比存在。
[0060]
该二氟(草酸根合)硼酸锂基于100重量份的电解质组合物计可以以0.5重量份至1.5重量份的量存在于该电解质组合物中。该锂盐可以包括以每1升碳酸酯基溶液0.5摩尔至2摩尔的量存在的六氟磷酸锂。该碳酸酯基溶液可以包括以2份碳酸亚乙酯对8份碳酸二甲酯至5份碳酸亚乙酯对5份碳酸二甲酯的比率存在的碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯。
[0061]
该二氟(草酸根合)硼酸锂基于100重量份的电解质组合物计可以以0.5重量份至1.5重量份的量存在于该电解质组合物中。该锂盐可以包括以每1升碳酸酯基溶液0.5摩尔至2摩尔的量存在的六氟磷酸锂。该碳酸酯基溶液可以包括以2份碳酸亚乙酯对8份碳酸二甲酯至5份碳酸亚乙酯对5份碳酸二甲酯的比率存在的碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯。该电解质组合物可以进一步包括基于100重量份的电解质组合物计以1重量份至5重量份的量存在于该电解质组合物中的氟代碳酸亚乙酯。该电解质组合物可以进一步包括基于100重量份的电解质组合物计以1重量份至5重量份的量存在于该电解质组合物中的碳酸亚乙烯酯。
[0062]
公开的电解质组合物可用于多种电池组配置。在一种示例性电池组配置中，该电池组的阳极可包括硅基阳极，例如包括硅（si）和/或一氧化硅（sio）和/或改性si/sio（即碳涂覆的si/sio）或si-碳复合物（si/c）。在另一示例性电池组配置中，该电池组的阴极可包括镍基阳极或富镍阴极，例如包括相对高水平的镍（ni）。在另一示例性电池组配置中，该电池组的阳极可包括硅基阳极，和该电池组的阴极可包括镍基阳极或富镍阴极。在另一示例性电池组配置中，该电池组的阳极可包括si、sio、li
x
sio、si/c或这些材料与石墨的共混物。在另一示例性电池组配置中，该电池组的阴极可包括镍-钴-锰-铝混合物（ncma）、镍-锰-钴混合物（nmc）、镍-钴-铝混合物（nca）、橄榄石limn
x
fe1−
x
po4（lmfp）、锂-铁-磷酸盐混合物（lfp）、锂锰（iii,iv）氧化物（limn2o4或lmo）、或这些材料的共混物。
[0063]
在公开的电解质组合物中包含lidfob包括多种益处。在公开的浓度范围内存在lidfob促进了在阳极和阴极上形成稳定的界面。lidfob可以牺牲性分解并形成稳定的电极/电解质界面（含有无机硼、氟和碳酸盐化合物）。
[0064]
在公开的浓度范围内存在lidfob促进了清除该电解质组合物中的hf，或减少了该电解质组合物中hf的存在。lidfob可以螯合五氟化磷pf5（来自六氟磷酸锂(lipf6)盐），这可以减少hf形成的量。hf会消耗li离子以形成氟化锂（lif），所述氟化锂可以沉积在该电极的表面上。
[0065]
在公开的浓度范围内存在lidfob减少了镍和锰在该阴极中的溶出或迁移。
[0066]
公开的电解质组合物可用于多种电池组，包括但不限于锂离子、锂金属、锂硫/氧电池组。
[0067]
提供了一种电池组。该电池组包括阳极、阴极和电解质组合物。该电解质组合物包
括在碳酸酯基溶液中的锂盐。该电解质溶液进一步包括基于100重量份的电解质组合物计以0.1重量份至5重量份的量存在于该电解质组合物中的二氟(草酸根合)硼酸锂。
[0068]
该阳极可以是硅基阳极。
[0069]
该硅基阳极可以包括选自硅、一氧化硅、si/c和li
x
sio，以及与石墨共混的硅的材料。
[0070]
该阴极可以是镍基阴极。
[0071]
该镍基阴极可以是包括选自镍-钴-锰-铝混合物、镍-锰-钴混合物和镍-钴-铝混合物的材料的混合物。该混合物可以进一步包括选自橄榄石limn
x
fe1−
x
po4、磷酸铁锂和锂锰(iii,iv)氧化物的材料。
[0072]
该二氟(草酸根合)硼酸锂基于100重量份的电解质组合物计可以以0.5重量份至1.5重量份的量存在于该电解质组合物中。该锂盐可以包括以每1升碳酸酯基溶液0.5摩尔至2摩尔的量存在的六氟磷酸锂。该碳酸酯基溶液可以包括以2份碳酸亚乙酯对8份碳酸二甲酯至5份碳酸亚乙酯对5份碳酸二甲酯的比率存在的碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯。
[0073]
该二氟(草酸根合)硼酸锂可以基于100重量份的电解质组合物计以0.5重量份至1.5重量份的量存在于该电解质组合物中。该锂盐可以包括以每1升碳酸酯基溶液0.5摩尔至2摩尔的量存在的六氟磷酸锂。该碳酸酯基溶液可以包括以2份碳酸亚乙酯对8份碳酸二甲酯至5份碳酸亚乙酯对5份碳酸二甲酯的比率存在的碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯。该电解质组合物可以进一步包括基于100重量份的电解质组合物计以1重量份至5重量份的量存在于该电解质组合物中的氟代碳酸亚乙酯。该电解质组合物可以进一步包括基于100重量份的电解质组合物计以1重量份至5重量份的量存在于该电解质组合物中的碳酸亚乙烯酯。
[0074]
提供了一种设备。该设备包括输出组件和配置为向该设备提供电能的电池组。该电池组包括阳极、阴极和电解质组合物。该电解质组合物包括在碳酸酯基溶液中的锂盐。该电解质组合物进一步包括基于100重量份的电解质组合物计以0.1重量份至5重量份的量存在于该电解质组合物中的二氟(草酸根合)硼酸锂。该设备可以为车辆。
[0075]
该二氟(草酸根合)硼酸锂基于100重量份的电解质组合物计可以以0.5重量份至1.5重量份的量存在于该电解质组合物中。该锂盐可以包括以每1升碳酸酯基溶液0.5摩尔至2摩尔的量存在的六氟磷酸锂。该碳酸酯基溶液包括以2份碳酸亚乙酯对8份碳酸二甲酯至5份碳酸亚乙酯对5份碳酸二甲酯的比率存在的碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯。
[0076]
现在参照附图，其中相同的附图标记在多个视图中指代相同的特征，图1示意性示出了示例性电池组电池100，包括阳极110、阴极120、隔膜130和电解质组合物140。该电池组电池100能够在充电循环中将电能转化为储存的化学能，并且该电池组电池100能够在放电循环中将储存的化学能转化为电能。负集流体112显示为连接到阳极110上，且正集流体122显示为连接到阴极120上。隔膜130可用于分隔阳极110与阴极120，并使得离子能够穿过该隔膜130转移。电解质组合物140是液体或凝胶，其在阳极110与阴极120之间提供锂离子传导路径。
[0077]
阳极110可以由硅基物质构成。阴极120可以由镍基物质构成。在一个实施方案中，该阴极120可以由镍锰钴（nmc）物质构成。
[0078]
该电解质组合物140可包括1:1:1组成的ec/dec/emc。该电解质组合物140可包括在碳酸亚乙酯（ec）/碳酸二甲酯（dmc）（3:7）溶液中的1摩尔或1m lipf6。在一个实施方案
中，该电解质组合物可通过以1.0重量%进一步包含二氟(草酸根合)硼酸锂（lidfob）来包括优异的循环性能和容量保持率。在另一实施方案中，该电解质可通过以1.0重量%进一步包含lidfob和通过进一步包含2.0重量%的氟代碳酸亚乙酯（fec）和1.0重量%的碳酸亚乙烯酯（vc）来包括优异的循环性能和容量保持率。
[0079]
该电池组电池100可用于多种应用和动力总成。图2示意性示出了示例性设备200，例如电池组电动车辆（bev），包括包含多个电池组电池100的电池组包210。所述多个电池组电池100可以各种组合连接，例如一部分并联连接和一部分串联连接，以实现以所需电压提供电能的目标。该电池组包210显示为电连接到可用于向车辆200提供动力的电动发电机单元220。该电动发电机单元220可包括输出组件，例如输出轴，其提供可用于向车辆200提供动力的机械能。设想了车辆200的多种变型，且本公开并非意在限于提供的实例。
[0080]
图3a是示出电池组容量与运行循环数之间关系的示例性测试结果的图260，通过所述运行循环对多种电解质组合物运行该电池组。显示了垂直轴264，其以毫安小时为单位描述了电池的容量。显示了水平轴262，其描述了运行循环数。阳极活性组分包括5.5%的sio和94.5%的石墨。阴极活性材料包括ncma（~5.0毫安小时/平方厘米）。阳极与阴极均附加地包括粘合剂和导电填料。曲线270示出了包括在ec/dmc（3:7）中的1m lipf6的对照电解质组合物。曲线280示出了基线电解质，其包括该对照电解质加2重量%的fec和1重量%的vc。曲线290示出了对照电解质加1重量%的lidfob。
[0081]
图3b是示出电池组容量保持率与运行循环数之间关系的示例性测试结果的图300，通过所述运行循环对多种电解质组合物运行该电池组。显示了垂直轴304，其描述了作为原始电池组容量的百分比的电池组容量保持率。显示了水平轴302，其描述了运行循环数。阳极活性组分包括5.5%的sio和94.5%的石墨。阴极活性材料包括ncma（~5.0毫安小时/平方厘米）。阳极与阴极均附加地包括粘合剂和导电填料。曲线310示出了包括在ec/dmc（3:7）中的1m lipf6的对照电解质组合物。曲线320示出了基线电解质，其包括该对照电解质加2重量%的fec和1重量%的vc。曲线330示出了对照电解质加1重量%的lidfob。在曲线330中可以看到电池组容量保持率的显著改善，这显示了由于包含1重量%的lidfob，电池组容量保持率得到了改善。
[0082]
图4是示出电池组容量与运行循环数之间关系的示例性测试结果的图400，通过所述运行循环对多种电解质组合物运行该电池组。显示了垂直轴404，其以毫安小时为单位描述了该电池组的容量。显示了水平轴402，其描述了运行循环数。阳极活性组分包括20%的li
x
sio和80%的石墨。阴极活性材料包括ncma（~5.0毫安小时/平方厘米）。阳极与阴极均附加地包括粘合剂和导电填料。曲线410示出了包括在ec/dmc（3:7）中的1m lipf6的对照电解质组合物。曲线420示出了基线电解质，其包括该对照电解质加2重量%的fec和1重量%的vc。曲线430示出了对照电解质加1重量%的lidfob。在曲线430中可以看到电池组容量保持率的显著改善，这显示了由于包含1重量%的lidfob，电池组容量保持率得到了改善。
[0083]
图5是示出电池组容量保持率与运行循环数之间关系的示例性测试结果的图500，通过所述运行循环对多种电解质组合物运行该电池组。显示了垂直轴504，其描述了作为原始电池组容量的百分比的电池组容量保持率。显示了水平轴502，其描述了运行循环数。阳极活性组分包括20%的li
x
sio和80%的石墨。阴极活性材料包括ncma（~5.0毫安小时/平方厘米）。阳极与阴极均附加地包括粘合剂和导电填料。曲线510示出了包括在ec/dmc（3:7）中的
1m lipf6的对照电解质组合物。曲线520示出了基线电解质，其包括该对照电解质加2重量%的fec和1重量%的vc。曲线530示出了对照电解质加1重量%的lidfob。在曲线530中可以看到电池组容量保持率的显著改善，这显示了由于包含1重量%的lidfob，电池组容量保持率得到了改善。
[0084]
图6是示出了描述三种不同运行状态下采用对照电解质组合物的电池组的电化学阻抗谱（eis）的示例性测试结果的图600。该轴代表奈奎斯特图，其显示了各个电极或电化学电池的复阻抗的虚部的负数（垂直轴604）vs实部（水平轴602）。阳极活性组分包括5.5%的sio和94.5%的石墨。阴极活性材料包括ncma（~5.0毫安小时/平方厘米）。阳极与阴极均附加地包括粘合剂和导电填料。对照电解质组合物包括在ec/dmc（3:7）中的1m lipf6。曲线610示出了在运行中的第一状态或点处的电池组的阻抗，其中该电池组在该电池组的电流容量的1/20
th
下通过3个化成循环运行（c/20，且测试前的电压保持在4.2伏）。曲线620示出了在运行中的第二状态或点处的电池组的阻抗，其中该电池组已经保持在4.2伏下20小时。曲线630示出了在运行中的第三状态或点处的电池组的阻抗，其中该电池组在c/20下通过附加的3个循环在第二状态后运行，且测试前的电压保持在4.2伏。
[0085]
图7是示出了描述三种不同运行状态下采用基线电解质组合物的电池组的eis的示例性测试结果的图700。该轴代表奈奎斯特图，其显示了各个电极或电化学电池的复阻抗的虚部的负数（垂直轴704）vs实部（水平轴702）。阳极活性组分包括5.5%的sio和94.5%的石墨。阴极活性材料包括ncma（~5.0毫安小时/平方厘米）。阳极与阴极均附加地包括粘合剂和导电填料。基线电解质组合物包括在ec/dmc（3:7）中的1m lipf6加2重量%的fec和1重量%的vc。曲线710示出了在运行中的第一状态或点处的电池组的阻抗，其中该电池组在c/20下通过3个化成循环运行，并且测试前的电压保持在4.2伏。曲线720示出了在运行中的第二状态或点处的电池组的阻抗，其中该电池组已经保持在4.2伏下20小时。曲线730示出了在运行中的第三状态或点处的电池组的阻抗，其中该电池在c/20下通过附加的3个循环在第二状态后运行，且测试前的电压保持在4.2伏。
[0086]
图8是示出了描述三种不同运行状态下采用包括1重量%的lidfob的对照电解质的电池组的eis的示例性测试结果的图800。该轴代表奈奎斯特图，其显示了各个电极或电化学电池的复阻抗的虚部的负数（垂直轴804）vs实部（水平轴802）。阳极活性组分包括5.5%的sio和94.5%的石墨。阴极活性材料包括ncma（~5.0毫安小时/平方厘米）。阳极与阴极均附加地包括粘合剂和导电填料。电解质组合物包括在ec/dmc（3:7）中的1m lipf6加1重量%的lidfob。曲线810示出了在运行中的第一状态或点处的电池组的阻抗，其中该电池组在c/20下通过3个化成循环运行，并且测试前的电压保持在4.2伏。曲线820示出了在运行中的第二状态或点处的电池组的阻抗，其中该电池组已经保持在4.2伏下20小时。曲线830示出了在运行中的第三状态或点处的电池组的阻抗，其中该电池组在c/20下通过附加的3个循环在第二状态后运行，且测试前的电压保持在4.2伏。比较图6-8的结果显示了三种不同电解质组合物的类似测试结果，可以看出采用包含1重量%的lidfob的电解质组合物降低了阻抗。
[0087]
图9是示出了描述采用多种电解质组合物运行的电池组的eis的示例性测试结果的图900。该轴代表奈奎斯特图，其显示了各个电极或电化学电池的复阻抗的虚部的负数（垂直轴904）vs实部（水平轴902）。阳极活性组分包括5.5%的sio和94.5%的石墨。阴极活性材料包括ncma（~5.0毫安小时/平方厘米）。阳极与阴极均附加地包括粘合剂和导电填料。该
eis在c/20下在3个化成循环后测得。曲线910示出了包括对照电解质组合物的电池组的阻抗，所述对照电解质组合物包含在ec/dmc（3:7）中的1m lipf6。曲线920示出了包括基线电解质组合物的电池组的阻抗，所述基线电解质组合物包含对照电解质组合物加2重量%的fec和1重量%的vc。曲线930示出了包括对照电解质组合物加1重量%的lidfob的电池组的阻抗。曲线950示出了包括对照电解质组合物加2重量%的fec、1重量%的vc和1重量%的lidfob的电池组的阻抗。比较曲线910、920、930和950的结果，可以看出采用包括2%的fec、1%的vc和1重量%的lidfob的电解质组合物进一步降低了阻抗。
[0088]
图10是示出了描述采用多种电解质组合物运行的电池组的eis的示例性测试结果的图1000。该轴代表奈奎斯特图，其显示了各个电极或电化学电池的复阻抗的虚部的负数（垂直轴1004）vs实部（水平轴1002）。阳极活性组分包括20%的li
x
sio和80%的石墨。阴极活性材料包括ncma（~5.0毫安小时/平方厘米）。阳极与阴极均附加地包括粘合剂和导电填料。该eis在c/20下在3个化成循环后测得。曲线1010示出了包括对照电解质组合物的电池组的阻抗，所述对照电解质组合物包含在ec/dmc（3:7）中的1m lipf6。曲线1020示出了包括基线电解质组合物的电池组的阻抗，所述基线电解质组合物包含对照电解质组合物加2重量%的fec和1重量%的vc。曲线1030示出了包括对照电解质组合物加1重量%的lidfob的电池组的阻抗。曲线1050示出了包括对照电解质组合物加2重量%的fec、1重量%的vc和1重量%的lidfob的电池组的阻抗。比较曲线1010、1020、1030和1050的结果，可以看出采用包括2%的fec、1%的vc和1重量%的lidfob的电解质组合物进一步降低了阻抗。
[0089]
虽然已经详细描述了用于实施本公开的最佳方式，但熟悉本公开所涉及的技术领域的人将认识到用于在所附权利要求范围内实施本公开的各种替代设计和实施方案。

技术特征：
1.用于电池组的电解质组合物，所述电解质组合物包含：在碳酸酯基溶液中的锂盐；和基于100重量份的电解质组合物计以0.1重量份至5重量份的量存在于所述电解质组合物中的二氟(草酸根合)硼酸锂。2.权利要求1的电解质组合物，其中所述二氟(草酸根合)硼酸锂基于100重量份的电解质组合物计以0.5重量份至1.5重量份的量存在于所述电解质组合物中。3.权利要求1的电解质组合物，其中所述二氟(草酸根合)硼酸锂基于100重量份的电解质组合物计以1重量份的量存在于所述电解质组合物中。4.权利要求2的电解质组合物，其进一步包含：基于100重量份的电解质组合物计以1重量份至10重量份的量存在于所述电解质组合物中的氟代碳酸亚乙酯；和基于100重量份的电解质组合物计以1重量份至10重量份的量存在于所述电解质组合物中的碳酸亚乙烯酯。5.权利要求2的电解质组合物，其进一步包含：基于100重量份的电解质组合物计以2重量份的量存在于所述电解质组合物中的氟代碳酸亚乙酯；和基于100重量份的电解质组合物计以1重量份的量存在于所述电解质组合物中的碳酸亚乙烯酯。6.权利要求1的电解质组合物，其中所述锂盐包括以每1升碳酸酯基溶液1摩尔的量存在的六氟磷酸锂。7.权利要求1的电解质组合物，其中所述锂盐选自六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双(三氟甲磺酰基)亚胺锂、双(草酸根合)硼酸锂和高氯酸锂；并且其中所述锂盐以每1升碳酸酯基溶液0.5摩尔至1.5摩尔的量存在。8.权利要求1的电解质组合物，其中所述碳酸酯基溶液包含以3份碳酸亚乙酯对7份碳酸二甲酯的比率存在的碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯。9.权利要求1的电解质组合物，其中所述碳酸酯基溶液包含选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯的两种溶剂；且其中两种溶剂以1:9至9:1的混合比存在。10.电池组，其包括：阳极；阴极；和电解质组合物，其包含：在碳酸酯基溶液中的锂盐；和基于100重量份的电解质组合物计以0.1重量份至5重量份的量存在于所述电解质组合物中的二氟(草酸根合)硼酸锂。

技术总结
提供了用于电池组的电解质组合物。该电解质组合物包括在碳酸酯基溶液中的锂盐和基于100重量份的电解质组合物计以0.1重量份至5重量份的量存在于该电解质组合物中的二氟(草酸根合)硼酸锂。根合)硼酸锂。根合)硼酸锂。


技术研发人员：王传龙 黄晓松
受保护的技术使用者：通用汽车环球科技运作有限责任公司
技术研发日：2022.10.14
技术公布日：2023/7/31