本公開涉及用于循環鋰離子的電池組的電解質，并且更特別地涉及包含聚合物、鋰鹽和離子液體的凝膠聚合物電解質。

背景技術：

1、本部分中提供的信息旨在一般性地介紹本公開的背景。當前署名為發明人的工作在本部分中描述的程度下，以及在申請時可能沒有以其它形式確定為現有技術的說明書的方面，均不被明示或暗示地承認為針對本公開的現有技術。

2、循環鋰離子的電池組通常包括正極電極、與正極電極間隔開的負極電極以及在電池組的放電和充電期間在正極和負極電極之間提供鋰離子傳導介質的離子導電電解質。為了提供具有這種電池組的高能量密度、高功率密度和高電壓的電池組，用于負極電極和正極電極的材料應當被選擇為使負極電極和正極電極之間的電化學電勢差最大化。為了有助于維持電池組的循環穩定性，電解質應配制成具有寬的電化學穩定性窗口，以避免在循環期間在電解質與負極和/或正極電極之間發生不期望的化學反應。

技術實現思路

1、根據本公開的一個或多個實施方案，一種循環鋰離子的電池組包括負極電極、與所述負極電極間隔開的正極電極以及設置在所述負極電極和所述正極電極之間且被配置為在所述負極電極與所述正極電極之間提供鋰離子傳導介質的凝膠聚合物電解質。所述正極電極包含被配制為發生鋰嵌入和脫嵌的高電壓電活性材料。所述凝膠聚合物電解質包含脂族聚酯、鋰鹽和離子液體。所述脂族聚酯包含取代或未取代的聚(碳酸亞乙酯)(pec)。所述鋰鹽包含磺酰亞胺鋰、硼酸鋰或其組合。所述離子液體包含基本等摩爾量的陽離子和陰離子。所述陽離子包括鋰(li+)和乙二醇二甲醚的絡合物、咪唑離子、或其組合。所述陰離子包括亞磺酸根離子、硼酸根離子、或其組合。

2、所述取代或未取代的pec可包含由重復的取代或未取代的碳酸亞乙酯單體單元組成的pec均聚物、主要包含重復的取代或未取代的碳酸亞乙酯單體單元的基于pec的共聚物、或其組合。

3、所述脂族聚酯可進一步包含脂族聚碳酸酯、脂族聚內酯或其組合，所述脂族聚碳酸酯包含具有式-o-(c＝o)-o-r1-的主要重復單體單元，其中r1為取代或未取代的二價烴基，所述脂族聚內酯包含具有式-o-(c＝o)-r2-的主要重復單體單元，其中r2為取代或未取代的二價烴基。

4、所述脂族聚酯可進一步包含取代或未取代的聚(碳酸亞丙酯)(ppc)、聚(碳酸三亞甲基酯)(ptmc)、聚己內酯(pcl)、聚(丙內酯)(ppl)、或其組合。

5、所述脂族聚酯可占所述凝膠聚合物電解質的按重量計大于或等于約5％且小于或等于約30％。

6、所述鋰鹽可包括雙(三氟甲烷)磺酰亞胺鋰(litfsi)、雙(氟磺酰基)酰亞胺鋰(lifsi)、雙(草酸根合)硼酸鋰(libob)、二氟(草酸根合)硼酸鋰(lidfob)、或其組合。

7、所述鋰鹽可占所述凝膠聚合物電解質的按重量計大于或等于約40％且小于或等于約90％。

8、所述離子液體的陽離子可包括鋰(li+)和三乙二醇二甲醚的絡合物、鋰(li+)和四乙二醇二甲醚的絡合物或其組合。所述離子液體的陰離子可包括雙(氟磺酰基)酰亞胺(fsi)、雙(三氟甲烷)磺酰亞胺(tfsi)、雙(草酸根合)硼酸根(bob)、二氟草酸根合硼酸根(dfob)、或其組合。

9、所述離子液體可占所述凝膠聚合物電解質的按重量計大于或等于約5％且小于或等于約50％。

10、所述鋰鹽可包括雙(三氟甲烷)磺酰亞胺鋰(litfsi)，所述離子液體的陽離子包括鋰(li+)和三乙二醇二甲醚的絡合物，并且所述離子液的陰離子包括雙(三氟甲烷)磺酰亞胺(tfsi)。

11、所述凝膠聚合物電解質可具有大于或等于約5.5伏特vs.li/li+的氧化電勢。

12、所述凝膠聚合物電解質在60攝氏度(℃)可具有大于或等于約8.5ms/cm的離子電導率。

13、所述凝膠聚合物電解質可進一步包含載體，所述載體包含用所述凝膠聚合物電解質浸漬并封裝在所述凝膠聚合物電解質中的微孔非織造材料。

14、根據本公開的一個或多個實施方案，一種循環鋰離子的電池組包括負極電極、與所述負極電極間隔開的正極電極以及設置在所述負極電極和所述正極電極之間且被配置為用于在所述負極電極和所述正極電極之間提供鋰離子傳導介質的凝膠聚合物電解質。所述負極電極包含按重量計大于或等于約97％的鋰。所述正極電極包含被配制為發生鋰嵌入和脫嵌的高電壓電活性材料。所述凝膠聚合物電解質包含脂族聚酯、鋰鹽和離子液體。所述脂族聚酯包括取代或未取代的聚(碳酸亞乙酯)(pec)。所述鋰鹽包括雙(三氟甲烷)磺酰亞胺鋰(litfsi)。所述離子液體包含基本等摩爾量的陽離子和陰離子，所述陽離子包括鋰(li+)和三乙二醇二甲醚的絡合物，并且所述陰離子包括雙(三氟甲烷)磺酰亞胺(tfsi)。所述鋰鹽占所述凝膠聚合物電解質的按重量計大于或等于約40％且小于或等于約90％。

15、所述取代或未取代的pec可包含由重復的取代或未取代的碳酸亞乙酯單體單元組成的pec均聚物、主要包含重復的取代或未取代的碳酸亞乙酯單體單元的基于pec的共聚物、或其組合。

16、所述脂族聚酯可進一步包含脂族聚碳酸酯、脂族聚內酯或其組合，所述脂族聚碳酸酯包含具有式-o-(c＝o)-o-r1-的主要重復單體單元，其中r1為取代或未取代的二價烴基，所述脂族聚內酯包含具有式-o-(c＝o)-r2-的主要重復單體單元，其中r2為取代或未取代的二價烴基。

17、所述脂族聚酯可占所述凝膠聚合物電解質的按重量計大于或等于約5％且小于或等于約30％。

18、所述離子液體的陽離子可包括鋰(li+)和三乙二醇二甲醚的絡合物、鋰(li+)和四乙二醇二甲醚的絡合物、或其組合。所述離子液體的陰離子可包括雙(氟磺酰基)酰亞胺(fsi)、雙(三氟甲烷)磺酰亞胺(tfsi)、雙(草酸根合)硼酸根(bob)、二氟草酸根合硼酸根(dfob)、或其組合。

19、所述離子液體可占所述凝膠聚合物電解質的按重量計大于或等于約5％且小于或等于約50％。

20、在一種制造循環鋰離子的電池組的方法中，制備電解質前體。所述電解質前體包含溶劑化離子液體和脂族聚酯以及溶解在極性非質子有機溶劑中的鋰鹽。所述溶劑化離子液體包括雙(三氟甲烷)磺酰亞胺鋰(tfsi)-三乙二醇二甲醚、雙(三氟甲烷)磺酰亞胺鋰(tfsi)-四乙二醇二甲醚、1-乙基-3-甲基咪唑鎓雙[(三氟甲基)磺酰基]酰亞胺([emim][tfsi])、或其組合。所述脂族聚酯包括取代或未取代的聚(碳酸亞乙酯)(pec)。所述鋰鹽包括雙(三氟甲烷)磺酰亞胺鋰(litfsi)。將所述電解質前體施加到包括離型膜、正極電極或微孔支撐結構的基材上。然后，從所述電解質前體中去除所述極性非質子有機溶劑以在所述基材上形成凝膠聚合物電解質。

21、本發明公開了以下方案：

22、方案1.一種循環鋰離子的電池組，所述電池組包括：

23、負極電極；

24、正極電極，其與所述負極電極間隔開且包含被配制為發生鋰嵌入和脫嵌的高電壓電活性材料；和

25、凝膠聚合物電解質，其設置在所述負極電極和所述正極電極之間且被配置為用于在所述負極電極和所述正極電極之間提供鋰離子傳導介質，所述膠凝聚合物電解質包含：

26、脂族聚酯，其包含取代或未取代的聚(碳酸亞乙酯)(pec)，

27、鋰鹽，其包含磺酰亞胺鋰、硼酸鋰、或其組合，和

28、離子液體，其包含基本等摩爾量的陽離子和陰離子，所述陽離子包括鋰(li+)和乙二醇二甲醚的絡合物、咪唑離子、或其組合，并且所述陰離子包括亞磺酸根離子、硼酸根離子、或其組合。

29、方案2.根據方案1所述的電池組，其中所述取代或未取代的pec包含由重復的取代或未取代的碳酸亞乙酯單體單元組成的pec均聚物、主要包含重復的取代或未取代的碳酸亞乙酯單體單元的基于pec的共聚物、或其組合。

30、方案3.根據方案1所述的電池組，其中所述脂族聚酯進一步包含脂族聚碳酸酯、脂族聚內酯、或其組合，所述脂族聚碳酸酯包含具有式-o-(c＝o)-o-r1-的主要重復單體單元，其中r1為取代或未取代的二價烴基，所述脂族聚內酯包含具有式-o-(c＝o)-r2-的主要重復單體單元，其中r2為取代或未取代的二價烴基。

31、方案4.根據方案1所述的電池組，其中所述脂族聚酯進一步包含取代或未取代的聚(碳酸亞丙酯)(ppc)、聚(碳酸三亞甲基酯)(ptmc)、聚己內酯(pcl)、聚(丙內酯)(ppl)、或其組合。

32、方案5.根據方案1所述的電池組，其中所述脂族聚酯占所述凝膠聚合物電解質的按重量計大于或等于約5％且小于或等于約30％。

33、方案6.根據方案1所述的電池組，其中所述鋰鹽包括雙(三氟甲烷)磺酰亞胺鋰(litfsi)、雙(氟磺酰基)酰亞胺鋰(lifsi)、雙(草酸根合)硼酸鋰(libob)、二氟(草酸根合)硼酸鋰(lidfob)、或其組合。

34、方案7.根據方案1所述的電池組，其中所述鋰鹽占所述凝膠聚合物電解質的按重量計大于或等于約40％且小于或等于約90％。

35、方案8.根據方案1所述的電池組，其中所述離子液體的陽離子包括鋰(li+)和三乙二醇二甲醚的絡合物、鋰(li+)和四乙二醇二甲醚的絡合物、或其組合，并且其中所述離子液體的陰離子包括雙(氟磺酰基)酰亞胺(fsi)、雙(三氟甲烷)磺酰亞胺(tfsi)、雙(草酸根合)硼酸根(bob)、二氟草酸根合硼酸根(dfob)、或其組合。

36、方案9.根據方案1所述的電池組，其中所述離子液體占所述凝膠聚合物電解質的按重量計大于或等于約5％且小于或等于約50％。

37、方案10.根據方案1所述的電池組，其中所述鋰鹽包括雙(三氟甲烷)磺酰亞胺鋰(litfsi)，所述離子液體的陽離子包括鋰(li+)和三乙二醇二甲醚的絡合物，并且所述離子液的陰離子包括雙(三氟甲烷)磺酰亞胺(tfsi)。

38、方案11.根據方案1所述的電池組，其中所述凝膠聚合物電解質具有大于或等于約5.5伏特vs.li/li+的氧化電勢。

39、方案12.根據方案1所述的電池組，其中所述凝膠聚合物電解質在60攝氏度(℃)具有大于或等于約8.5ms/cm的離子電導率。

40、方案13.根據方案1所述的電池組，其中所述凝膠聚合物電解質進一步包含：

41、載體，其包含用所述凝膠聚合物電解質浸漬并封裝在所述凝膠聚合物電解質中的微孔非織造材料。

42、方案14.一種循環鋰離子的電池組，所述電池組包括：

43、負極電極，其包含按重量計大于或等于約97％的鋰；

44、正極電極，其與所述負極電極間隔開且包含被配制為發生鋰嵌入和脫嵌的高電壓電活性材料；和

45、凝膠聚合物電解質，其設置在所述負極電極和所述正極電極之間且被配置為用于在所述負極電極和所述正極電極之間提供鋰離子傳導介質，所述膠凝聚合物電解質包含：

46、脂族聚酯，其包含取代或未取代的聚(碳酸亞乙酯)(pec)，

47、鋰鹽，其包含雙(三氟甲烷)磺酰亞胺鋰(litfsi)，和

48、離子液體，其包含基本等摩爾量的陽離子和陰離子，所述陽離子包括鋰(li+)和三乙二醇二甲醚的絡合物，并且所述陰離子包括雙(三氟甲烷)磺酰亞胺(tfsi)，

49、其中所述鋰鹽占所述凝膠聚合物電解質的按重量計大于或等于約40％且小于或等于約90％。

50、方案15.根據方案14所述的電池組，其中所述取代或未取代的pec包含由重復的取代或未取代的碳酸亞乙酯單體單元組成的pec均聚物、主要包含重復的取代或未取代的碳酸亞乙酯單體單元的基于pec的共聚物、或其組合。

51、方案16.根據方案14所述的電池組，其中所述脂族聚酯進一步包含脂族聚碳酸酯、脂族聚內酯、或其組合，所述脂族聚碳酸酯包含具有式-o-(c＝o)-o-r1-的主要重復單體單元，其中r1為取代或未取代的二價烴基，所述脂族聚內酯包含具有式-o-(c＝o)-r2-的主要重復單體單元，其中r2為取代或未取代的二價烴基。

52、方案17.根據方案14所述的電池組，其中所述脂族聚酯占所述凝膠聚合物電解質的按重量計大于或等于約5％且小于或等于約30％。

53、方案18.根據方案14所述的電池組，其中所述離子液體的陽離子包括鋰(li+)和三乙二醇二甲醚的絡合物、鋰(li+)和四乙二醇二甲醚的絡合物、或其組合，并且其中所述離子液體的陰離子包括雙(氟磺酰基)酰亞胺(fsi)、雙(三氟甲烷)磺酰亞胺(tfsi)、雙(草酸根合)硼酸根(bob)、二氟草酸根合硼酸根(dfob)、或其組合。

54、方案19.根據方案14所述的電池組，其中所述離子液體占所述凝膠聚合物電解質的按重量計大于或等于約5％且小于或等于約50％。

55、方案20.一種制造循環鋰離子的電池組的方法，所述方法包括：

56、制備電解質前體，所述電解質前體包含溶劑化離子液體和脂族聚酯以及溶解在極性非質子有機溶劑中的鋰鹽，所述溶劑化離子液體包括雙(三氟甲烷)磺酰亞胺鋰(tfsi)-三乙二醇二甲醚、雙(三氟甲烷)磺酰亞胺鋰(tfsi)-四乙二醇二甲醚、1-乙基-3-甲基咪唑鎓雙[(三氟甲基)磺酰基]酰亞胺([emim][tfsi])、或其組合，所述脂族聚酯包括取代或未取代的聚(碳酸亞乙酯)(pec)，并且所述鋰鹽包括雙(三氟甲烷)磺酰亞胺鋰(litfsi)；

57、將所述電解質前體施加到基材上，所述基材包括離型膜、正極電極或微孔支撐結構；和

58、從所述電解質前體中去除所述極性非質子有機溶劑以在所述基材上形成凝膠聚合物電解質。

59、由具體實施方式、權利要求書和附圖將顯而易見本公開的進一步適用領域。具體實施方式和具體實施例僅意在舉例說明并且無意限制本公開的范圍。