KR20210104922A - Topical Super-Concentrated Electrolyte for Silicon Anodes - Google Patents

Topical Super-Concentrated Electrolyte for Silicon Anodes Download PDF

Info

Publication number
KR20210104922A
KR20210104922A KR1020217025531A KR20217025531A KR20210104922A KR 20210104922 A KR20210104922 A KR 20210104922A KR 1020217025531 A KR1020217025531 A KR 1020217025531A KR 20217025531 A KR20217025531 A KR 20217025531A KR 20210104922 A KR20210104922 A KR 20210104922A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
diluent
electrolyte
fec
anode
lifsi
Prior art date
Application number
KR1020217025531A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
지-광 장
하이핑 지아
시아오린 리
우 슈
원진 곽
Original Assignee
바텔리 메모리얼 인스티튜트
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US16/247,143 external-priority patent/US11127980B2/en
Application filed by 바텔리 메모리얼 인스티튜트 filed Critical 바텔리 메모리얼 인스티튜트
Publication of KR20210104922A publication Critical patent/KR20210104922A/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0569—Liquid materials characterised by the solvents
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0567—Liquid materials characterised by the additives
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0568—Liquid materials characterised by the solutes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/364—Composites as mixtures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/386—Silicon or alloys based on silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621—Binders
    • H01M4/622—Binders being polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025—Organic electrolyte
    • H01M2300/0028—Organic electrolyte characterised by the solvent
    • H01M2300/0034—Fluorinated solvents
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025—Organic electrolyte
    • H01M2300/0028—Organic electrolyte characterised by the solvent
    • H01M2300/0037—Mixture of solvents
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025—Organic electrolyte
    • H01M2300/0028—Organic electrolyte characterised by the solvent
    • H01M2300/0037—Mixture of solvents
    • H01M2300/004—Three solvents
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/366—Composites as layered products
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

규소 기반 또는 탄소/규소 복합재료 기반 애노드를 갖는 시스템에서 사용하기 위한 국소적 초농축 전해질(localized superconcentrated electrolytes: LSE)이 개시된다. LSE는 활성염, 활성염을 용해할 수 있는 비수성 용매, 및 희석제를 포함하고, 이때, 희석제 중에서의 활성염의 용해도는, 비수성 용매 중에서의 활성염의 용해도보다 적어도 10배 더 작다. 또한, LSE를 포함하는 시스템도 개시된다.Localized superconcentrated electrolytes (LSE) for use in systems with silicon-based or carbon/silicon composite-based anodes are disclosed. The LSE comprises an active salt, a non-aqueous solvent capable of dissolving the active salt, and a diluent, wherein the solubility of the active salt in the diluent is at least 10-fold less than the solubility of the active salt in the non-aqueous solvent. Also disclosed is a system comprising an LSE.

Description

규소 애노드용 국소적 초농축 전해질Topical Super-Concentrated Electrolyte for Silicon Anodes

관련 출원에 대한 상호 참조CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS

본 출원은 2019년 1월 14일에 출원된 출원 제16/247,143호의 일부 계속 출원이며, 출원 제16/247,143호는 그 전체가 본 명세서에 인용에 의해 통합된다.This application is a continuation-in-part of Application No. 16/247,143 filed on January 14, 2019, which is incorporated herein by reference in its entirety.

정부 지원에 대한 인정Recognition of Government Support

본 개시는 미국 에너지부가 수여한 계약 번호 DE-AC05-76RL01830에 따른 미국 정부 지원으로 이루어졌다. 미국 정부는 발명에 대한 특정 권리를 갖는다.This disclosure was made with US Government support under Contract No. DE-AC05-76RL01830 awarded by the US Department of Energy. The US Government has certain rights in inventions.

본 개시는 규소 기반 또는 탄소/규소 복합재료 기반 애노드를 포함하는 시스템의 안정적인 순환을 위한 국소적 초농축 전해질에 관한 것으로, 전해질은 활성 염, 활성 염이 용해되는 용매, 및 활성 염이 불용성이거나 난용성인 희석제를 포함한다.The present disclosure relates to a topical super-concentrated electrolyte for stable circulation of a system comprising a silicon-based or carbon/silicon composite-based anode, wherein the electrolyte comprises an active salt, a solvent in which the active salt is dissolved, and an active salt insoluble or poorly soluble Contains adult diluents.

규소 기반 또는 탄소/규소 복합재료 기반 애노드를 갖는 리튬 이온 배터리에 사용하기 위한 국소적 초농축 전해질(LSE)(또한, 국소적 고농도 전해질(LHCE)이라고도 함)이 개시된다. 이 LSE를 포함하는 시스템도 또한, 개시된다.A topical super-concentrated electrolyte (LSE) (also referred to as a topical high-concentration electrolyte (LHCE)) for use in lithium ion batteries having a silicon based or carbon/silicon composite based anode is disclosed. A system including this LSE is also disclosed.

개시된 시스템의 일부 구현예들은 규소를 포함하는 애노드 및 전해질을 포함하며, 전해질은 (a) 리튬 양이온을 포함하는 활성 염; (b) 비수성 용매로서, (i) 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC) 이외의 카보네이트, (ii) 난연제 화합물, 또는 (iii) (i) 및 (ii) 둘 다를 포함하고, 활성 염은 비수성 용매에 가용성인, 비수성 용매; 및 (c) 희석제로서, 플루오로알킬 에테르, 플루오르화 오르토포르메이트, 또는 이들의 조합을 포함하고, 희석제 중에서의 활성 염의 용해도는 비수성 용매 중에서의 활성 염의 용해도보다 적어도 10배 더 작은, 희석제;를 포함한다. 일부 구현예에서, 전해질은 0.1 내지 30 wt%의 FEC를 더 포함한다. 시스템은 캐소드를 더 포함할 수 있다.Some embodiments of the disclosed system include an anode comprising silicon and an electrolyte, the electrolyte comprising: (a) an active salt comprising a lithium cation; (b) a non-aqueous solvent comprising (i) a carbonate other than fluoroethylene carbonate (FEC), (ii) a flame retardant compound, or (iii) both (i) and (ii), wherein the active salt is a non-aqueous solvent soluble in a non-aqueous solvent; and (c) a diluent comprising a fluoroalkyl ether, a fluorinated orthoformate, or a combination thereof, wherein the solubility of the active salt in the diluent is at least 10-fold less than the solubility of the active salt in the non-aqueous solvent; includes In some embodiments, the electrolyte further comprises 0.1 to 30 wt % of FEC. The system may further include a cathode.

상기 구현예 중 어느 하나에 있어서, 활성 염은 리튬 비스(플루오로술포닐)이미드(LiFSI), 리튬 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드(LiTFSI), 리튬 비스(펜타플루오로에탄술포닐)이미드(LiBETI), 리튬 비스(옥살라토)보레이트(LiBOB), LiPF6, LiAsF6, LiBF4, LiCF3SO3, LiClO4, 리튬 디플루오로 옥살라토 보레이트(LiDFOB), LiI, LiBr, LiCl, LiSCN, LiNO3, LiNO2, Li2SO4, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합을 포함할 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 활성 염은 전해질 중에서 0.5 내지 6 M 범위 내의 몰 농도를 갖는다.The active salt according to any one of the preceding embodiments, wherein the active salt is lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI), lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI), lithium bis(pentafluoroethanesulfonyl) Ponyl)imide (LiBETI), lithium bis(oxalato)borate (LiBOB), LiPF 6 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiClO 4 , lithium difluorooxalatoborate (LiDFOB), LiI , LiBr, LiCl, LiSCN, LiNO 3 , LiNO 2 , Li 2 SO 4 , or a combination of any two or more thereof. In some embodiments, the active salt has a molar concentration in the electrolyte in the range of 0.5 to 6 M.

일부 구현예에서, 비수성 용매는 FEC 이외의 카보네이트을 포함한다. 특정 구현예에서, 카보네이트는 에틸렌 카보네이트(EC)와 에틸 카보네이트(EMC)의 혼합물이다. 일부 구현예에서, 비수성 용매는 유기 포스페이트, 유기 포스파이트, 유기 포스포네이트, 유기 포스포아미드, 포스파젠, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합을 포함하는 난연제 화합물을 포함한다. 특정 구현예에서, 난연제 화합물은 트리에틸 포스페이트, 트리메틸 포스페이트, 트리부틸 포스페이트, 트리페닐 포스페이트, 트리스(2,2,2-트리플루오로에틸)포스페이트, 비스(2,2,2-트리플루오로에틸) 메틸 포스페이트; 트리메틸 포스파이트, 트리페닐 포스파이트, 트리스(2,2,2-트리플루오로에틸) 포스파이트; 디메틸 메틸포스포네이트, 디에틸 에틸포스포네이트, 디에틸페닐포스포네이트, 비스(2,2,2-트리플루오로에틸) 메틸포스포네이트; 헥사메틸포스포르아미드; 헥사메톡시포스파젠, 헥사플루오로포스파젠, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합을 포함한다.In some embodiments, the non-aqueous solvent comprises a carbonate other than FEC. In certain embodiments, the carbonate is a mixture of ethylene carbonate (EC) and ethyl carbonate (EMC). In some embodiments, the non-aqueous solvent comprises a flame retardant compound comprising an organic phosphate, an organic phosphite, an organic phosphonate, an organic phosphoramide, a phosphazene, or a combination of any two or more thereof. In certain embodiments, the flame retardant compound is triethyl phosphate, trimethyl phosphate, tributyl phosphate, triphenyl phosphate, tris(2,2,2-trifluoroethyl)phosphate, bis(2,2,2-trifluoroethyl) ) methyl phosphate; trimethyl phosphite, triphenyl phosphite, tris(2,2,2-trifluoroethyl) phosphite; dimethyl methylphosphonate, diethyl ethylphosphonate, diethylphenylphosphonate, bis(2,2,2-trifluoroethyl)methylphosphonate; hexamethylphosphoramide; hexamethoxyphosphazene, hexafluorophosphazene, or a combination of any two or more thereof.

상기 구현예 중 어느 하나에 있어서, 희석제는 비스(2,2,2-트리플루오로에틸) 에테르(BTFE), 1,1,2,2-테트라플루오로에틸-2,2,3,3-테트라플루오로프로필 에테르(TTE), 1,1,2,2,-테트라플루오로에틸-2,2,2-트리플루오로에틸 에테르(TFTFE), 메톡시노나플루오로부탄(MOFB), 에톡시노나플루오로부탄(EOFB), 트리스(2,2,2-트리플루오로에틸)오르토포르메이트(TFEO), 트리스(헥사플루오로이소프로필)오르토포르메이트(THFiPO), 트리스(2,2-디플루오로에틸)오르토포르메이트(TDFEO), 비스(2,2,2-트리플루오로에틸) 메틸오르토포르메이트(BTFEMO), 트리스(2,2,3,3,3-펜타플루오로프로필)오르토포르메이트(TPFPO), 트리스(2,2,3,3-테트라플루오로프로필)오르토포르메이트(TTPO), 1H,1H,5H-옥타플루오로펜틸 1,1,2,2-테트라플루오로에틸 에테르(OTE), 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 희석제는 BTFE, TTE, TFEO, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합을 포함한다.The diluent according to any one of the preceding embodiments, wherein the diluent is bis(2,2,2-trifluoroethyl) ether (BTFE), 1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2,2,3,3- Tetrafluoropropyl ether (TTE), 1,1,2,2,-tetrafluoroethyl-2,2,2-trifluoroethyl ether (TFTFE), methoxynonafluorobutane (MOFB), ethoxy Nonafluorobutane (EOFB), tris (2,2,2-trifluoroethyl) orthoformate (TFEO), tris (hexafluoroisopropyl) orthoformate (THFiPO), tris (2,2-di Fluoroethyl) orthoformate (TDFEO), bis (2,2,2-trifluoroethyl) methyl orthoformate (BTFEMO), tris (2,2,3,3,3-pentafluoropropyl) ortho Formate (TPFPO), tris (2,2,3,3-tetrafluoropropyl) orthoformate (TTPO), 1 H ,1 H ,5 H -octafluoropentyl 1,1,2,2-tetra fluoroethyl ether (OTE), or a combination of any two or more thereof. In some embodiments, the diluent comprises BTFE, TTE, TFEO, or a combination of any two or more thereof.

일부 구현예에서, 전해질은, 중량을 기준으로 하여, 4:6 내지 2:8의 비율로, 1 M 내지 3 M의 LiFSI, EC-EMC 또는 TEPa, 0 wt% 내지 30 wt%의 FEC(예를 들어, 0 wt%의 FEC, 5 wt% 내지 30 wt%의 FEC, 또는 5 wt% 내지 10 wt%의 FEC), 및 희석제를 포함하며, 여기서, 희석제는 BTFE, TTE, TFEO, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합을 포함한다. 일 구현예에서, 전해질은 EC-EMC를 포함하고, 희석제에 대한 EC-EMC의 몰비는 1 내지 4의 범위, 예를 들어, 1 내지 3의 범위 이내이다. 다른 구현예에서, 전해질은 TEPa를 포함하고, 희석제에 대한 TEPa의 몰비는 1 내지 4의 범위, 예를 들어, 2 내지 4의 범위 이내이다.In some embodiments, the electrolyte comprises, by weight, in a ratio of 4:6 to 2:8, 1 M to 3 M LiFSI, EC-EMC or TEPa, 0 wt % to 30 wt % FEC (e.g., for example, 0 wt % FEC, 5 wt % to 30 wt % FEC, or 5 wt % to 10 wt % FEC), and a diluent, wherein the diluent is BTFE, TTE, TFEO, or any of these Any two or more combinations are included. In one embodiment, the electrolyte comprises EC-EMC, and the molar ratio of EC-EMC to diluent is in the range of 1 to 4, such as in the range of 1 to 3. In another embodiment, the electrolyte comprises TEPa and the molar ratio of TEPa to diluent is in the range of 1 to 4, such as in the range of 2 to 4.

상기 구현예들 중 어느 하나에 있어서, 애노드는 흑연/규소 복합재료를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 애노드는 리튬 폴리아크릴레이트, 폴리이미드, 또는 카르복시메틸 셀룰로오스 바인더를 더 포함한다. 특정 구현예에서, 규소는 탄소 코팅된 나노-규소이다.In any of the above embodiments, the anode may comprise a graphite/silicon composite. In some embodiments, the anode further comprises a lithium polyacrylate, polyimide, or carboxymethyl cellulose binder. In certain embodiments, the silicon is carbon coated nano-silicon.

일부 구현예에서, 애노드는 폴리이미드 바인더를 갖는 흑연/규소 복합재료를 포함하고, 여기서, 규소는 탄소로 코팅된 나노-규소이며, 전해질은 1 내지 3 M의 LiFSI, TEPa, 0 wt% 내지 30 wt%의 FEC, 및 희석제를 포함하고, 여기서, 희석제는 BTFE, TTE, TFEO, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합이고, 여기서, 희석제에 대한 TEPa의 몰비는 1 내지 4의 범위, 예를 들어, 2 내지 4의 범위 이내이다. 특정 구현예에서, 애노드는 예비 리튬화(prelithiated)되며, 시스템은 캐소드를 더 포함하고, 시스템은 100 사이클 후에 80% 이상의 용량 유지율을 갖는다.In some embodiments, the anode comprises a graphite/silicon composite with a polyimide binder, wherein the silicon is nano-silicon coated with carbon, and the electrolyte is 1 to 3 M LiFSI, TEPa, 0 wt % to 30 wt % of FEC, and a diluent, wherein the diluent is BTFE, TTE, TFEO, or a combination of any two or more thereof, wherein the molar ratio of TEPa to diluent ranges from 1 to 4, for example 2 to within the range of 4. In certain embodiments, the anode is prelithiated, the system further comprises a cathode, and the system has a capacity retention of at least 80% after 100 cycles.

일부 구현예에서, 애노드는 리튬 폴리아크릴레이트 바인더를 갖는 흑연/규소 복합재료를 포함하고, 전해질은 1 M 내지 3 M의 LiFSI, EC-EMC(중량비 = 3:7), 0 wt% 내지 30 wt%의 FEC, 및 희석제를 포함하며, 여기서, 희석제는 BTFE, TTE, TFEO, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합이고, 희석제에 대한 EC-EMC의 몰비는 1 내지 4의 범위, 예를 들어, 1 내지 3의 범위 이내이다. 특정 구현예에서, 시스템은 캐소드를 더 포함하고 100 사이클 후에 70% 이상의 용량 유지율을 갖는다.In some embodiments, the anode comprises a graphite/silicon composite with a lithium polyacrylate binder, and the electrolyte is 1 M to 3 M LiFSI, EC-EMC (weight ratio = 3:7), 0 wt % to 30 wt % FEC, and a diluent, wherein the diluent is BTFE, TTE, TFEO, or a combination of any two or more thereof, and the molar ratio of EC-EMC to the diluent is in the range of 1 to 4, such as 1 to It is within the range of 3. In certain embodiments, the system further comprises a cathode and has a capacity retention of at least 70% after 100 cycles.

본 개시의 상기 및 기타 목적, 특징 및 이점은 첨부 도면을 참조하여 진행되는 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.These and other objects, features and advantages of the present disclosure will become more apparent from the following detailed description taken with reference to the accompanying drawings.

도 1은 리튬염 및 용매를 포함하는 초농축 전해질(superconcentrated electrolyte: SE)의 개략도이다.
도 2는 리튬염, 리튬염이 용해되는 용매, 및 희석제(즉, 그것 중에서 리튬염이 상기 용매에 비해 불용성 또는 난용성인 성분)를 포함하는 예시적인 국소적 초농축 전해질(localized superconcentrated electrolyte: LSE)의 개략도이다.
도 3은, 용매 분자와 희석제 분자 사이의 예시적인 "다리(bridge)" 용매 분자의 개략도이다.
도 4는 예시적인 배터리의 개략도이다.
도 5는, LiPAA 바인더를 포함하는 규소/흑연(Si/Gr) 애노드, NMC532 캐소드, 및 10 wt% FEC를 함유하는 EC/EMC(중량비 = 3:7) 중 1.2 M LiPF6을 포함하는 베이스라인 전해질(baseline electrolyte)을 갖는 코인 셀의 100 사이클에 걸친 사이클링 성능을 보여준다.
도 6은, LiPAA 바인더를 포함하는 Si/Gr 애노드, NMC532 캐소드, 및, 도 5의 베이스라인 전해질, 초농축 전해질, 및 본 명세서에서 개시되는 여러 LSE를 포함하는 다양한 전해질을 사용하는 코인 셀의 100 사이클에 걸친 사이클링 성능을 보여준다.
도 7은, LiPAA 바인더를 포함하는 Si/Gr 애노드, NMC532 캐소드, 및, TEPa-3BTFE 중 1.2 M LiFSI를 포함하는 LSE(E-313)를 갖는 코인 셀의 제1, 제2, 및 제4 사이클에 대한, 전압 대 비용량의 그래프이다.
도 8은 도 7의 코인 셀의 100 사이클에 걸친 사이클링 성능을 보여준다.
도 9는, 폴리이미드 바인더를 포함하는 Si/Gr 애노드, NMC532 캐소드, 및 베이스라인 전해질를 갖는 코인 셀의 제1, 제2, 및 제3 사이클에 대한 전압 대 비용량의 그래프이다.
도 10은, 베이스라인 전해질, NMC532 캐소드, 및 다양한 애노드(LiPAA 바인더를 포함하는 Si/Gr 애노드, PI 바인더를 포함하는 Si/Gr 애노드, 및 PI 바인더를 포함하는 탄소-코팅된 Si/Gr 애노드)를 사용하는 코인 셀의 100 사이클에 걸친 사이클링 성능을 보여준다.
도 11은, NMC 캐소드, PI 바인더를 포함하는 탄소-코팅된 Si/Gr 애노드, 및 베이스라인 전해질, EC-EMC(중량비 = 3:7)-1.5 BTFE(EC-EMC에 대한 몰비 = 1.5) + 5 wt% FEC 중 2.5 M LiFSI를 포함하는 LSE(E-103), 및 TEPa-3BTFE(TEPa에 대한 몰비 = 3) 중 1.2 M LiFSI를 포함하는 LSE(E-313)를 사용하는 코인 셀의 100 사이클에 걸친 사이클링 성능을 보여준다.
도 12는, NMC 캐소드, TEPa-3BTFE(TEPa에 대한 몰비 = 3) 중 1.2 M LiFSI를 포함하는 LSE(E-313), 예비리튬화된 및 예비리튬화되지 않은 PI 바인더를 포함하는 탄소-코팅된 Si/Gr 애노드를 갖는 코인 셀의 제1 및 제4 사이클에 대한 전압 대 비용량의 그래프이다.
도 13은, NMC 캐소드, 예비리튬화된 및 예비리튬화되지 않은 PI 바인더를 포함하는 탄소-코팅된 Si/Gr 애노드, TEPa-3BTFE(TEPa에 대한 몰비 = 3) 중 1.2 M LiFSI 또는 TEPa-3BTFE(TEPa에 대한 몰비 = 3) + 1.2 wt% FEC 중 1.2 M LiFSI를 포함하는 LSE를 갖는 코인 셀의 100 사이클에 걸친 사이클링 성능을 보여준다.
도 14는, NMC 캐소드, LiPAA 바인더를 갖는 Si/Gr 애노드 또는 PI 바인더를 갖는 탄소-코팅된 Si/Gr 애노드, 및 본 명세서에 개시된 예시적인 LSE를 갖는 코인 셀의 80 사이클에 걸친 사이클링 성능을 도시한다.
도 15는, EC-EMC(중량비 = 3:7) + 5 wt% FEC 및 BTFE, TTE 또는 TFEO(EC/EMC에 대한 몰비 = 2) 중 1.8 M LiFSI를 포함하는 LSE 중에서의 Si/Gr||NMC532의 사이클링 성능을 보여준다
도 16은, EC-EMC(중량비 = 3:7)-2BTFE(EC/EMC에 대한 몰비 = 2) + 5 wt% FEC 중 1.8 M LiFSI(E-104)의 순환 전압전류 곡선(cyclic voltammetry curve)을 보여준다. 스캔 속도는 0.1 mV/s였다.
도 17은, 다양한 고 전압 평탄부들(upper voltage plateaus)에서, LSE E-104 또는 베이스라인 전해질 중에서의 Li||NMC532의 사이클링 성능을 보여준다.
도 18은, 두 가지 불연성 전해질(LiFSI-1.33TEPa-4BTFE; 및 LiFSI-1.2TEPa-0.13FEC-4BTFE), 및 세 가지 대조군 전해질(EC-EMC(중량비 = 3:7) + 2 wt% FEC 중 1 M LiPF6; EC-EMC(중량비 = 3:7) + 5 wt% FEC 중 1 M LiPF6; 및 EC-EMC(중량비 = 3:7) + 10 wt% FEC 중 1 M LiPF6)을 사용한 Li||Si/Gr 배터리의 사이클링 성능을 나타내는 그래프이다.
도 19는, 두 가지 불연성 전해질(LiFSI-1.33TEPa-4BTFE; 및 LiFSI-1.2TEPa-0.13FEC-4BTFE)을 사용한 Si/Gr||NMC333 배터리의 사이클링 성능을 나타내는 그래프이다.
도 20은, 불연성 전해질(LiFSI-1.2TEPa-0.13FEC-4BTFE) 및 대조군 전해질(EC-EMC(중량비 = 3:7) + 10 wt% FEC 중 1 M LiPF6)을 사용한 Si/Gr||NMC333 배터리의 사이클링 성능을 나타내는 그래프이다.
도 21은, LiFSI-1.2TEPa-0.13FEC-4BTFE를 사용한 Si/Gr||NMC333 배터리의, 140 사이클에 걸친, 면적 용량(areal capacity), 비용량(specific capacity), 및 쿨롱 효율(Coulombic efficiency)을 나타내는 그래프이다.
도 22는, LiFSI-1.2TEPa-0.13FEC-4BTFE를 사용한 고 면적 용량 Si/Gr||NMC333 배터리의, 100사이클에 걸친, 비용량 및 쿨롱 효율을 나타내는 그래프이다.
도 23은, LiFSI-1.33TEPa-4 BTFE 및 LiFSI-1.2TEPa-0.13FEC-4BTFE를 사용한 Si/Gr||NMC333 배터리의, 25℃에서 600 사이클에 걸친, 비용량 및 쿨롱 효율을 나타내는 그래프이다.
도 24는, 도 23의 배터리의, 45℃에서의, 비용량 및 쿨롱 효율을 나타내는 그래프이다.1 is a schematic diagram of a superconcentrated electrolyte (SE) comprising a lithium salt and a solvent.
2 is an exemplary localized superconcentrated electrolyte (LSE) comprising a lithium salt, a solvent in which the lithium salt is dissolved, and a diluent (i.e., a component in which the lithium salt is insoluble or sparingly soluble compared to the solvent); is a schematic diagram of
3 is a schematic diagram of an exemplary “bridge” solvent molecule between a solvent molecule and a diluent molecule.
4 is a schematic diagram of an exemplary battery.
5 is a baseline comprising 1.2 M LiPF 6 in EC/EMC (weight ratio = 3:7) with silicon/graphite (Si/Gr) anode, NMC532 cathode, and 10 wt % FEC with LiPAA binder. Cycling performance over 100 cycles of a coin cell with a baseline electrolyte is shown.
6 is 100 of a coin cell using a Si/Gr anode comprising a LiPAA binder, an NMC532 cathode, and various electrolytes including the baseline electrolyte of FIG. 5, a super-concentrated electrolyte, and several LSEs disclosed herein. It shows the cycling performance over the cycle.
7 shows the first, second, and fourth cycles of a coin cell with Si/Gr anode comprising LiPAA binder, NMC532 cathode, and LSE (E-313) comprising 1.2 M LiFSI in TEPa-3BTFE. , is a graph of voltage versus specific capacity.
8 shows the cycling performance over 100 cycles of the coin cell of FIG. 7 .
9 is a graph of voltage versus specific capacity for first, second, and third cycles of a coin cell with a Si/Gr anode, NMC532 cathode, and baseline electrolyte comprising a polyimide binder.
10 shows a baseline electrolyte, NMC532 cathode, and various anodes (Si/Gr anode with LiPAA binder, Si/Gr anode with PI binder, and carbon-coated Si/Gr anode with PI binder). It shows the cycling performance over 100 cycles of a coin cell using
11 shows NMC cathode, carbon-coated Si/Gr anode with PI binder, and baseline electrolyte, EC-EMC (weight ratio = 3:7)-1.5 BTFE (molar ratio to EC-EMC = 1.5) + 100 of coin cells using LSE (E-103) with 2.5 M LiFSI in 5 wt % FEC, and LSE (E-313) with 1.2 M LiFSI in TEPa-3BTFE (molar ratio to TEPa = 3) It shows the cycling performance over the cycle.
12 is an NMC cathode, LSE with 1.2 M LiFSI in TEPa-3BTFE (molar ratio to TEPa = 3) (E-313), carbon-coated with prelithiated and non-prelithiated PI binder. is a graph of voltage versus specific capacity for the first and fourth cycles of a coin cell with a Si/Gr anode.
13 shows NMC cathode, carbon-coated Si/Gr anode with prelithiated and non-prelithiated PI binder, 1.2 M LiFSI or TEPa-3BTFE in TEPa-3BTFE (molar ratio to TEPa = 3) (Molar ratio to TEPa = 3) + Cycling performance over 100 cycles of a coin cell with LSE comprising 1.2 M LiFSI in 1.2 wt % FEC is shown.
14 shows cycling performance over 80 cycles of coin cells with NMC cathodes, Si/Gr anodes with LiPAA binders or carbon-coated Si/Gr anodes with PI binders, and exemplary LSEs disclosed herein. do.
15 shows Si/Gr|| in LSE with EC-EMC (weight ratio = 3:7) + 5 wt % FEC and 1.8 M LiFSI in BTFE, TTE or TFEO (molar ratio to EC/EMC = 2). Shows the cycling performance of the NMC532
16 is a cyclic voltammetry curve of 1.8 M LiFSI (E-104) in EC-EMC (weight ratio = 3:7)-2BTFE (molar ratio to EC/EMC = 2) + 5 wt% FEC shows The scan rate was 0.1 mV/s.
17 shows the cycling performance of Li||NMC532 in LSE E-104 or baseline electrolyte at various upper voltage plateaus.
18 shows two non-combustible electrolytes (LiFSI-1.33TEPa-4BTFE; and LiFSI-1.2TEPa-0.13FEC-4BTFE), and three control electrolytes (EC-EMC (weight ratio = 3:7) + 2 wt% FEC in 1 M LiPF 6 ; EC-EMC (weight ratio = 3:7) + 1 M LiPF 6 in 5 wt% FEC; and EC-EMC (weight ratio = 3:7) + 1 M LiPF 6 in 10 wt % FEC) A graph showing the cycling performance of a Li||Si/Gr battery.
19 is a graph showing the cycling performance of a Si/Gr||NMC333 battery using two nonflammable electrolytes (LiFSI-1.33TEPa-4BTFE; and LiFSI-1.2TEPa-0.13FEC-4BTFE).
20 shows Si/Gr||NMC333 using non-flammable electrolyte (LiFSI-1.2TEPa-0.13FEC-4BTFE) and control electrolyte (EC-EMC (weight ratio = 3:7) + 1 M LiPF 6 in 10 wt% FEC). A graph showing the cycling performance of a battery.
21 shows areal capacity, specific capacity, and Coulombic efficiency over 140 cycles of a Si/Gr||NMC333 battery using LiFSI-1.2TEPa-0.13FEC-4BTFE. is a graph representing
22 is a graph showing specific capacity and coulombic efficiency over 100 cycles of a high areal capacity Si/Gr||NMC333 battery using LiFSI-1.2TEPa-0.13FEC-4BTFE.
23 is a graph showing specific capacity and coulombic efficiency over 600 cycles at 25° C. of Si/Gr||NMC333 batteries using LiFSI-1.33TEPa-4 BTFE and LiFSI-1.2TEPa-0.13FEC-4BTFE.
24 is a graph showing the specific capacity and coulombic efficiency of the battery of FIG. 23 at 45°C.

본 개시는 리튬 이온 배터리 시스템과 같은 시스템에서 사용하기 위한 국소적 초농축 전해질(LSE)의 구현예에 관한 것이다. LSE를 포함하는 시스템도 또한, 개시된다. 개시된 LSE의 일부 구현예는 규소 기반, 탄소/규소 기반, 탄소 기반(예를 들어, 흑연 기반 및/또는 경질 탄소 기반), 주석 기반, 또는 안티몬 기반 애노드 및 다양한 캐소드 재료를 갖는 전기화학 셀에서 안정하다. LSE는 활성 염, 활성 염이 가용성인 용매, 및 활성 염이 불용성 또는 난용성인 희석제를 포함한다.The present disclosure relates to embodiments of topical super-concentrated electrolytes (LSEs) for use in systems such as lithium ion battery systems. A system including an LSE is also disclosed. Some embodiments of the disclosed LSEs are stable in electrochemical cells with silicon-based, carbon/silicon-based, carbon-based (eg, graphite-based and/or hard carbon-based), tin-based, or antimony-based anodes and various cathode materials. do. LSEs include an active salt, a solvent in which the active salt is soluble, and a diluent in which the active salt is insoluble or sparingly soluble.

I. 정의 및 약어I. Definitions and Abbreviations

용어 및 약어에 대한 하기의 설명은 본 개시를 더 잘 설명하고 본 개시의 실시에서 당해 기술 분야의 통상의 기술자에게 지도하기 위해 제공된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "포함하는(comprising)"은 "포함하는(including)"을 의미하고, 단수 용어는, 문맥이 명백하게 달리 지시하지 않는 한, 복수 형태를 포함한다. "또는(or)"이라는 용어는, 문맥에서 명확하게 달리 지시하지 않는 한, 명시된 대안 요소들 중 단일 요소 또는 둘 이상의 요소들의 조합을 지칭한다.The following description of terms and abbreviations is provided to better explain the present disclosure and to guide those skilled in the art in practicing the present disclosure. As used herein, "comprising" means "including" and the singular term includes the plural form unless the context clearly dictates otherwise. The term "or" refers to a single element or a combination of two or more of the specified alternative elements, unless the context clearly dictates otherwise.

달리 설명되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술 및 과학 용어는 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자에게 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서에 기술된 것과 유사하거나 등가인 방법 및 재료가 본 개시의 실시 또는 시험에 사용될 수 있지만, 적합한 방법 및 재료가 하기에 기술되어 있다. 재료, 방법 및 실시예는 예시일 뿐이며 제한하려는 의도가 아니다. 본 개시의 다른 특징들은 다음의 상세한 설명 및 청구 범위로부터 명백하다.Unless otherwise specified, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood to one of ordinary skill in the art to which this disclosure belongs. Although methods and materials similar or equivalent to those described herein can be used in the practice or testing of the present disclosure, suitable methods and materials are described below. The materials, methods, and examples are illustrative only and not intended to be limiting. Other features of the present disclosure are apparent from the following detailed description and claims.

달리 명시되지 않는 한, 명세서 또는 청구 범위에 사용된, 성분, 분자량, 몰 농도, 전압, 용량, 등의 양을 나타내는 모든 숫자는 용어 "약(about)"에 의해 수정되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 암시적으로 또는 명시적으로 달리 명시되지 않는 한, 또는 문맥이 더 명확한 구성을 갖는 것으로 통상의 기술자에 의해 적합하게는 이해되지 않는 한, 제시된 수치 파라미터는, 필요로 하는 원하는 특성, 및/또는 당해 기술 분야의 통상의 기술자에게 알려진 표준 시험 조건/방법 하에서의 검출 한계에 의존할 수 있는 근사치이다. 구현예를 논의된 종래 기술과 직접적으로 그리고 명시적으로 구별할 때, 구현예 수치는 "약(about)"이라는 단어가 언급되지 않는 한 근사치가 아니다.Unless otherwise specified, all numbers expressing quantities of ingredients, molecular weights, molar concentrations, voltages, doses, etc. used in the specification or claims are to be understood as being modified by the term “about.” Accordingly, unless explicitly or implicitly indicated otherwise, or unless the context is suitably understood by one of ordinary skill in the art to have a clearer configuration, the numerical parameters presented are the required properties, and/or or an approximation that may rely on limits of detection under standard test conditions/methods known to those skilled in the art. When explicitly and directly distinguishing embodiments from the prior art discussed, embodiment numbers are not approximations unless the word “about” is stated.

다양한 구성요소, 파라미터, 작동 조건, 등에 대한 대안이 여기에 설명되어 있지만, 이는 그러한 대안이 반드시 동등하거나 및/또는 동등하게 잘 수행된다는 것을 의미하지는 않는다. 달리 명시되지 않는 한, 대안이 선호되는 순서로 나열된다는 의미도 아니다.While alternatives to various components, parameters, operating conditions, etc. are described herein, it does not necessarily imply that such alternatives are equally and/or perform equally well. It does not imply that alternatives are listed in preferred order, unless otherwise specified.

화학에서 통상적인 용어의 정의는 문헌 『Richard J. Lewis, Sr. (ed.), Hawley's Condensed Chemical Dictionary, published by John Wiley & Sons, Inc., 2016 (ISBN 978-1-118-13515-0)』에서 찾을 수 있다.Definitions of common terms in chemistry can be found in Richard J. Lewis, Sr. (ed.), Hawley's Condensed Chemical Dictionary , published by John Wiley & Sons, Inc., 2016 (ISBN 978-1-118-13515-0).

본 개시의 다양한 구현예의 검토를 용이하게 하기 위해, 특정 용어에 대한 다음의 설명이 제공된다:To facilitate review of various embodiments of the present disclosure, the following descriptions of certain terms are provided:

활성 염: 본 명세서에 사용되는 용어 "활성 염"은, 초기 충전 후 배터리 사이클링 동안, 산화 환원반응에 참여하는 산화 환원 활물질의 적어도 5%를 구성하는 염을 지칭한다.Active salt: As used herein, the term “active salt” refers to a salt that constitutes at least 5% of the redox active material that participates in redox reactions during battery cycling after initial charge.

AN: 아세토니트릴 AN : acetonitrile

애노드(Anode): 전하가 분극된 전기 장치 내로 흐를 때 통과하는 전극. 전기화학적 관점에서, 음전하를 띤 음이온은 애노드 쪽으로 이동하거나 및/또는 양전하를 띤 양이온은 애노드로부터 멀어져, 외부 회로를 통해 떠나는 전자들과 균형을 유지한다. 방전 배터리 또는 갈바니 셀에서, 애노드는 전자가 흘러 나오는 음극 단자이다. 애노드가 금속으로 구성되어 있으면, 애노드가 외부 회로에 제공하는 전자는 전극으로부터 전해질로 이동하는 금속 양이온을 동반한다. 배터리가 재충전되면, 애노드는, 전자가 유입되고 금속 양이온이 환원되는 양극 단자가 된다. Anode : An electrode through which charge flows into a polarized electrical device. From an electrochemical point of view, negatively charged anions migrate towards the anode and/or positively charged cations move away from the anode, balancing electrons leaving through an external circuit. In a discharge battery or galvanic cell, the anode is the negative terminal from which electrons flow. If the anode is made of metal, the electrons the anode provides to the external circuit accompany the metal cations moving from the electrode to the electrolyte. When the battery is recharged, the anode becomes the positive terminal through which electrons enter and metal cations are reduced.

회합된(Associated) : 여기에서 사용되는 용어 "회합된(Associated)"은 ~에 의해 배위되거나 또는 ~에 의해 용매화됨을 의미한다. 예를 들어, 용매 분자와 회합된 양이온은 용매 분자에 의해 배위되거나 용매화된다. 용매화(Solvation)는 용질의 분자 또는 이온과 용매 분자의 인력이다. 회합은 양이온과 용매 분자 사이의 전자 상호작용(예를 들어, 이온-쌍극자 상호작용 및/또는 반데르발스 힘)으로 인한 것일 수 있다. 배위(Coordination)는 양이온과 용매 원자의 고립 전자쌍 사이에 하나 이상의 배위 결합이 형성되는 것을 지칭한다. 배위 결합은 또한, 용질의 양이온과 음이온 사이에 형성될 수 있다.The association (Associated): The term used herein "a meeting (Associated)" or is coordinated by means ~ or solvated by the ~. For example, a cation associated with a solvent molecule is coordinated or solvated by the solvent molecule. Solvation is the attraction between molecules or ions of a solute and molecules of a solvent. The association may be due to electronic interactions (eg, ion-dipole interactions and/or van der Waals forces) between cations and solvent molecules. Coordination refers to the formation of one or more coordination bonds between a lone pair of electrons of a cation and a solvent atom. Coordinating bonds can also be formed between the cation and anion of the solute.

다리 용매(Bridge solvent): 극성 말단 또는 모이어티, 및 비극성 말단 또는 모이어터를 갖는 양친매성 분자를 갖는 용매.Bridge solvent : A solvent having an amphiphilic molecule with a polar terminus or moiety and a nonpolar terminus or moiety.

BTFE: 비스(2,2,2-트리플루오로에틸) 에테르 BTFE : bis(2,2,2-trifluoroethyl) ether

용량(Capacity): 배터리 용량은 배터리가 전달할 수 있는 전하량이다. 용량은 통상적으로 mAh, 또는 Ah 단위로 표시되며, 배터리가 1시간 동안 생성할 수 있는 최대 정전류를 나타낸다. 예를 들어, 100 mAh 용량의 배터리는 1시간 동안 100 mA의 전류를, 또는 20시간 동안 5 mA의 전류를 전달할 수 있다. 면적 용량(Areal capacity) 또는 비 면적 용량(specific areal capacity)은 전극(또는, 활물질) 표면의 단위 면적당 용량이며, 통상적으로 mAh·cm-2 단위로 표시된다. Capacity : Battery capacity is the amount of charge that a battery can deliver. Capacity is usually expressed in mAh, or Ah, and represents the maximum constant current that a battery can generate in one hour. For example, a battery with a capacity of 100 mAh can deliver a current of 100 mA for 1 hour, or a current of 5 mA for 20 hours. Areal capacity or specific areal capacity is a capacity per unit area of the surface of an electrode (or an active material), and is usually expressed in units of mAh·cm −2 .

카본 블랙(Carbon black): 통상적으로 기화된 중유 분획의 불완전 연소에 의해 만들어지는 미세하게 분할된 형태의 탄소이다. 카본 블랙은 메탄이나 천연 가스를 분해하거나 연소시켜 만들 수도 있다. Carbon black : A finely divided form of carbon that is usually produced by incomplete combustion of a vaporized heavy oil fraction. Carbon black can also be made by cracking or burning methane or natural gas.

탄소/규소 복합재료: 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 탄소/규소 복합재료라는 용어는 탄소(예를 들어, 흑연 및/또는 경질 탄소) 및 규소를 모두 포함하는 재료를 지칭한다. 복합재료는, 결합될 때, 개별 구성요소의 특성과 다른 특성을 갖는 재료를 생성하는 둘 이상의 구성 재료로 만들어진다. 탄소/규소 복합재료는, 예를 들어, 흑연 및 규소 분말로 매립된(embedded) 피치(pitch)의 열분해에 의해 제조될 수 있다(예를 들어, Wen et al., Electrochem Comm 2003, 5(2):165-168 참조).Carbon/Silicon Composite: As used herein, the term carbon/silicon composite refers to a material comprising both carbon (eg, graphite and/or hard carbon) and silicon. Composite materials are made of two or more constituent materials that, when combined, produce a material having properties that differ from the properties of the individual components. Carbon/silicon composites can be prepared, for example, by pyrolysis of pitches embedded with graphite and silicon powder (see, e.g., Wen et al., Electrochem Comm 2003, 5(2) ):165-168).

캐소드(Cathode): 분극된 전기 장치에서 전하가 흘러 나갈 때 통과하는 전극. 전기화학적 관점에서, 양전하를 띤 양이온은 항상 캐소드 쪽으로 이동하거나 및/또는 음전하를 띤 음이온은 캐소드로부터 멀어져 외부 회로로부터 도달하는 전자의 균형을 유지한다. 방전 배터리 또는 갈바니 셀에서, 캐소드는 양극 단자로, 통상적인 전류 방향을 향한다. 이 바깥쪽 전하는 내부적으로 전해질로부터 양의 캐소드(positive cathode)로 이동하는 양이온에 의해 운반되며, 캐소드에서 환원될 수 있다. 배터리가 재충전되면, 캐소드는 전자가 흘러 나오는 음극 단자가 되고, 금속 원자(또는, 양이온)가 산화된다. Cathode : An electrode through which charge flows from a polarized electrical device. From an electrochemical point of view, positively charged cations always migrate towards the cathode and/or negatively charged negative ions away from the cathode to balance the electrons arriving from the external circuit. In a discharge battery or galvanic cell, the cathode is the positive terminal, pointing in the usual direction of current. This external charge is internally carried by cations moving from the electrolyte to the positive cathode, and can be reduced at the cathode. When the battery is recharged, the cathode becomes the negative terminal from which electrons flow, and the metal atoms (or positive ions) are oxidized.

셀(Cell): 본 명세서에서 셀은 화학 반응에 의해 전압 또는 전류를 발생시키기 위해 사용되는 전기화학 장치, 또는 전류에 의해 화학 반응이 유도되는 그 반대의 장치를 의미한다. 그 중에서도, 예를 들면, 볼타 셀, 전해 셀, 및 연료전지 등이 포함된다. 배터리는 하나 이상의 셀을 포함한다. "셀" 및 "배터리"라는 용어는 오직 하나의 셀만 함유하는 배터리를 언급할 때 상호 교환적으로 사용된다.Cell: As used herein, a cell means an electrochemical device used to generate a voltage or current by a chemical reaction, or vice versa in which a chemical reaction is induced by an electric current. Among them, for example, a voltaic cell, an electrolytic cell, and a fuel cell are included. A battery contains one or more cells. The terms “cell” and “battery” are used interchangeably when referring to a battery containing only one cell.

코인 셀(Coin cell): 전형적으로 원형인 작은 배터리. 코인 셀은 직경과 두께에 의해 특징지워진다.Coin Cell (Coin cell): Typically a small circular battery. A coin cell is characterized by its diameter and thickness.

전환 화합물(Conversion compound): 배터리가 방전될 때 다른 금속으로 대체되는, 하나 이상의 양이온을 포함하는 화합물. 예를 들어, 철(II) 셀레늄화물(FeSe)을 캐소드 재료로 사용하는 경우, Na 배터리 방전 동안 Fe는 Na에 의해 대체된다: Conversion compound : A compound containing one or more cations that is replaced by another metal when the battery is discharged. For example, when iron(II) selenide (FeSe) is used as the cathode material, Fe is replaced by Na during Na battery discharge:

2 Na+ + 2 e- + FeSe ↔ Na2Se + Fe2 Na + + 2 e - + FeSe ↔ Na 2 Se + Fe

쿨롱 효율(CE): 전기화학 반응을 촉진하는 시스템에서 전하가 전달되는 효율. CE는 방전 주기 동안 배터리에서 나가는 전하량을, 충전 주기 동안 배터리에 들어가는 전하량으로 나눈 값으로 정의할 수 있다. Li||Cu 또는 Na||Cu 셀의 CE는 스트리핑 공정 동안 배터리 밖으로 흐르는 전하량을, 도금 공정 동안 배터리에 유입되는 전하량으로 나눈 것으로 정의될 수 있다.Coulombic Efficiency (CE): Efficiency at which charge is transferred in a system that promotes an electrochemical reaction. CE can be defined as the amount of charge leaving the battery during the discharge cycle divided by the amount of charge entering the battery during the charge cycle. The CE of a Li||Cu or Na||Cu cell can be defined as the amount of charge flowing out of the battery during the stripping process divided by the amount of charge flowing into the battery during the plating process.

DEC: 디에틸 카보네이트 DEC : diethyl carbonate

DMC: 디메틸 카보네이트 DMC : Dimethyl carbonate

DME: 1,2-디메톡시에탄 DME : 1,2-dimethoxyethane

DMSO: 디메틸 술폭사이드 DMSO : dimethyl sulfoxide

DOL: 1,3-디옥솔란 DOL : 1,3-dioxolane

공여체 수(Donor number): 양이온을 용매화하는 용매의 능력과 같은, 루이스 염기성의 정량적 단위. 공여체 수는 1,2-디클로로에탄의 희석 용액에서 루이스 염기와 SbCl5 사이의 1:1 부가물 형성에 대한 음의 엔탈피 값으로 정의되며, 1,2-디클로로에탄은 공여체 수가 0이다. 공여체 수는 통상적으로 kcal/mol 단위로 보고 된다. 예를 들어, 아세토니트릴의 공여체 수는 14.1 kcal/mol이다. 다른 예로서, 디메틸 술폭사이드의 공여체 수는 29.8 kcal/mol이다. Donor number : A quantitative unit of Lewis basicity, such as the ability of a solvent to solvate a cation. The donor number is defined as the negative enthalpy value for the formation of a 1:1 adduct between a Lewis base and SbCl 5 in a dilute solution of 1,2-dichloroethane, where 1,2-dichloroethane has zero donor number. Donor numbers are usually reported in kcal/mol. For example, the donor number of acetonitrile is 14.1 kcal/mol. As another example, the donor number of dimethyl sulfoxide is 29.8 kcal/mol.

EC: 에틸렌 카보네이트 EC : Ethylene carbonate

전해질(Electrolyte): 전기전도성 매질로 작용하는 자유 이온을 함유하는 물질. 전해질은 통상적으로 용액 중에 이온을 포함하지만, 용융 전해질 및 고체 전해질도 알려져 있다. Electrolyte : A substance containing free ions that acts as an electrically conductive medium. Electrolytes typically contain ions in solution, but molten electrolytes and solid electrolytes are also known.

EMC: 에틸 메틸 카보네이트 EMC : ethyl methyl carbonate

EMS: 에틸 메틸 술폰 EMS : ethyl methyl sulfone

EOFB: 에톡시노나플루오로부탄 EOFB : ethoxynonafluorobutane

EVS: 에틸 비닐 술폰 EVS : ethyl vinyl sulfone

FEC: 플루오로에틸렌 카보네이트 FEC : Fluoroethylene carbonate

FCE: 제1 사이클 쿨롱 효율 FCE : first cycle coulombic efficiency

난연제(Flame retardant): 본 명세서에 사용되는 용어 "난연제"는, 전해질에 충분한 양으로 혼입될 때, 전해질을 본 명세서에 정의된 바와 같이 불연성 또는 난연성으로 만드는 작용제를 지칭한다. Flame retardant : As used herein, the term “flame retardant” refers to an agent that, when incorporated in an electrolyte in a sufficient amount, renders the electrolyte non-flammable or flame-retardant as defined herein.

가연성(Flammable): "가연성"이라는 용어는 쉽게 발화되고 빠르게 연소되는 재료를 지칭한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "불연성"은, 전해질이, 전해질을 포함하는 전기화학 장치의 작동 동안 발화되거나 연소하지 않는 것을 의미한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "난연성" 및 "저인화성"은 상호교환가능하고, 전해질의 일부가 일부 조건하에서 발화될 수 있지만, 그로 인한 어떠한 발화도 전해질 전체에 전파되지 않을 것을 의미한다. 가연성은 전해질의 자기 소화 시간(SET)을 결정하여 측정할 수 있다. SET는 수정된 Underwriters Laboratories 시험 표준 94 HB에 의해 측정된다. 전해질은 0.05 내지 0.10 g의 전해질을 흡수할 수 있는, 직경이 약 0.3 내지 0.5cm인 볼 심지와 같은, 불활성 볼 심지 상에 고정된다. 그 다음, 심지에 불을 붙이고, 불꽃이 꺼지는 시간을 기록한다. 시간은 샘플 무게에 대해 정규화(normalized)된다. 전해질이 불이 붙지 않으면, SET는 0이고 전해질은 불연성이다. SET가 6 s/g 미만인 전해질(예를 들어, 화염이 약 0.5초 이내에 소멸됨)도 또한 불연성으로 간주된다. SET가 > 20 s/g이면, 전해질은 가연성으로 간주된다. SET가 6 내지 20 s/g 사이이면, 전해질은 난연성 또는 저인화성을 갖는 것으로 간주된다. Flammable : The term “flammable” refers to a material that ignites easily and burns rapidly. As used herein, the term “non-combustible” means that the electrolyte does not ignite or burn during operation of an electrochemical device comprising the electrolyte. As used herein, the terms "flame retardant" and "low flammability" are interchangeable and mean that a portion of the electrolyte may ignite under some conditions, but no ignition resulting therefrom will propagate throughout the electrolyte. Flammability can be measured by determining the self-extinguishing time (SET) of the electrolyte. SET is measured by modified Underwriters Laboratories test standard 94 HB. The electrolyte is immobilized on an inert ball wick, such as a ball wick about 0.3 to 0.5 cm in diameter, capable of absorbing 0.05 to 0.10 g of electrolyte. Then, light the wick and record the time the flame extinguishes. Time is normalized to sample weight. If the electrolyte does not ignite, SET is 0 and the electrolyte is non-flammable. Electrolytes with a SET of less than 6 s/g (eg flame extinguishes within about 0.5 seconds) are also considered non-combustible. If SET is > 20 s/g, the electrolyte is considered flammable. If the SET is between 6 and 20 s/g, the electrolyte is considered to have flame retardancy or low flammability.

플루오르화 오르토포르메이트(Fluorinated orthoformate): 하기 화학식을 갖는 플루오르화 화합물로서, Fluorinated orthoformate : A fluorinated compound having the formula:

Figure pct00001
Figure pct00001

여기서, R, R' 및 R" 중 적어도 하나는 플루오로알킬이고, 다른 2개의 치환기들은 독립적으로 플루오로알킬 또는 알킬이다. 알킬 사슬은 선형 또는 분지형일 수 있다. R, R', 및 R"는 동일하거나 또는 서로 상이할 수 있다. R, R' 및 R" 중 하나 이상은 과불소화(perfluorinated)될 수 있다.wherein at least one of R, R' and R" is fluoroalkyl and the other two substituents are independently fluoroalkyl or alkyl. The alkyl chain may be linear or branched. R, R', and R" may be the same or different from each other. One or more of R, R' and R" may be perfluorinated.

플루오로알킬(Fluoroalkyl): 적어도 하나의 수소 원자가 플루오르 원자로 대체된 알킬기. 퍼플루오로알킬기는 모든 수소 원자가 플루오르 원자로 대체된 알킬기이다.Fluoro-alkyl (Fluoroalkyl): at least one hydrogen atom is replaced with fluorine atom in the alkyl group. A perfluoroalkyl group is an alkyl group in which all hydrogen atoms have been replaced by fluorine atoms.

플루오로알킬 에테르(하이드로플루오로에테르, HFE): 본 명세서에 사용되는 용어 플루오로알킬 에테르 및 HFE는 일반 화학식 R-O-R'을 갖는 플루오르화 에테르를 지칭하며, 여기서, R 및 R' 중 하나는 플루오로알킬이고, R 및 R' 중 다른 하나는 플루오로알킬 또는 알킬이다. 알킬 사슬은 선형 또는 분지형일 수 있다. 상기 플루오로알킬 에테르는 각각의 R 및 R'가 퍼플루오로알킬인 경우 퍼플루오르화될 수 있다. R 및 R'는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.Fluoroalkyl ether (hydrofluoroether, HFE): As used herein, the terms fluoroalkyl ether and HFE refer to a fluorinated ether having the general formula RO-R', wherein one of R and R' is fluoroalkyl, and the other of R and R' is fluoroalkyl or alkyl. The alkyl chain may be linear or branched. The fluoroalkyl ethers may be perfluorinated when each of R and R' is perfluoroalkyl. R and R' may be the same as or different from each other.

경질 탄소(Hard carbon): 흑연화될 수 없는(non-graphitizable) 탄소 재료. 상승된 온도(예를 들어, 1500 ℃ 초과)에서 경질 탄소는 실질적으로 비결정질으로 남아 있는 반면, "연질" 탄소는 결정화를 거쳐 흑연이 된다. Hard carbon : A non-graphitizable carbon material. At elevated temperatures (eg, above 1500° C.) hard carbon remains substantially amorphous, while “soft” carbon undergoes crystallization to become graphite.

비혼화성(Immiscible): 이 용어는 균일하게 혼합되거나 블렌딩될 수 없는 동일한 상태의 두 물질을 표현한다. 기름과 물은 두 개의 비혼화성 액체의 통상적인 예이다.Immiscible: This term describes two substances in the same state that cannot be uniformly mixed or blended. Oil and water are common examples of two immiscible liquids.

층간삽입(Intercalation): 재료(예를 들어, 이온 또는 분자)를 다른 재료의 마이크로구조에 삽입하는 것을 가리키는 용어. 예를 들어, 리튬 이온은 흑연(C6)에 삽입되거나, 또는 층간삽입되어, 리튬화 흑연(LiC6)을 형성할 수 있다. Intercalation : A term referring to the intercalation of a material (eg, ions or molecules) into the microstructure of another material. For example, the lithium ions can be formed of graphite or inserted in (C 6), or interlayer is inserted, lithiated graphite (LiC 6).

LiFSI: 리튬 비스(플루오로술포닐)이미드 LiFSI : Lithium bis(fluorosulfonyl)imide

LiTFSI: 리튬 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드 LiTFSI : Lithium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide

LiBOB: 리튬 비스(옥살라토)보레이트 LiBOB : Lithium bis(oxalato)borate

LiDFOB: 리튬 디플루오로 옥살라토 보레이트 LiDFOB : Lithium Difluorooxalatoborate

LiPAA: 리튬 폴리아크릴레이트 LiPAA : Lithium Polyacrylate

LSE: 국소적 초농축 전해질(localized superconcentrated electrolyte) LSE : localized superconcentrated electrolyte

MEC: 메틸렌 에틸렌 카보네이트 MEC : Methylene Ethylene Carbonate

MOFB: 메톡시노나플루오로부탄 MOFB : Methoxynonafluorobutane

OTE: 1H,1H,5H-옥타플루오로펜틸 1,1,2,2-테트라플루오로에틸 에테르 OTE : 1H,1H,5H-octafluoropentyl 1,1,2,2-tetrafluoroethyl ether

PC: 프로필렌 카보네이트 PC : propylene carbonate

포스페이트(Phosphate): 본 명세서에 사용된 포스페이트는 일반 화학식 P(=O)(OR)3을 갖는 유기포스페이트를 지칭하며, 여기서, 각각의 R은 독립적으로 알킬(예를 들어, C1 내지 C10 알킬) 또는 아릴이다. 각각의 알킬 또는 아릴기는 치환 또는 비치환될 수 있다. Phosphate : As used herein, phosphate refers to an organophosphate having the general formula P(=O)(OR) 3 , wherein each R is independently alkyl (eg, C 1 to C 10 ). alkyl) or aryl. Each alkyl or aryl group may be substituted or unsubstituted.

포스파이트(Phosphite): 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 포스파이트는 일반 화학식 P(OR)3 또는 HP(O)(OR)2를 갖는 유기포스파이트를 지칭하고, 여기서, 각각의 R은 독립적으로 알킬(예를 들어, C1 내지 C10 알킬) 또는 아릴이다. 각각의 알킬 또는 아릴기는 치환 또는 비치환될 수 있다. Phosphite : As used herein, phosphite refers to an organophosphite having the general formula P(OR) 3 or HP(O)(OR) 2 , wherein each R is independently alkyl (eg, C 1 to C 10 alkyl) or aryl. Each alkyl or aryl group may be substituted or unsubstituted.

포스포네이트(Phosphonate): 일반 화학식 P(=O)(OR)2(R')를 갖는 화합물로, 여기서, 각각의 R 및 R'는 독립적으로 알킬(예를 들어, C1 내지 C10 알킬), 또는 아릴이다. 각각의 알킬 또는 아릴기는 치환 또는 비치환될 수 있다. Phosphonate : A compound having the general formula P(=O)(OR) 2 (R′), wherein each R and R′ is independently an alkyl (eg, C 1 to C 10 alkyl ), or aryl. Each alkyl or aryl group may be substituted or unsubstituted.

포스포아미드(Phosphoramide): 일반 화학식 P(=O)(NR2)3을 갖는 화합물로, 각각의 R은 독립적으로 수소, 알킬(예를 들어, C1 내지 C10 알킬), 또는 알콕시(예를 들어, C1 내지 C10 알콕시)이다. 적어도 하나의 R은 수소가 아니다. 각각의 알킬 또는 아릴기는 치환 또는 비치환될 수 있다. Phosphoramide : a compound having the general formula P(=O)(NR 2 ) 3 , wherein each R is independently hydrogen, alkyl (eg, C 1 to C 10 alkyl), or alkoxy (eg for example, C 1 to C 10 alkoxy). At least one R is not hydrogen. Each alkyl or aryl group may be substituted or unsubstituted.

포스파젠(Phosphazene): 인(phosphorus) 원자가 이중 결합에 의해 질소 원자 또는 질소 함유 기에 공유결합되고, 단일 결합에 의해 3개의 다른 원자 또는 라디칼에 공유결합된 화합물.Phosphazene: A compound in which a phosphorus atom is covalently bonded to a nitrogen atom or a nitrogen-containing group by a double bond and to three other atoms or radicals by a single bond.

PI: 폴리이미드 PI : polyimide

세퍼레이터(Separator): 배터리 세퍼레이터는 애노드와 캐소드 사이에 배치된 다공성 시트 또는 필름이다. 이온 수송을 촉진하면서 애노드와 캐소드 사이의 물리적 접촉을 방지한다. Separator : A battery separator is a porous sheet or film disposed between an anode and a cathode. It prevents physical contact between the anode and cathode while promoting ion transport.

가용성(Soluble): 용매 중에 분자적으로 또는 이온적으로 분산되어 균일한 용액을 형성할 수 있는 가능성. 본 명세서에 사용되는 용어 "가용성"은 활성 염이 주어진 용매 중에서 적어도 1 mol/L(M, 몰 농도) 또는 적어도 1 mol/kg(m, 몰랄 농도)의 용해도를 갖는 것을 의미한다. Soluble : The ability to disperse molecularly or ionically in a solvent to form a homogeneous solution. As used herein, the term “soluble” means that the active salt has a solubility in a given solvent of at least 1 mol/L (M, molarity) or at least 1 mol/kg (m, molarity).

용액(Solution): 둘 이상의 물질로 이루어진 균질한 혼합물. 용질(소량 성분)은 용매(주성분)에 용해된다. 복수의 용질 및/또는 복수의 용매가 용액에 존재할 수 있다. Solution : A homogeneous mixture of two or more substances. A solute (minor component) is dissolved in a solvent (major component). A plurality of solutes and/or a plurality of solvents may be present in solution.

초농축(Superconcentrated): 본 명세서에서 사용되는 용어 "초농축 전해질"은 적어도 3 M의 염 농도를 갖는 전해질을 지칭한다. Superconcentrated : As used herein, the term “superconcentrated electrolyte” refers to an electrolyte having a salt concentration of at least 3 M.

TDFEO: 트리스(2,2-디플루오로에틸)오르토포르메이트 TDFEO : tris (2,2-difluoroethyl) orthoformate

TEPa: 트리에틸 포스페이트 TEPa : triethyl phosphate

TFEO: 트리스(2,2,2-트리플루오로에틸)오르토포르메이트 TFEO : tris (2,2,2-trifluoroethyl) orthoformate

TFTFE: 1,1,2,2,-테트라플루오로에틸-2,2,2-트리플루오로에틸 에테르 TFTFE : 1,1,2,2,-tetrafluoroethyl-2,2,2-trifluoroethyl ether

THFiPO: 트리스(헥사플루오로이소프로필)오르토포르메이트 THFiPO : Tris (hexafluoroisopropyl) orthoformate

TMPa: 트리메틸 포스페이트 TMPa : trimethyl phosphate

TMTS: 테트라메틸렌 술폰 또는 술폴란 TMTS : tetramethylene sulfone or sulfolane

TPFPO: 트리스(2,2,3,3,3-펜타플루오로프로필)오르토포르메이트 TPFPO : tris (2,2,3,3,3-pentafluoropropyl) orthoformate

TTE: 1,1,2,2-테트라플루오로에틸-2,2,3,3-테트라플루오로프로필 에테르 TTE : 1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether

TTPO: 트리스(2,2,3,3-테트라플루오로프로필)오르토포르메이트 TTPO : tris (2,2,3,3-tetrafluoropropyl) orthoformate

VC: 비닐렌 카보네이트 VC : vinylene carbonate

VEC: 4-비닐-1,3-디옥솔란-2-온 VEC : 4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one

II. 국소적 초농축 전해질II. topical superconcentrated electrolytes

초농축 전해질은 용매와 적어도 3 M의 염 농도를 갖는 염을 포함한다. 일부 초농축 전해질은 적어도 4 M 또는 적어도 5 M의 염 농도를 갖는다. 특정 예에서, 염의 몰랄 농도는 최대 20 m 이상, 예를 들어, 수성 LiTFSI일 수 있다. 도 1은 용매 및 리튬 염을 포함하는 종래의 초농축 전해질의 개략적인 예시다. 바람직하게는, 용매 분자의 전부 또는 대부분은 초농축 전해질에서 리튬 양이온과 회합된다. 회합되지 않은 자유 용매 분자의 감소된 존재는, 리튬 금속 애노드의 쿨롱 효율(CE) 및/또는 탄소(예를 들어, 흑연 및/또는 경질 탄소) 및/또는 규소 기반 애노드로의 Li 이온의 가역적 삽입을 증가시킬 수 있으며, 안정화된 고체 전해질 계면(SEI) 층의 형성을 촉진하거나, 및/또는 전해질을 포함하는 배터리의 사이클링 안정성을 증가시킨다. 그러나, 초농축 전해질은, 높은 재료 비용, 높은 점도, 및/또는 배터리 세퍼레이터 및/또는 전극의 부족한 젖음(poor wetting)과 같은 단점이 있다. 추가 용매를 사용한 희석은 하나 이상의 단점을 해결할 수 있지만, 희석은 자유 용매 분자를 생성하고 종종 CE를 감소시키며, 안정화된 SEI 층의 형성을 방해하거나, 및/또는 배터리의 사이클링 안정성을 감소시킨다.The super-concentrated electrolyte comprises a solvent and a salt having a salt concentration of at least 3 M. Some superconcentrated electrolytes have a salt concentration of at least 4 M or at least 5 M. In certain instances, the molar concentration of the salt may be up to 20 m or greater, eg, aqueous LiTFSI. 1 is a schematic illustration of a conventional super-concentrated electrolyte comprising a solvent and a lithium salt. Preferably, all or most of the solvent molecules are associated with lithium cations in the super-concentrated electrolyte. The reduced presence of non-associated free solvent molecules results in the coulombic efficiency (CE) of the lithium metal anode and/or the reversible insertion of Li ions into the carbon (eg, graphite and/or hard carbon) and/or silicon-based anodes. , promotes the formation of a stabilized solid electrolyte interfacial (SEI) layer, and/or increases the cycling stability of a battery comprising the electrolyte. However, super-concentrated electrolytes have disadvantages such as high material cost, high viscosity, and/or poor wetting of the battery separator and/or electrode. While dilution with additional solvents can address one or more disadvantages, dilution produces free solvent molecules and often reduces CE, prevents formation of a stabilized SEI layer, and/or reduces the cycling stability of the battery.

도 2는 예시적인 "국소적 초농축 전해질"(LSE)의 개략도이다. LSE는 리튬염, 리튬염이 용해되는 용매, 및 리튬염이 불용성 또는 난용성인 희석제를 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 리튬 이온은 희석제 첨가 후 용매 분자와 회합된 채로 남아 있다. 음이온은 또한, 리튬 이온에 근접하거나 리튬 이온과 회합된다. 따라서, 용매-양이온-음이온 응집체의 국소적 영역이 형성된다. 대조적으로, 리튬 이온 및 음이온은, 용액에 자유로이 남아 있는 희석제 분자와 회합되지 않는다. 국소적으로 농축된 염/용매 및 유리 희석제 분자의 영역을 갖는 이 전해질 구조의 증거는, 라만 분광법(예를 들어, US 2018/0251681 A1에 도시된 바와 같음, 본 명세서에 참조로 포함됨), NMR 특성분석, 및 분자 역학(MD) 시뮬레이션에 의해 보여진다. 따라서, 전체 용액은 도 1의 용액보다 덜 농축되지만, 리튬 양이온은 용매 분자와 회합되는 고농도의 국소적인 영역이 있다. 희석된 전해질 중에는 자유 용매 분자가 거의 없거나 전혀 없으므로, 관련된 단점 없이 초농축 전해질의 이점을 제공한다.2 is a schematic diagram of an exemplary “topical super-concentrated electrolyte” (LSE). LSE contains a lithium salt, a solvent in which the lithium salt is dissolved, and a diluent in which the lithium salt is insoluble or sparingly soluble. As shown in Figure 2, lithium ions remain associated with solvent molecules after addition of the diluent. Anions are also close to or associated with lithium ions. Thus, localized regions of solvent-cation-anion aggregates are formed. In contrast, lithium ions and anions do not associate with diluent molecules that remain free in solution. Evidence of this electrolyte structure, with regions of locally concentrated salt/solvent and free diluent molecules, was obtained by Raman spectroscopy (eg, as shown in US 2018/0251681 A1, incorporated herein by reference), NMR Characterization, and shown by molecular dynamics (MD) simulations. Thus, although the overall solution is less concentrated than the solution of Figure 1, there are localized regions of high concentration where lithium cations are associated with solvent molecules. There are few or no free solvent molecules in the diluted electrolyte, providing the advantages of a super-concentrated electrolyte without the associated disadvantages.

종래의 전해질 및 종래의 초농축 전해질은 종종 규소를 포함하는 애노드를 갖는 배터리 시스템에서 제한된 사이클 수명만을 제공한다. 일부 LSE는 또한, 규소를 포함하는 애노드에서 좋지 않은 결과를 제공한다. 일부 경우에, 전해질과 규소-함유 애노드의 상용성은 애노드에 존재하는 바인더의 조성에 적어도 부분적으로 의존한다. 그러나, 개시된 LSE의 특정 구현예는 위에서 논의된 문제의 일부 또는 전부를 해결할 수 있다. 탄소/규소 복합재료 기반의 애노드를 포함하는 규소 함유 애노드와 상용성인 것에 더하여, 개시된 LSE의 일부 구현예는 또한, 탄소 기반, 주석 기반, 및/또는 안티몬 기반 애노드와 상용성이다.Conventional electrolytes and conventional super-concentrated electrolytes often provide only limited cycle life in battery systems having an anode comprising silicon. Some LSEs also give poor results with anodes containing silicon. In some cases, the compatibility of the electrolyte with the silicon-containing anode depends, at least in part, on the composition of the binder present in the anode. However, certain implementations of the disclosed LSEs may address some or all of the problems discussed above. In addition to being compatible with silicon-containing anodes, including anodes based on carbon/silicon composites, some embodiments of the disclosed LSEs are also compatible with carbon-based, tin-based, and/or antimony-based anodes.

개시된 LSE의 구현예는 활성 염, 활성 염이 용매 A에 가용성인 용매 A, 및 활성 염이 희석제에 불용성이거나 난용성인 희석제를 포함한다. 본 명세서에 사용된 "난용성"은, 활성 염이, 용매 A에서의 활성 염의 용해도보다 적어도 10배 더 작은, 희석제 중에서의 용해도를 가짐을 의미한다.Embodiments of the disclosed LSE include an active salt, solvent A in which the active salt is soluble in solvent A, and a diluent in which the active salt is insoluble or sparingly soluble in the diluent. As used herein, "poorly soluble" means that the active salt has a solubility in the diluent that is at least 10 times less than the solubility of the active salt in solvent A.

용매 A(희석제의 부재 하에) 중 활성 염의 용해도는 3 M 초과, 예를 들어, 적어도 4 M 또는 적어도 5 M일 수 있다. 일부 구현예에서, 용매 A 중 활성 염의 용해도 및/또는 농도는, 3 M 내지 10 M, 예를 들어, 3 M 내지 8 M, 4 M 내지 8 M, 또는 5 M 내지 8 M의 범위 내이다. 용매 A가 물을 포함하는 경우와 같은 특정 구현예에서, 농도는 몰랄 농도로 표현될 수 있고, 용매 A 중 활성 염의 농도(희석제의 부재 하에)는 3 m 내지 25 m, 예를 들어, 5 m 내지 21 m, 또는 10 m 내지 21 m의 범위 내일 수 있다. 대조적으로, 전해질 전체(염, 용매 A, 및 희석제) 중에서 활성 염의 몰 농도 또는 몰랄 농도는 용매 A 중에서의 활성 염의 몰 농도 또는 몰랄 농도보다 적어도 20% 낮을 수 있고, 예를 들어, 용매 A 중에서의 활성 염의 몰 농도 또는 몰랄 농도보다 적어도 30%, 적어도 40%, 적어도 50%, 적어도 60%, 또는 심지어 적어도 70% 더 적을 수 있다. 예를 들어, 전해질 중에서 활성 염의 몰 농도 또는 몰랄 농도는, 용매 A 중에서의 활성 염의 몰 농도 또는 몰랄 농도보다 20% 내지 80%, 20% 내지 70%, 30% 내지 70%, 또는 30% 내지 50% 더 낮을 수 있다. 일부 구현예에서, 전해질 중에서 활성 염의 몰 농도는 0.5 M 내지 6 M, 0.5 M 내지 3 M, 0.5 M 내지 2 M, 0.75 M 내지 2 M, 또는 0.75 M 내지 1.5 M 범위 내이다.The solubility of the active salt in solvent A (in the absence of diluent) may be greater than 3 M, for example at least 4 M or at least 5 M. In some embodiments, the solubility and/or concentration of the active salt in solvent A is in the range of 3 M to 10 M, eg, 3 M to 8 M, 4 M to 8 M, or 5 M to 8 M. In certain embodiments, such as when solvent A comprises water, the concentration can be expressed in terms of molarity, wherein the concentration of active salt in solvent A (in the absence of diluent) ranges from 3 m to 25 m, e.g., 5 m to 21 m, or from 10 m to 21 m. In contrast, the molar concentration or molar concentration of the active salt in the entire electrolyte (salt, solvent A, and diluent) can be at least 20% lower than the molar concentration or molar concentration of the active salt in solvent A, e.g., in solvent A It may be at least 30%, at least 40%, at least 50%, at least 60%, or even at least 70% less than the molar concentration or molarity of the active salt. For example, the molar concentration or molar concentration of the active salt in the electrolyte is 20% to 80%, 20% to 70%, 30% to 70%, or 30% to 50% greater than the molar concentration or molar concentration of the active salt in solvent A. % could be lower. In some embodiments, the molar concentration of the active salt in the electrolyte is in the range of 0.5 M to 6 M, 0.5 M to 3 M, 0.5 M to 2 M, 0.75 M to 2 M, or 0.75 M to 1.5 M.

활성 염은, 전해질을 포함하는 셀의 충전 및 방전 과정에 참여하는 염, 또는 염들의 조합이다. 활성 염은, 예를 들어, 다른 산화 상태를 갖는 이온종 또는 금속 양이온 및 그의 상응하는 중성 금속 원자와 같은, 다른 산화 및 환원 상태를 갖는 산화환원 쌍을 형성할 수 있는 양이온을 포함한다. 일부 구현예에서, 활성 염은 알칼리 금속 염, 알칼리토금속 염, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합이다. 활성 염은 리튬 염 또는 리튬 염의 혼합물일 수 있다. 예시적인 염은 리튬 비스(플루오로술포닐)이미드(LiFSI), 리튬 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드(LiTFSI), 리튬 비스(옥살라토)보레이트(LiBOB), LiPF6, LiAsF6, LiBF4, LiN(SO2CF3)2, LiN(SO2F)2, LiCF3SO3, LiClO4, 리튬 디플루오로 옥살라토 보레이트(LiDFOB), LiI, LiBr, LiCl, LiOH, LiNO3, Li2SO4, 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 일부 구현예에서, 염은 LiFSI, LiTFSI, 또는 이들의 조합이다. 특정 실시예에서, 염은 LiFSI이다.An active salt is a salt, or a combination of salts, that participates in the charging and discharging process of the cell containing the electrolyte. Active salts include cations capable of forming redox pairs having different oxidation and reduction states, such as, for example, ionic species or metal cations having different oxidation states and their corresponding neutral metal atoms. In some embodiments, the active salt is an alkali metal salt, an alkaline earth metal salt, or a combination of any two or more thereof. The active salt may be a lithium salt or a mixture of lithium salts. Exemplary salts are lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI), lithium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (LiTFSI), lithium bis(oxalato)borate (LiBOB), LiPF 6 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiN(SO 2 CF 3 ) 2 , LiN(SO 2 F) 2 , LiCF 3 SO 3 , LiClO 4 , lithium difluorooxalatoborate (LiDFOB), LiI, LiBr, LiCl, LiOH, LiNO 3 , Li 2 SO 4 , and combinations thereof. In some embodiments, the salt is LiFSI, LiTFSI, or a combination thereof. In certain embodiments, the salt is LiFSI.

용매는 활성 염 또는 염 혼합물의 양이온과 회합(예를 들어, 용매화 또는 배위)한다. 활성염과 용매를 포함하는 초농축 전해질로 제조하면, 용매-양이온-음이온 응집체가 형성된다. 개시된 초농축 전해질의 일부 구현예는 애노드(예를 들어, 탄소 기반 및/또는 규소 기반, 주석 기반 또는 안티몬 기반 애노드), 캐소드(이온 층간삽입 및 전환 화합물을 포함하여), 및/또는 집전체(예를 들어, Cu, Al)에 대해 안정하지만, 이들은 저농도 전해질이 사용되거나 및/또는 다른 용매들이 사용될 때는 불안정할 수 있다.The solvent associates (eg, solvates or coordinates) with the cation of the active salt or salt mixture. When prepared with a super-concentrated electrolyte containing an active salt and a solvent, a solvent-cation-anion aggregate is formed. Some embodiments of the disclosed superconcentrated electrolytes include anodes (e.g., carbon-based and/or silicon-based, tin-based or antimony-based anodes), cathodes (including intercalation and conversion compounds), and/or current collectors ( For example, Cu, Al), but they may be unstable when low concentration electrolytes are used and/or other solvents are used.

용매 A로서 사용하기에 적합하기에 용매는 특정 카보네이트 용매, 에테르 용매, 인-함유 용매, 및 이들의 혼합물을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 일부 구현예에서, 용매 A는 카보네이트 용매, 난연제 화합물, 또는 이들의 조합을 포함하거나, 본질적으로 이루어지거나, 또는 이들로 구성된다. "~로 본질적으로 이루어진다"라는 용어는, 용매가 에테르, 물, 등과 같은 다른 용매들을 어떠한 인지할 수 있는 양(예를 들어, 1 wt% 초과하여)으로 포함하지 않는다는 것을 의미한다.적합한 카보네이트 용매는 디메틸 카보네이트(DMC), 에틸 메틸 카보네이트(EMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 비닐렌 카보네이트(VC), 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC), 디플루오로에틸렌 카보네이트(DFEC), 트리플루오로에틸렌 카보네이트(TFEC), 4-비닐-1,3-디옥솔란-2-온(VEC), 4-메틸렌-1,3-디옥솔란-2-온, 4-메틸렌 에틸렌 카보네이트(MEC), 메틸 2,2,2-트리플루오로에틸 카보네이트(MFEC), 4,5-디메틸렌-1,3-디옥솔란-2-온, 및 이들의 조합을 포함하나 이에 제한되지는 않는다.Solvents suitable for use as solvent A include, but are not limited to, certain carbonate solvents, ether solvents, phosphorus-containing solvents, and mixtures thereof. In some embodiments, solvent A comprises, consists essentially of, or consists of a carbonate solvent, a flame retardant compound, or a combination thereof. The term "consisting essentially of" means that the solvent does not include any appreciable amounts (eg, greater than 1 wt %) of other solvents such as ether, water, etc. Suitable carbonate solvents dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), diethyl carbonate (DEC), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), vinylene carbonate (VC), fluoroethylene carbonate (FEC), difluoro Roethylene carbonate (DFEC), trifluoroethylene carbonate (TFEC), 4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one (VEC), 4-methylene-1,3-dioxolan-2-one, 4 -methylene ethylene carbonate (MEC), methyl 2,2,2-trifluoroethyl carbonate (MFEC), 4,5-dimethylene-1,3-dioxolan-2-one, and combinations thereof Not limited.

적합한 난연제 화합물은 인 함유 화합물을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 용매 A의 난연제의 양은 전해질의 낮은 가연성 또는 불연성을 유지하기에 충분하다. 일부 구현예에서, 난연제 화합물은 하나 이상의 유기인 화합물(예를 들어, 유기 포스페이트, 포스파이트, 포스포네이트, 포스포르아미드), 포스파젠, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합을 포함한다. 유기 포스페이트, 포스파이트, 포스포네이트, 포스포르아미드는 치환 및 비치환된 지방족 및 아릴 포스페이트, 포스파이트, 포스포네이트, 및 포스포르아미드를 포함한다. 포스파젠은 유기 또는 무기일 수 있다. 예시적인 난연제 화합물은, 예를 들어, TMPa, TEPa, 트리부틸 포스페이트, 트리페닐 포스페이트, 트리스(2,2,2-트리플루오로에틸) 포스페이트, 비스(2,2,2-트리플루오로에틸) 메틸 포스페이트, 트리메틸 포스파이트, 트리페닐 포스파이트, 트리스(2,2,2-트리플루오로에틸) 포스파이트, 디메틸 메틸포스포네이트, 디에틸 에틸포스포네이트, 디에틸 페닐포스포네이트, 비스(2,2,2-트리플루오로에틸) 메틸포스포네이트, 헥사메틸포스포르아미드, 헥사메톡시포스파젠(사이클로-트리스(디메톡시포스포니트릴), 헥사메톡시사이클로트라이포스파젠), 헥사플루오로포스파젠(헥사플루오로사이클로트라이포스파젠), 및 이들의 조합을 포함한다. 일부 구현예에서, 저인화성 또는 불연성 LSE는 적어도 5 wt% 또는 적어도 10 wt%의 난연제 화합물을 포함한다. 특정 구현예에서, 저인화성 또는 불연성 LSE는 5 wt% 내지 75 wt%의 난연제 화합물을 포함하며, 예를 들어, 5 wt% 내지 60 wt%, 5 wt% 내지 50 wt%, 5 wt% 내지 40 wt% 또는 5 wt% 내지 30 wt%, 10 wt% 내지 60 wt%, 10 wt% 내지 50 wt%, 10 wt% 내지 40 wt%, 또는 10 wt% 내지 30 wt%의 난연제 화합물을 포함한다.Suitable flame retardant compounds include, but are not limited to, phosphorus containing compounds. The amount of flame retardant in solvent A is sufficient to maintain low flammability or non-flammability of the electrolyte. In some embodiments, the flame retardant compound comprises one or more organophosphorus compounds (eg, organic phosphates, phosphites, phosphonates, phosphoramides), phosphazenes, or combinations of any two or more thereof. Organic phosphates, phosphites, phosphonates, phosphoramides include substituted and unsubstituted aliphatic and aryl phosphates, phosphites, phosphonates, and phosphoramides. Phosphazenes may be organic or inorganic. Exemplary flame retardant compounds include, for example, TMPa, TEPa, tributyl phosphate, triphenyl phosphate, tris(2,2,2-trifluoroethyl) phosphate, bis(2,2,2-trifluoroethyl) Methyl phosphate, trimethyl phosphite, triphenyl phosphite, tris(2,2,2-trifluoroethyl) phosphite, dimethyl methylphosphonate, diethyl ethylphosphonate, diethyl phenylphosphonate, bis( 2,2,2-trifluoroethyl) methylphosphonate, hexamethylphosphoramide, hexamethoxyphosphazene (cyclo-tris(dimethoxyphosphonitrile), hexamethoxycyclotriphosphazene), hexafluoro lophosphazene (hexafluorocyclotriphosphazene), and combinations thereof. In some embodiments, the low flammable or non-flammable LSE comprises at least 5 wt % or at least 10 wt % of the flame retardant compound. In certain embodiments, the low flammable or non-flammable LSE comprises 5 wt % to 75 wt % of a flame retardant compound, e.g., 5 wt % to 60 wt %, 5 wt % to 50 wt %, 5 wt % to 40 wt % wt% or 5 wt% to 30 wt%, 10 wt% to 60 wt%, 10 wt% to 50 wt%, 10 wt% to 40 wt%, or 10 wt% to 30 wt% of the flame retardant compound.

일부 구현예에서, 용매 A는 FEC 이외의 카보네이트, 난연제 화합물, 또는 이들의 조합을 포함한다. 특정 구현예에서, FEC 이외의 카보네이트, 난연제 화합물, 또는 이들의 조합은 적어도 50　wt%, 적어도 60 wt%, 적어도 70 wt%, 적어도 80 wt%, 또는 적어도 90 wt%의 용매 A를 포함한다. 일부 구현예에서, 용매 A는 EC, EMC, TEPa, 또는 이들의 조합이다. 일 구현예에서, 용매 A는 EC 및 EMC를 포함하거나, 이들로 본질적으로 이루어지거나, 또는 이들로 이루어지며, 여기서, EC 및 EMC는 2:8 내지 4:6의 중량비로 존재한다. 일부 실시예에서, 용매 A는, 중량을 기준으로 하여, 3:7의 비율로 EC-EMC를 포함하거나, 이들로 본질적으로 이루어지거나, 또는 이들로 이루어진다. 독립적인 구현예에서, 용매 A는 TEPa를 포함하거나, 본질적으로 TEPa로 이루어지거나, 또는 TEPa로 이루어진다.In some embodiments, solvent A comprises a carbonate other than FEC, a flame retardant compound, or a combination thereof. In certain embodiments, the carbonate other than FEC, flame retardant compound, or combination thereof comprises at least 50 wt%, at least 60 wt%, at least 70 wt%, at least 80 wt%, or at least 90 wt% of solvent A. In some embodiments, solvent A is EC, EMC, TEPa, or a combination thereof. In one embodiment, solvent A comprises, consists essentially of, or consists of EC and EMC, wherein EC and EMC are present in a weight ratio of 2:8 to 4:6. In some embodiments, solvent A comprises, consists essentially of, or consists of EC-EMC in a ratio of 3:7 by weight. In an independent embodiment, solvent A comprises, consists essentially of, or consists of TEPa.

상기 구현예 중 어느 하나에 있어서, 용매 A는 FEC를 더 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 전해질은 0 초과 내지 30 wt%의 FEC를 더 포함하고, 예를 들어, 0 초과 내지 20 wt%의 FEC, 0 초과 내지 10 wt%의 FEC, 0.1 wt% 내지 30 wt%의 FEC, 0.5 wt% 내지 30 wt%의 FEC, 2 wt% 내지 30 wt%의 FEC, 5 wt% 내지 30 wt%의 FEC, 2 wt% 내지 10 wt%의 FEC, 또는 5 wt% 내지 10 wt%의 FEC를 더 포함한다. 다른 구현예에서, 전해질은 0 초과 내지 10 mol%의 FEC, 예를 들어 0.2 mol% 내지 10 mol%의 FEC를 포함한다. 일 구현예에서, 용매 A는 EC, EMC, 및 FEC를 포함하거나, 이들로 본질적으로 이루어지거나, 이들로 이루어지며, 여기서 EC 및 EMC는 2:8 내지 4:6의 중량비로 존재한다. 일부 실시예에서, 용매 A는 3:7 중량비의 EC-EMC 및 FEC를 포함하거나, 이들로 본질적으로 이루어지거나, 또는 이들로 이루어진다. 독립적인 구현예에서, 용매 A는 TEPa 및 FEC를 포함하거나, 이들로 본질적으로 이루어지거나, 또는 이들로 이루어진다.In any of the above embodiments, solvent A may further comprise FEC. In some embodiments, the electrolyte further comprises greater than 0 to 30 wt % FEC, e.g., greater than 0 to 20 wt % FEC, greater than 0 to 10 wt % FEC, 0.1 wt % to 30 wt % FEC FEC, 0.5 wt% to 30 wt% FEC, 2 wt% to 30 wt% FEC, 5 wt% to 30 wt% FEC, 2 wt% to 10 wt% FEC, or 5 wt% to 10 wt% of the FEC. In another embodiment, the electrolyte comprises greater than 0 to 10 mol % FEC, for example 0.2 mol % to 10 mol % FEC. In one embodiment, solvent A comprises, consists essentially of, or consists of EC, EMC, and FEC, wherein EC and EMC are present in a weight ratio of 2:8 to 4:6. In some embodiments, solvent A comprises, consists essentially of, or consists of EC-EMC and FEC in a 3:7 weight ratio. In an independent embodiment, solvent A comprises, consists essentially of, or consists of TEPa and FEC.

활성 염의 농도는 전해질 중에서 자유 용매 A의 분자 수를 최소화하도록 선택될 수 있다. 용매 A의 하나 보다 많은 분자가 활성 염의 각각의 양이온과 회합될 수 있거나 및/또는 활성 염의 하나 보다 많은 양이온이 용매 A의 각각의 분자와 회합될 수 있기 때문에, 용매 A에 대한 활성 염의 몰비는 1:1이 아닐 수 있다. 일부 구현예에서, 활성 염 대 용매 A의 몰비(염의 몰/용매 A의 몰)는 0.33 내지 1.5의 범위 내, 예를 들어, 0.5 내지 1.5, 0.67 내지 1.5, 0.8 내지 1.2, 또는 0.9 내지 1.1의 범위 내이다.The concentration of active salt may be selected to minimize the number of molecules of free solvent A in the electrolyte. Since more than one molecule of solvent A may be associated with each cation of the active salt and/or more than one cation of active salt may be associated with each molecule of solvent A, the molar ratio of active salt to solvent A is 1 It may not be :1. In some embodiments, the molar ratio of active salt to solvent A (moles of salt/moles of solvent A) is in the range of 0.33 to 1.5, for example, 0.5 to 1.5, 0.67 to 1.5, 0.8 to 1.2, or 0.9 to 1.1. is within range

희석제는 활성 염이 불용성이거나 난용성인 성분, 즉, 용매 A에 대한 활성 염의 용해도보다 적어도 10배 낮은 용해도를 갖는 성분이다. 예를 들어, 염이 용매 A 중에서 5 M의 용해도를 갖는 경우, 희석제는 염이 희석제 중에서 0.5 M 미만의 용해도를 갖도록 선택된다. 일부 구현예에서, 용매 A 중에서의 활성 염의 용해도가, 희석제 중에서의 활성 염의 용해도보다 적어도 10배, 적어도 15배, 적어도 20배, 적어도 25배, 적어도 30배, 적어도 40배, 또는 적어도 50배 더 크다. 희석제는 낮은 활성 염 농도(예를 들어, 3 M 이하)에서 또는 심지어 활성 염 없이도, 양극, 음극, 및 집전체와 함께 안정하도록 선택된다. 일부 구현예에서, 희석제는 낮은 유전 상수(예를 들어, 상대 유전 상수 ≤ 7) 및/또는 낮은 공여체 수(예를 들어, 공여체 수 ≤ 10)를 갖도록 선택된다. 유리하게는, 희석제는 용매 A-양이온-음이온 응집체의 용매화 구조를 방해하지 않으며, 활성 염과 상호 작용하지 않기 때문에 불활성으로 간주된다. 다시 말해서, 희석제 분자와 활성 염 양이온 사이에는 의미있는 배위나 회합이 없다. 활성 염 양이온은 용매 A 분자와 회합된 상태로 남아 있다. 따라서, 전해질이 희석되더라도, 전해질 중에는 자유 용매 A 분자가 거의 없거나 전혀 없다. A diluent is a component in which the active salt is insoluble or sparingly soluble, i.e., a component having a solubility at least 10 times lower than the solubility of the active salt in solvent A. For example, if the salt has a solubility of 5 M in solvent A, the diluent is selected such that the salt has a solubility of less than 0.5 M in the diluent. In some embodiments, the solubility of the active salt in solvent A is at least 10-fold, at least 15-fold, at least 20-fold, at least 25-fold, at least 30-fold, at least 40-fold, or at least 50-fold greater than the solubility of the active salt in the diluent. Big. The diluent is selected to be stable with the positive electrode, negative electrode, and current collector at low active salt concentrations (eg, 3 M or less) or even without active salt. In some embodiments, the diluent is selected to have a low dielectric constant (eg, relative dielectric constant < 7) and/or a low number of donors (eg, donor number < 10). Advantageously, the diluent is considered inert because it does not interfere with the solvated structure of the solvent A-cation-anion aggregate and does not interact with the active salt. In other words, there is no significant coordination or association between the diluent molecule and the active salt cation. The active salt cation remains associated with the solvent A molecule. Thus, even when the electrolyte is diluted, there are few or no free solvent A molecules in the electrolyte.

일부 구현예에서, 희석제는 비양성자성(aprotic) 유기용매를 포함한다. 특정 구현예에서, 희석제는, 하이드로플루오로에테르(HFE)(플루오로알킬 에테르로도 지칭됨) 또는 플루오르화 오르토포르메이트와 같은, 넓은 전기화학적 안정성 범위(예를 들어, > 4.5 V)를 갖는 플루오르화 용매이다. HFE는 유리하게는 낮은 유전 상수, 낮은 공여체 수, 활성 염의 금속(예를 들어, 리튬, 소듐, 및/또는 마그네슘)과의 환원 안정성, 및/또는 전자를 끄는 불소 원자로 인한 산화에 대한 높은 안정성을 갖는다. 예시적인 플루오르화 용매는 1,1,2,2-테트라플루오로에틸-2,2,3,3-테트라플루오로프로필 에테르(TTE), 비스(2,2,2-트리플루오로에틸) 에테르(BTFE), 1,1,2,2-테트라플루오로에틸-2,2,2-트리플루오로에틸 에테르(TFTFE), 1H,1H,5H-옥타플루오로펜틸 1,1,2,2-테트라플루오로에틸 에테르, 메톡시노나플루오로부탄(MOFB), 에톡시노나플루오로부탄(EOFB), 트리스(2,2,2-트리플루오로에틸)오르토포르메이트(TFEO), 트리스(헥사플루오로이소프로필)오르토포르메이트(THFiPO), 트리스(2,2-디플루오로에틸)오르토포르메이트(TDFEO), 비스(2,2,2-트리플루오로에틸) 메틸 오르토포르메이트(BTFEMO), 트리스(2,2,3,3,3-펜타플루오로프로필)오르토포르메이트(TPFPO), 트리스(2,2,3,3-테트라플루오로프로필)오르토포르메이트(TTPO) 및 이들의 조합을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.In some embodiments, the diluent comprises an aprotic organic solvent. In certain embodiments, diluents have a broad electrochemical stability range (eg, >4.5 V), such as hydrofluoroethers (HFEs) (also referred to as fluoroalkyl ethers) or fluorinated orthoformates. It is a fluorinated solvent. HFE advantageously exhibits a low dielectric constant, low donor number, reduction stability of active salts with metals (e.g., lithium, sodium, and/or magnesium), and/or high stability against oxidation due to electron withdrawing fluorine atoms. have Exemplary fluorinated solvents are 1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether (TTE), bis(2,2,2-trifluoroethyl) ether (BTFE), 1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2,2,2-trifluoroethyl ether (TFTFE), 1H,1H,5H-octafluoropentyl 1,1,2,2- Tetrafluoroethyl ether, methoxynonafluorobutane (MOFB), ethoxynonafluorobutane (EOFB), tris(2,2,2-trifluoroethyl)orthoformate (TFEO), tris(hexafluoro loisopropyl) orthoformate (THFiPO), tris (2,2-difluoroethyl) orthoformate (TDFEO), bis (2,2,2-trifluoroethyl) methyl orthoformate (BTFEMO), Tris (2,2,3,3,3-pentafluoropropyl) orthoformate (TPFPO), tris (2,2,3,3-tetrafluoropropyl) orthoformate (TTPO) and combinations thereof including, but not limited to.

가연성 플루오로알킬 에테르:Flammable fluoroalkyl ethers:

Figure pct00002

TTE - BP 92 ℃, FP 27.5 ℃
Figure pct00002

TTE - BP 92℃, FP 27.5℃
Figure pct00003

BTFE - BP 62-63 ℃, FP 1 ℃
Figure pct00003

BTFE - BP 62-63℃, FP 1℃
Figure pct00004

TFTFE - BP 56.7 ℃, FP n/a
Figure pct00004

TFTFE - BP 56.7 °C, FP n/a
Figure pct00005

OTE - BP 133 ℃, FP n/a
Figure pct00005

OTE - BP 133 °C, FP n/a 불연성 플루오로알킬 에테르:Non-flammable fluoroalkyl ethers:
Figure pct00006

MOFB - 2개의 이성질체의 혼합물
BP 60 ℃, 자연 발화 온도 405 ℃
Figure pct00006

MOFB - mixture of two isomers
BP 60℃, auto-ignition temperature 405℃
Figure pct00007

EOFB - 2개의 이성질체의 혼합물
BP 76 ℃, 자연 발화 온도 434 ℃
Figure pct00007

EOFB - mixture of two isomers
BP 76 ℃, auto-ignition temperature 434 ℃ 플루오르화 오르토포르메이트:Fluorinated orthoformates:
Figure pct00008

트리스(2,2,2-트리플루오로에틸)오르토포르메이트(TFEO, BP 144 내지 146 ℃, FP 60 ℃)
Figure pct00008

Tris (2,2,2-trifluoroethyl) orthoformate (TFEO, BP 144 to 146 ° C, FP 60 ° C)
Figure pct00009

트리스(헥사플루오로이소프로필)오르토포르메이트(THFiPO, BP 188 ± 35 ℃*)
Figure pct00009

Tris(hexafluoroisopropyl)orthoformate (THFiPO, BP 188 ± 35 °C*)
Figure pct00010

트리스(2,2-디플루오로에틸)오르토포르메이트(TDFEO, BP 147 ± 35 ℃)
Figure pct00010

Tris (2,2-difluoroethyl) orthoformate (TDFEO, BP 147 ± 35 ° C)
Figure pct00011

비스(2,2,2-트리플루오로에틸) 메틸 오르토포르메이트
(BTFEMO, BP 119 ± 35 ℃)
Figure pct00011

Bis(2,2,2-trifluoroethyl) methyl orthoformate
(BTFEMO, BP 119 ± 35 °C)
Figure pct00012

트리스(2,2,3,3,3-펜타플루오로프로필)오르토포르메이트
(TPFPO, BP 191 ± 35 ℃)
Figure pct00012

Tris(2,2,3,3,3-pentafluoropropyl)orthoformate
(TPFPO, BP 191 ± 35 °C)
Figure pct00013

트리스(2,2,3,3-테트라플루오로프로필)오르토포르메이트
(TTPO, BP 223 ℃)
Figure pct00013

Tris(2,2,3,3-tetrafluoropropyl)orthoformate
(TTPO, BP 223 °C)

*±35 ℃로 표시된 끓는점은 ChemDraw® 소프트웨어(PerkinElmer)에 의해 예측된다. 희석제는 가연성 또는 불연성일 수 있다. *Boiling points expressed as ±35 °C are predicted by ChemDraw ® software (PerkinElmer). The diluent may be flammable or non-flammable.

일부 구현예에서, 불연성 플루오로알킬 에테르 또는 플루오르화 오르토포르메이트를 선택하는 것은 실용적인 충전식 배터리의 안전성을 상당히 개선시킨다. 예를 들어, MOFB 및 EOFB는 불연성 선형 플루오로알킬 에테르이다. 플루오르화 오르토포르메이트의 일부 구현예는 다른 플루오로알킬 에테르보다 더 높은 끓는점, 더 높은 인화점, 및 더 낮은 증기압을 갖는다. 예를 들어, 비스(2,2,2-트리플루오로에틸) 에테르(BTFE)는 끓는점이 62 ℃ 내지 63 ℃이고, 인화점은 1 ℃이며, 1,1,2,2-테트라플루오로에틸-2,2,3,3-테트라플루오로프로필 에테르(TTE)는 끓는점이 92 ℃이고 인화점이 27.5 ℃이다. 이들 특성은 고온에서 적용분야를 제한하고, 열 문제와 관련된 일부 안전 문제를 제기할 수 있다. 대조적으로, 플루오르화 오르토포르메이트의 더 높은 끓는점, 더 높은 인화점, 및 더 낮은 증기압은 희석제의 증발을 감소시켜, 전해질 조성을 더 쉽게 제어할 수 있게 한다. 추가적으로, 더 높은 끓는점은, 배터리가 승온, 예를 들어, 55 ℃까지의 온도에서 작동할 때, 증가된 안정성을 갖는 전해질을 제공할 수 있다. 예를 들어, TFEO는 끓는점이 144 ℃ 내지 146 ℃이고 인화점이 60°C이다. 개시된 플루오르화 오르토포르메이트의 구현예는 또한, 낮은 용융점 및 넓은 전기화학적 안정성 범위를 갖는다. 특정 구현예에서, 용매 A가 전해질을 난연성 또는 불연성이 되도록 하기에 충분한 양으로 난연제 화합물을 포함하는 경우, 가연성 희석제가 사용될 수 있다. 다른 구현예에서, 시스템의 예상되는 작동 조건이 상대적으로 위험하지 않은 경우(예를 들어, 상대적으로 낮은 작동 온도), 가연성 희석제가 사용될 수 있다.In some embodiments, selecting a non-flammable fluoroalkyl ether or fluorinated orthoformate significantly improves the safety of practical rechargeable batteries. For example, MOFB and EOFB are nonflammable linear fluoroalkyl ethers. Some embodiments of fluorinated orthoformates have higher boiling points, higher flash points, and lower vapor pressures than other fluoroalkyl ethers. For example, bis(2,2,2-trifluoroethyl) ether (BTFE) has a boiling point of 62 °C to 63 °C, a flash point of 1 °C, and 1,1,2,2-tetrafluoroethyl- 2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether (TTE) has a boiling point of 92 °C and a flash point of 27.5 °C. These properties limit their applications at high temperatures and can pose some safety concerns related to thermal issues. In contrast, the higher boiling point, higher flash point, and lower vapor pressure of fluorinated orthoformate reduces evaporation of the diluent, allowing easier control of the electrolyte composition. Additionally, a higher boiling point may provide an electrolyte with increased stability when the battery is operated at elevated temperatures, eg, temperatures up to 55°C. For example, TFEO has a boiling point of 144 °C to 146 °C and a flash point of 60 °C. Embodiments of the disclosed fluorinated orthoformates also have low melting points and broad electrochemical stability ranges. In certain embodiments, a flammable diluent may be used when solvent A comprises a flame retardant compound in an amount sufficient to render the electrolyte flame retardant or non-flammable. In other embodiments, when the expected operating conditions of the system are relatively non-hazardous (eg, relatively low operating temperatures), a flammable diluent may be used.

개시된 LSE의 일부 구현예에서, 용매 A의 분자의 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 96%, 적어도 97%, 적어도 98%, 또는 적어도 99%가 활성 염의 양이온과 회합된다(예를 들어, 용매화되거나 또는 배위된다). 특정 구현예에서, 희석제 분자의 10% 미만, 예를 들어, 5% 미만, 4% 미만, 3% 미만, 또는 2% 미만이 활성 염의 양이온과 회합된다. 회합의 정도는, 라만 스펙트럼에서 양이온과 회합된 용매 분자 및 유리 용매의 피크 강도 비율을 계산하거나, NMR 스펙트럼을 사용하는 것과 같은, 임의의 적합한 수단에 의해 정량화될 수 있다.In some embodiments of the disclosed LSEs, at least 90%, at least 95%, at least 96%, at least 97%, at least 98%, or at least 99% of the molecules of solvent A are associated with a cation of the active salt (e.g., a solvent plume or coordinated). In certain embodiments, less than 10%, eg, less than 5%, less than 4%, less than 3%, or less than 2% of the diluent molecules are associated with the cations of the active salt. The degree of association can be quantified by any suitable means, such as by calculating the ratio of the peak intensities of the free solvent and solvent molecules associated with the cations in the Raman spectrum, or using an NMR spectrum.

용매 A와 희석제의 상대적인 양은, 전해질 재료의 비용을 줄이거나, 전해질의 점도를 낮추거나, 고압 캐소드에서 산화에 대한 전해질의 안정성을 유지하거나, 전해질의 이온 전도도를 개선하거나, 전해질의 적심성(wetting ability)을 개선하거나, 안정한 고체 전해질 계면(SEI) 층의 형성을 용이하게 하거나, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합을 만족하도록 선택된다. 일 구현예에서, 전해질 중에서 용매 A 대 희석제(용매 A의 몰/희석제의 몰)의 몰비는 0.2 내지 5의 범위 내, 예를 들어, 0.2 내지 4, 0.2 내지 3, 또는 0.2 내지 2의 범위 내에 있다. 독립적인 구현예에서, 전해질 중에서 용매 A 대 희석제(용매의 L/희석제의 L)의 부피비는 0.2 내지 5의 범위 내, 예를 들어, 0.25 내지 4 또는 0.33 내지 3의 범위 내이다. 또 다른 독립적인 구현예에서, 전해질 중에서 용매 A 대 희석제(용매의 g/ 희석제의 g)의 질량비는 0.2 내지 5의 범위 내, 예를 들어, 0.25 내지 4 또는 0.33 내지 3의 범위 내이다.The relative amounts of solvent A and diluent can reduce the cost of the electrolyte material, lower the viscosity of the electrolyte, maintain the stability of the electrolyte against oxidation at high pressure cathodes, improve the ionic conductivity of the electrolyte, or improve the wetting of the electrolyte. ability), facilitate the formation of a stable solid electrolyte interfacial (SEI) layer, or satisfy a combination of any two or more thereof. In one embodiment, the molar ratio of solvent A to diluent (moles of solvent A/moles of diluent) in the electrolyte is in the range of 0.2 to 5, such as in the range of 0.2 to 4, 0.2 to 3, or 0.2 to 2 have. In an independent embodiment, the volume ratio of solvent A to diluent (L of solvent/L of diluent) in the electrolyte is in the range of 0.2 to 5, such as in the range of 0.25 to 4 or 0.33 to 3. In another independent embodiment, the mass ratio of solvent A to diluent (g of solvent/g of diluent) in the electrolyte is in the range of 0.2 to 5, such as in the range of 0.25 to 4 or 0.33 to 3.

유리하게는, 개시된 LSE의 특정 구현예는 전해질의 성능을 희생하지 않으면서 활성 염의 상당한 희석을 허용한다. 활성염의 양이온과 용매 A의 분자 사이의 상호작용으로 인해, 전해질의 거동은 용매 A 중의 활성염의 농도에 더 가깝게 해당한다. 그러나, 희석제가 존재하기 때문에, 전해질 중에서의 활성 염의 몰 농도는 용매 A 중에서의 활성 염의 몰 농도보다 적어도 20% 더 낮을 수 있다. 특정 구현예에서, 전해질 중에서의 활성 염의 몰 농도는 용매 A 중에서의 활성 염의 몰 농도보다 적어도 25%, 적어도 30%, 적어도 40%, 적어도 50%, 적어도 60%, 적어도 70%, 또는 심지어 적어도 80% 더 낮다. 희석제를 포함하면, 전해질 비용이 감소하고(더 적은 염이 사용됨), 전해질 점도가 감소하는 동시에, 고농도 전해질의 고유한 기능과 이점이 유지된다.Advantageously, certain embodiments of the disclosed LSEs allow for significant dilution of the active salt without sacrificing the performance of the electrolyte. Due to the interaction between the cations of the active salt and the molecules of solvent A, the behavior of the electrolyte corresponds more closely to the concentration of the active salt in solvent A. However, because the diluent is present, the molar concentration of the active salt in the electrolyte can be at least 20% lower than the molar concentration of the active salt in solvent A. In certain embodiments, the molar concentration of the active salt in the electrolyte is at least 25%, at least 30%, at least 40%, at least 50%, at least 60%, at least 70%, or even at least 80% greater than the molar concentration of the active salt in solvent A. % lower. The inclusion of a diluent reduces electrolyte cost (less salts are used), reduces electrolyte viscosity, while maintaining the inherent functions and benefits of high concentration electrolytes.

일부 구현예에서, 양이온-음이온-용매 응집체의 형성은 또한, 활성 염의 음이온(예를 들어, FSI-)의 최저 비점유 분자 오비탈(LUMO) 에너지를 감소시켜, 이들이 안정한 SEI를 형성할 수 있다. 예를 들어, 전도 밴드의 LUMO가 용매 분자(예를 들어, DMC)에 위치하면, 용매 분자가 먼저 양극에서 환원 분해되어, 유기 또는 폴리머성 성분이 풍부하고 기계적으로 덜 안정적인 SEI 층이 생성되므로, 사이클링 시 빠른 용량 저하로 이어진다. 대조적으로, 개시된 LSE의 특정 구현예에서 활성 염의 음이온(예를 들어, FSI-)의 전도 밴드의 가장 낮은 에너지 준위가 용매(예를 들어, DMC)의 전도 밴드의 에너지 준위보다 더 낮을 때, 용매 분자 대신 활성 염의 음이온이 분해되어, 무기 성분(예를 들어, LiF, Li2CO3, Li2O, 등)이 풍부한 안정한 SEI를 형성하여, 기계적으로 견고하고 후속 사이클링 과정 동안 열화로부터 양극을 보호할 수 있음을 나타낸다.In some embodiments, the formation of cation-anion-solvent aggregates also reduces the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) energy of the anions (eg, FSI − ) of the active salt, so that they can form stable SEIs. For example, if the LUMO of the conduction band is located in a solvent molecule (e.g. DMC), the solvent molecule is first reductively decomposed at the anode, resulting in an SEI layer rich in organic or polymeric components and less mechanically stable, Leads to rapid capacity degradation when cycling. In contrast, in certain embodiments of the disclosed LSE, when the lowest energy level of the conduction band of the anion (eg FSI − ) of the active salt is lower than the energy level of the conduction band of the solvent (eg DMC), the solvent Instead of molecules, the anions of the active salt decompose to form a stable SEI rich in inorganic components (eg, LiF, Li 2 CO 3 , Li 2 O, etc.), which is mechanically robust and protects the anode from degradation during subsequent cycling processes indicates that you can

일부 구현예에서, 희석제는 용매 A와 혼화성이다. 다른 구현예에서, 희석제는, 예를 들어, 용매 A가 물을 포함하고 희석제가 본 명세서에 개시된 플루오르화 유기 용매인 경우, 용매 A와 비혼화성이다. 용매 A와 희석제가 비혼화성인 경우, 전해질은 희석제로 효과적으로 희석되지 않을 수 있다.In some embodiments, the diluent is miscible with solvent A. In other embodiments, the diluent is immiscible with solvent A, for example, when solvent A comprises water and the diluent is a fluorinated organic solvent disclosed herein. If solvent A and the diluent are immiscible, the electrolyte may not be effectively diluted with the diluent.

따라서, 일부 구현예에서, 희석제가 용매 A와 비혼화성인 경우, 전해질은 다리 용매(bridge solvent)를 더 포함한다. 다리 용매는 용매 A 또는 희석제와 다른 화학적 조성을 갖는다. 다리 용매는 용매 A 및 희석제 둘 다와 혼화될 수 있도록 선택되어, 용매 A, 및 희석제의 실제 혼화성을 향상시킨다. 일부 구현예에서, 다리 용매의 분자는 극성 말단 또는 모이어티, 및 비극성 말단 또는 모이어티 둘 다를 포함하는 양친매성이어서, 다리 용매의 분자는 도 3에 도시된 바와 같이 용매 A의 분자 및 희석제의 분자 모두와 회합할 것이므로, 이로써 용매 A와 희석제 사이의 혼화성이 개선된다. 예시적인 다리 용매는, 아세토니트릴, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 디메틸 술폭사이드, 1,3-디옥솔란, 1,2-디메톡시에탄, 디글라임 (비스(2-메톡시에틸) 에테르), 트리글라임(트리에틸렌 글라이콜 디메틸 에테르), 테트라글라임 (테트라에틸렌 글라이콜 디메틸 에테르), 및 이들의 조합을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.Thus, in some embodiments, when the diluent is immiscible with solvent A, the electrolyte further comprises a bridge solvent. The bridge solvent has a different chemical composition than solvent A or the diluent. The bridging solvent is selected to be miscible with both solvent A and diluent, thereby improving the actual miscibility of solvent A and diluent. In some embodiments, the molecule of bridging solvent is amphiphilic, comprising both a polar terminus or moiety, and a non-polar terminus or moiety, such that the molecule of bridging solvent is a molecule of solvent A and a molecule of diluent as shown in FIG. 3 . as it will associate with both, thereby improving the miscibility between solvent A and the diluent. Exemplary bridging solvents are acetonitrile, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, propylene carbonate, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolane, 1,2-dimethoxyethane, diglyme (bis(2-methoxyethyl) ether ), triglyme (triethylene glycol dimethyl ether), tetraglyme (tetraethylene glycol dimethyl ether), and combinations thereof.

일부 구현예에서, 전해질은 활성 염, 비수성 용매, 및 희석제로 본질적으로 이루어지거나, 또는 이들로 이루어진다. 특정 구현예에서, 전해질은 활성 염, 비수성 용매, 0 wt% 내지 30 wt% FEC, 및 희석제로 본질적으로 이루어지거나, 또는 이들로 이루어진다. 일부 실시예에서, 전해질은, 활성 염, 비수성 용매, 2 wt% 내지 30 wt%의 FEC 및 희석제로 본질적으로 이루어지거나, 또는 이들로 이루어진다. "본질적으로 이루어진다"는 것은 전해질이, 전해질을 단독으로 또는 전해질을 포함하는 시스템에서, 전해질의 성질에 크게 영향을 미치는 다른 성분들을 포함하지 않는다는 것을 의미한다. 예를 들어, 전해질은 전해질의 성능에 영향을 미치기에 충분한 양의 활성 염 이외의 어떠한 전기화학적 활성 성분(즉, 다른 산화 및 환원 상태를 갖는 산화환원 쌍을 형성할 수 있는 성분(원소, 이온, 또는 화합물), 예를 들어, 다른 산화 상태를 갖는 이온종 또는 금속 양이온 및 이에 상응하는 중성 금속 원자), 카보네이트 또는 난연제 화합물 이외의 추가 용매, 활성 염이 가용성인 희석제, 또는 상당한 양(예를 들어, > 1 wt%)의 기타 첨가제를 포함하지 않는다. 예시적인 전해질에는, LiFSI/EC-EMC-BTFE, LiFSI/EC-EMC-FEC-BTFE, LiFSI/TEPa-BTFE, LiFSI/TEPa-FEC-BTFE, LiFSI/EC-EMC-TTE, LiFSI/EC-EMC-FEC-TTE, LiFSI/TEPa-TTE, LiFSI/TEPa-FEC-TTE, LiFSI/EC-EMC-TFEO, LiFSI/EC-EMC-FEC-TFEO, LiFSI/TEPa-TFEO, LiFSI/TEPa-FEC-TFEO, LiFSI/TEPa-EC-BTFE, LiFSI/TEPa-EC-TTE, LiFSI/TEPa-EC-TFEO, LiFSI/TEPa-EC-FEC-BTFE, LiFSI/TEPa-EC-FEC-TTE, LiFSI/TEPa-EC-FEC-TFEO, LiFSI/TEPa-EC-VC-BTFE, LiFSI/TEPa-EC-VC-TTE, LiFSI/TEPa-EC-VC-TFEO, LiFSI/TEPa-EC-LiDFOB-BTFE, LiFSI/TEPa-EC-LiDFOB-TTE, LiFSI/TEPa-EC-LiDFOB-TFEO, LiFSI/TEPa-VC-DMC-BTFE, LiFSI/TEPa-VC-DMC-TTE, LiFSI/DMC-TTE, LiFSI/DMC-FCE-TTE, LiFSI/DMC-VC-FEC-TTE, 및 LiFSI/TEPa-VC-DMC-TFEO를 포함되지만, 이에 한정되지는 않는다.In some embodiments, the electrolyte consists essentially of, or consists of, an active salt, a non-aqueous solvent, and a diluent. In certain embodiments, the electrolyte consists essentially of, or consists of, an active salt, a non-aqueous solvent, 0 wt % to 30 wt % FEC, and a diluent. In some embodiments, the electrolyte consists essentially of, or consists of, an active salt, a non-aqueous solvent, 2 wt % to 30 wt % of a FEC and a diluent. By “consisting essentially of” it is meant that the electrolyte, alone or in a system comprising the electrolyte, does not contain other components that significantly affect the properties of the electrolyte. For example, an electrolyte may contain any electrochemically active component (i.e., a component capable of forming redox pairs with different oxidation and reduction states (element, ion, or compounds), e.g. ionic species or metal cations having different oxidation states and corresponding neutral metal atoms), carbonates or additional solvents other than flame retardant compounds, diluents in which the active salt is soluble, or in significant amounts (e.g. , > 1 wt%) of other additives. Exemplary electrolytes include LiFSI/EC-EMC-BTFE, LiFSI/EC-EMC-FEC-BTFE, LiFSI/TEPa-BTFE, LiFSI/TEPa-FEC-BTFE, LiFSI/EC-EMC-TTE, LiFSI/EC-EMC -FEC-TTE, LiFSI/TEPa-TTE, LiFSI/TEPa-FEC-TTE, LiFSI/EC-EMC-TFEO, LiFSI/EC-EMC-FEC-TFEO, LiFSI/TEPa-TFEO, LiFSI/TEPa-FEC-TFEO , LiFSI/TEPa-EC-BTFE, LiFSI/TEPa-EC-TTE, LiFSI/TEPa-EC-TFEO, LiFSI/TEPa-EC-FEC-BTFE, LiFSI/TEPa-EC-FEC-TTE, LiFSI/TEPa-EC -FEC-TFEO, LiFSI/TEPa-EC-VC-BTFE, LiFSI/TEPa-EC-VC-TTE, LiFSI/TEPa-EC-VC-TFEO, LiFSI/TEPa-EC-LiDFOB-BTFE, LiFSI/TEPa-EC -LiDFOB-TTE, LiFSI/TEPa-EC-LiDFOB-TFEO, LiFSI/TEPa-VC-DMC-BTFE, LiFSI/TEPa-VC-DMC-TTE, LiFSI/DMC-TTE, LiFSI/DMC-FCE-TTE, LiFSI /DMC-VC-FEC-TTE, and LiFSI/TEPa-VC-DMC-TFEO.

특정 구현예에서, 전해질은 LiFSI, EC-EMC 또는 TEPa, 0 wt% 내지 30 wt%의 FEC, 및 희석제를 포함하거나, 본질적으로 이들로 이루어지거나, 또는 이들로 이루어지며, 여기서 희석제는 BTFE, TTE, OTE, TFEO, 또는 이들의 조합이다. 활성 염은 전해질 중에서 0.5 M 내지 3 M 범위 내의 몰 농도를 가질 수 있다. 일 구현예에서, 전해질은, 1 M 내지 3 M의 LiFSI, 4:6 내지 2:8 중량비의 EC-EMC, 0 wt% 내지 30 wt%의 FEC(예를 들어, 0 wt% FEC, 0.5 wt% 내지 30 wt% FEC, 2 wt% 내지 30 wt% FEC, 2 wt% 내지 10 wt% FEC, 또는 5 wt% 내지 10 wt% FEC), 및 희석제에 대한 EC-EMC(EC의 몰 + EMC의 몰)의 몰비가 1 내지 4, 예를 들어, 1 내지 3의 범위 내에 있는 희석제를 포함하거나, 이들로 본질적으로 이루어지거나, 또는 이들로 이루어진다. 또 다른 구현예에서, 전해질은, 1 M 내지 3 M의 LiFSI, TEPa, 0 wt% 내지 30 wt%의 FEC(예를 들어, 0 wt% FEC, 0.5 wt% 내지 30 wt% FEC, 또는 5 wt% 내지 10 wt% FEC), 및 희석제를 포함하고, 여기서, 희석제는 BTFE, TTE, OTE, TFEO, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합이며, 희석제에 대한 TEPa의 몰비는 1 내지 4, 예를 들어, 2 내지 4의 범위 내에 있다. 일부 실시예에서, 희석제는 BTFE이다. In certain embodiments, the electrolyte comprises, consists essentially of, or consists of LiFSI, EC-EMC or TEPa, 0 wt % to 30 wt % FEC, and a diluent, wherein the diluent is BTFE, TTE , OTE, TFEO, or a combination thereof. The active salt may have a molar concentration within the range of 0.5 M to 3 M in the electrolyte. In one embodiment, the electrolyte comprises 1 M to 3 M of LiFSI, a 4:6 to 2:8 weight ratio of EC-EMC, 0 wt % to 30 wt % of FEC (e.g., 0 wt % FEC, 0.5 wt % to 30 wt % FEC, 2 wt % to 30 wt % FEC, 2 wt % to 10 wt % FEC, or 5 wt % to 10 wt % FEC), and EC-EMC for diluent (moles of EC + EMC of mol) comprises, consists essentially of, or consists of a diluent in the range of 1 to 4, such as 1 to 3. In another embodiment, the electrolyte comprises 1 M to 3 M LiFSI, TEPa, 0 wt % to 30 wt % FEC (eg, 0 wt % FEC, 0.5 wt % to 30 wt % FEC, or 5 wt % FEC) % to 10 wt% FEC), and a diluent, wherein the diluent is BTFE, TTE, OTE, TFEO, or a combination of any two or more thereof, and the molar ratio of TEPa to diluent is 1 to 4, for example, It is in the range of 2 to 4. In some embodiments, the diluent is BTFE.

III.III. 시스템system

개시된 LSE의 구현예는, 배터리(예를 들어, 충전식 배터리)와 같은 시스템에서 유용하다. 일부 구현예에서, 개시된 LSE는 리튬 이온 배터리에 유용하다. 일부 구현예에서, 시스템은 본 명세서에 개시된 LSE 및 애노드를 포함한다. 시스템은 캐소드, 세퍼레이터, 애노드 집전체, 캐소드 집전체, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합을 더 포함할 수 있다. 특정 구현예에서, 애노드는 규소를 포함한다.Embodiments of the disclosed LSE are useful in systems such as batteries (eg, rechargeable batteries). In some embodiments, the disclosed LSEs are useful in lithium ion batteries. In some embodiments, a system includes an LSE and an anode disclosed herein. The system may further include a cathode, a separator, an anode current collector, a cathode current collector, or a combination of any two or more thereof. In certain embodiments, the anode comprises silicon.

일부 구현예에서, 충전식 배터리는 본 명세서에 개시된 LSE, 캐소드, 애노드, 및 선택적으로(optionally) 세퍼레이터를 포함한다. 도 4는 캐소드(120), 전해질(즉, LSE)이 주입되는 세퍼레이터(130), 및 애노드(140)를 포함하는 충전식 배터리(100)의 예시적인 일 구현예의 개략도이다. 일부 구현예에서, 배터리(100)는 또한, 캐소드 집전체(110) 및/또는 애노드 집전체(150)를 포함한다.In some embodiments, a rechargeable battery includes an LSE disclosed herein, a cathode, an anode, and optionally a separator. 4 is a schematic diagram of one exemplary embodiment of a rechargeable battery 100 including a cathode 120 , a separator 130 into which electrolyte (ie, LSE) is injected, and an anode 140 . In some embodiments, battery 100 also includes a cathode current collector 110 and/or an anode current collector 150 .

집전체는 금속 또는 다른 다른 전도성 재료, 예를 들어, 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 철(Fe), 스테인리스강, 또는 전도성 탄소 재료일 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 집전체는 포일(foil), 폼(foam), 또는 전도성 재료로 코팅된 폴리머 기재일 수 있다. 유리하게는, 집전체는 배터리의 작동 전압 범위에서 애노드 또는 캐소드 및 전해질과 접촉할 때 안정하다(즉, 부식되거나 반응하지 않는다). 애노드 또는 캐소드가 자립형(free-standing)인 경우에, 예를 들어, 애노드가, 금속, 또는 층간삽입 재료 또는 전환 화합물을 포함하는 자립형 필름인 경우, 및/또는 캐소드가 자립형 필름인 경우, 애노드 및 캐소드 집전체가 생략될 수 있다. "프리-스탠딩"이라는 것은, 필름 자체가, 지지 재료 없이 배터리에 필름이 위치될 수 있는 충분한 구조적 완전성을 가짐을 의미한다.The current collector may be, but is not limited to, a metal or other conductive material such as, but not limited to, nickel (Ni), copper (Cu), aluminum (Al), iron (Fe), stainless steel, or a conductive carbon material. The current collector may be a foil, foam, or a polymer substrate coated with a conductive material. Advantageously, the current collector is stable (ie, does not corrode or react) when in contact with the anode or cathode and electrolyte over the operating voltage range of the battery. anode and cathode when the anode or cathode is free-standing, for example, when the anode is a free-standing film comprising a metal, or an intercalation material or conversion compound, and/or when the cathode is a free-standing film; The cathode current collector may be omitted. By “free-standing” it is meant that the film itself has sufficient structural integrity to allow the film to be placed in a battery without a supporting material.

충전식 리튬 이온 배터리의 일부 구현예를 포함하는, 일부 구현예에서, 애노드는 규소 기반, 탄소 기반(예를 들어, 흑연 기반 및/또는 경질 탄소 기반), 탄소 기반 및 규소 기반(예를 들어, 탄소/규소 복합재료), 주석 기반, 또는 안티몬 기반 애노드이다. "탄소 기반 애노드"는 전체 애노드 질량의 대부분이 활성탄 재료, 예를 들어, 적어도 70 wt%, 적어도 80 wt%, 또는 적어도 90 wt%의 활성탄 재료, 예를 들어, 흑연, 경질 탄소, 또는 이들의 혼합물인 것을 의미한다. "규소 기반 애노드"는 애노드가 적어도 30%, 적어도 50 wt%, 적어도 60 wt%, 또는 적어도 70 wt%의 규소와 같은 특정 최소량의 규소를 함유함을 의미한다. "탄소/규소 기반 애노드"는 총 애노드 질량의 대부분이 활성탄 및 규소, 예를 들어, 적어도 70 wt%, 적어도 80 wt%, 또는 적어도 90 wt%이 활성탄소 및 규소의 조합임을 의미한다. "주석 기반 애노드" 또는 "안티몬 기반 애노드"는 총 애노드 질량의 대부분이 각각 주석 또는 안티몬, 예를 들어, 적어도 70 wt%, 적어도 80 wt%, 또는 적어도 90 wt%이 각각 주석 또는 안티몬임을 의미한다. 일부 구현예에서, 애노드는 흑연 기반 및/또는 규소 기반 애노드, 또는 주석기반 애노드이다. 특정 구현예에서, 애노드는 규소, 예를 들어, 규소 기반 애노드 또는 탄소/규소 기반(예를 들어, 규소-흑연 복합재료) 애노드와 같은 규소를 포함한다. 일부 실시예에서, 규소는 나노-규소 및/또는 탄소 코팅된다. 예를 들어, 규소는 탄소 코팅된 나노-규소일 수 있으며, 여기서, 규소는 화학 기상 증착(CVD) 또는 다른 접근 방식에 의해 탄소 코팅된다. 일 구현예에서, 규소는 10 wt%의 CVD 탄소를 포함하는 C/Si 복합재료이다.In some embodiments, including some embodiments of rechargeable lithium ion batteries, the anode is silicon-based, carbon-based (eg, graphite-based and/or hard carbon-based), carbon-based, and silicon-based (eg, carbon /silicon composites), tin-based, or antimony-based anodes. A “carbon-based anode” means that a majority of the total anode mass is an activated carbon material, e.g., at least 70 wt%, at least 80 wt%, or at least 90 wt% of an activated carbon material, e.g., graphite, hard carbon, or their means a mixture. By “silicon-based anode” is meant that the anode contains a certain minimum amount of silicon, such as at least 30%, at least 50 wt%, at least 60 wt%, or at least 70 wt% silicon. "Carbon/silicon based anode" means that a majority of the total anode mass is activated carbon and silicon, eg, at least 70 wt %, at least 80 wt %, or at least 90 wt % of a combination of activated carbon and silicon. "Tin-based anode" or "antimony-based anode" means that a majority of the total anode mass is tin or antimony, respectively, e.g., at least 70 wt %, at least 80 wt %, or at least 90 wt % tin or antimony, respectively . In some embodiments, the anode is a graphite-based and/or silicon-based anode, or a tin-based anode. In certain embodiments, the anode comprises silicon, eg, silicon, such as a silicon based anode or a carbon/silicon based (eg, silicon-graphite composite) anode. In some embodiments, the silicon is nano-silicon and/or carbon coated. For example, the silicon may be carbon coated nano-silicon, wherein the silicon is carbon coated by chemical vapor deposition (CVD) or other approaches. In one embodiment, the silicon is a C/Si composite comprising 10 wt % CVD carbon.

애노드는 하나 이상의 바인더 및/또는 전도성 첨가제를 더 포함할 수 있다. 적합한 바인더는, 폴리아크릴레이트(예를 들어, 리튬 폴리아크릴레이트, LiPAA), 폴리이미드(PI), 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐 플루오라이드, 에틸렌 옥사이드 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 고무, 에폭시 수지, 나일론, 카르복시메틸 셀룰로오스, 등을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 적합한 전도성 첨가제에는, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 탄소 섬유(예를 들어, 기상-성장 탄소 섬유), 금속 분말 또는 섬유(예를 들어, Cu, Ni, Al), 및 전도성 폴리머(예를 들어, 폴리페닐렌 유도체)를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 일부 구현예에서, 애노드는 용량의 적어도 5%, 용량의 적어도 10%, 용량의 적어도 20%, 용량의 적어도 50%, 또는 최대 100% 용량으로 예비 리튬화(prelithiated)된다. 예비 리튬화는, 리튬 원천을 갖지 않는 캐소드가 사용될 때, 특히 유용한다.The anode may further include one or more binders and/or conductive additives. Suitable binders are polyacrylates (eg lithium polyacrylate, LiPAA), polyimide (PI), polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, ethylene oxide polymer, polyvinylpyrrolidone, poly urethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, styrene-butadiene rubber, epoxy resin, nylon, carboxymethyl cellulose, and the like. Suitable conductive additives include carbon black, acetylene black, Ketjen black, carbon fibers (eg vapor-grown carbon fibers), metal powders or fibers (eg Cu, Ni, Al), and conductive polymers (eg, for example, polyphenylene derivatives). In some embodiments, the anode is prelithiated to at least 5% of capacity, at least 10% of capacity, at least 20% of capacity, at least 50% of capacity, or up to 100% capacity. Preliminary lithiation is particularly useful when a cathode that does not have a lithium source is used.

일부 구현예에서, 애노드는 규소/흑연 복합재료 애노드로, 70 wt% 내지 75 wt%의 흑연, 10 wt% 내지 20 wt% 의 규소, 0 wt% 내지 5 wt%의 전도성 카본 블랙, 및 8 wt% 내지 12 wt%의 바인더를 포함한다. 규소는 탄소 코팅된 나노-규소일 수 있으며, 예를 들어, 5 wt% 내지 15 wt%의 CVD 탄소를 포함하는 C/Si 복합재료일 수 있다. 특정 구현예에서, 바인더는 LiPAA 또는 PI를 포함한다. 일 실시예에서, 애노드는 70 wt% 내지 75 wt%의 흑연, 12 wt% 내지 18 wt%의 규소, 0 초과 내지 5 wt% 전도성 카본 블랙, 및 8 wt% 내지 12 wt%의 LiPAA를 포함한다. 다른 실시예에서, 애노드는 70 wt% 내지 75 wt%의 흑연, 12 wt% 내지 18 wt%의 탄소 코팅된 나노규소(20 wt% 탄소), 0 초과 내지 5 wt%의 전도성 카본 블랙, 및 5 wt% 내지 15 wt%의 PI를 포함한다.In some embodiments, the anode is a silicon/graphite composite anode, 70 wt% to 75 wt% graphite, 10 wt% to 20 wt% silicon, 0 wt% to 5 wt% conductive carbon black, and 8 wt% % to 12 wt% of a binder. The silicon may be carbon coated nano-silicon, for example a C/Si composite comprising 5 wt % to 15 wt % CVD carbon. In certain embodiments, the binder comprises LiPAA or PI. In one embodiment, the anode comprises 70 wt% to 75 wt% graphite, 12 wt% to 18 wt% silicon, greater than 0 to 5 wt% conductive carbon black, and 8 wt% to 12 wt% LiPAA . In another embodiment, the anode comprises 70 wt% to 75 wt% graphite, 12 wt% to 18 wt% carbon coated nanosilicon (20 wt% carbon), greater than 0 to 5 wt% conductive carbon black, and 5 wt% to 15 wt% of PI.

리튬 이온 배터리를 위한 예시적인 캐소드는, Li-풍부 Li1+wNixMnyCozO2(x+y+z+w=1, 0≤w≤0.25), LiNixMnyCozO2(NMC, x+y+z=1), LiCoO2, LiNi0.8Co0.15Al0.05 O2 (NCA), LiNi0.5Mn1.5O4 스피넬, LiMn2O4 (LMO), LiFePO4 (LFP), Li4-xMxTi5O12(M는 Mg, Al, Ba, Sr, 또는 Ta임; 0≤x≤1), MnO2, V2O5, V6O13, LiV3O8, LiMC1 xMC2 1-xPO4 (MC1 또는 MC2 = Fe, Mn, Ni, Co, Cr, 또는 Ti임; 0≤x≤1), Li3V2-xM1 x(PO4)3 (M1은 Cr, Co, Fe, Mg, Y, Ti, Nb, 또는 Ce임; 0≤x≤1), LiVPO4F, LiMC1 xMC2 1-xO2 (MC1 및 MC2는 독립적으로 Fe, Mn, Ni, Co, Cr, Ti, Mg, 또는 Al임; 0≤x≤1), LiMC1 xMC2 yMC3 1-x-yO2 (MC1, MC2, 및 MC3는 독립적으로 Fe, Mn, Ni, Co, Cr, Ti, Mg, 또는 Al임; 0≤x≤1; 0≤y≤1, 0≤x+y≤1), LiMn2-yXyO4 (X는 Cr, Al, 또는 Fe임, 0≤y≤1), LiNi0.5-yXyMn1.5O4 (X는 Fe, Cr, Zn, Al, Mg, Ga, V, 또는 Cu임; 0≤y<0.5), xLi2MnO3·(1-x)LiMC1 yMC2 zMC3 1-y-zO2 (MC1 , MC2, 및 MC3은 독립적으로 Mn, Ni, Co, Cr, Fe, 또는 이들의 혼합물임; x=0.3 내지 0.5; y≤0.5; z≤0.5), Li2M2SiO4 (M2는 Mn, Fe, 또는 Co임), Li2M2SO4 (M2는 Mn, Fe, 또는 Co임), LiM2SO4F (M2는 Fe, Mn, 또는 Co임), Li2-x(Fe1-yMny)P2O7 (0≤x≤1; 0≤y≤1), Cr3O8, Cr2O5, 탄소/황 복합재료, 또는 공기 전극(예를 들어, 흑연 탄소 및, 선택적으로(optionally), Ir, Ru, Pt, Ag 또는 Ag/Pd와 같은 금속 촉매를 포함하는 탄소 기반 전극)를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 독립적인 일 구현예에서, 캐소드는 Li2O2, Li2S, 또는 LiF와 같은, 리튬 전환 화합물일 수 있다. 일부 실시예에서, 캐소드는 NMC 캐소드이다.Exemplary cathodes for lithium ion batteries are Li-enriched Li 1+w Ni x Mn y Co z O 2 (x+y+z+w=1, 0≤w≤0.25), LiNi x Mn y Co z O 2 (NMC, x+y+z=1), LiCoO 2 , LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 (NCA), LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 spinel, LiMn 2 O 4 (LMO), LiFePO 4 (LFP), Li 4-x M x Ti 5 O 12 (M is Mg, Al, Ba, Sr, or Ta; 0≤x≤1), MnO 2 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , LiV 3 O 8 , LiM C1 x M C2 1-x PO 4 (M C1 or M C2 = Fe, Mn, Ni, Co, Cr, or Ti; 0≤x≤1), Li 3 V 2-x M 1 x (PO 4 ) 3 (M 1 is Cr, Co, Fe, Mg, Y, Ti, Nb, or Ce; 0≤x≤1), LiVPO 4 F, LiM C1 x M C2 1-x O 2 (M C1 and M C2 is independently Fe, Mn, Ni, Co, Cr, Ti, Mg, or Al; 0≤x≤1), LiM C1 x M C2 y M C3 1-xy O 2 (M C1 , M C2 , and M C3 is independently Fe, Mn, Ni, Co, Cr, Ti, Mg, or Al; 0≤x≤1; 0≤y≤1, 0≤x+y≤1), LiMn 2-y X y O 4 (X is Cr, Al, or Fe, 0≤y≤1), LiNi 0.5-y X y Mn 1.5 O 4 (X is Fe, Cr, Zn, Al, Mg, Ga, V, or Cu 0≤y<0.5), xLi 2 MnO 3 ·(1-x)LiM C1 y M C2 z M C3 1-yz O 2 (M C1 , M C2 , and M C3 are independently Mn, Ni, Co, Cr, Fe, or a mixture thereof; x=0.3 to 0.5; y≤0.5; z≤0.5), Li 2 M 2 SiO 4 (M 2 is Mn, Fe, or Co), Li 2 M 2 SO 4 (M 2 is Mn, Fe, or Co), LiM 2 SO 4 F (M 2 is Fe, Mn, or Co), Li 2-x (Fe 1-y Mn y )P 2 O 7 (0 ≤x≤1; 0≤y≤1), Cr 3 O 8 , Cr 2 O 5 , carbon/sulfur composites, or air electrodes (eg, graphite carbon and, optionally, Ir, Ru, Pt, Ag or Ag) /carbon-based electrodes containing a metal catalyst such as Pd). In one independent embodiment, the cathode may be a lithium conversion compound, such as Li 2 O 2 , Li 2 S, or LiF. In some embodiments, the cathode is an NMC cathode.

세퍼레이터는 유리섬유, 세라믹 코팅이 있거나 없는 다공성 폴리머 필름(예를 들어, 폴리에틸렌 기반 또는 폴리프로필렌 기반 재료), 또는 복합재료(예를 들어, 무기 입자와 바인더의 다공성 필름)일 수 있다. 하나의 예시적인 폴리머성 세퍼레이터는 Celgard® K1640 폴리에틸렌(PE) 막이다. 다른 예시적인 폴리머성 세퍼레이터는 Celgard® 2500 폴리프로필렌 막이다. 다른 예시적인 폴리머성 세퍼레이터는 Celgard® 3501 계면활성제로 코팅된 폴리프로필렌 막이다. 본 명세서에 개시된 바와 같이, 세퍼레이터에는 전해질이 주입될 수 있다.The separator can be glass fiber, a porous polymer film with or without a ceramic coating (eg, a polyethylene-based or polypropylene-based material), or a composite (eg, a porous film of inorganic particles and a binder). One exemplary polymeric separator is a Celgard ® K1640 polyethylene (PE) membrane. Another exemplary polymeric separator is Celgard ® 2500 polypropylene membrane. Another exemplary polymeric separator is a polypropylene membrane coated with Celgard ® 3501 surfactant. As disclosed herein, the separator may be implanted with an electrolyte.

일부 구현예에서, 배터리는: 애노드로서, 탄소 기반, 규소 기반, 탄소 및 규소 기반, 주석 기반, 또는 안티몬 기반의 애노드; 캐소드로서, 리튬 이온 배터리에 적합한 캐소드; 세퍼레이터; 및 LSE로서, (a) 리튬 양이온을 포함하는 활성 염, (b) 비수성 용매로서, (i) 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC) 이외의 카보네이트, (ii) 난연제 화합물, 또는 (iii) (i) 및 (ii) 둘 다를 포함하고, 여기서, 활성 염은 비수성 용매에 가용성인, 비수성 용매, 및 (c) 희석제로서, 플루오로알킬 에테르, 플루오르화 오르토포르메이트, 또는 이들의 조합을 포함하고, 여기서, 희석제 중에서의 활성 염의 용해도는 비수성 용매 중에서의 활성 염의 용해도보다 적어도 10배 더 작은, 희석제를 포함하는 LSE;를 포함한다. 전해질은 최대 30 wt%의 FEC, 예를 들어, 5 wt% 내지 30 wt%의 FEC 또는 5 wt% 내지 10 wt%의 FEC를 더 포함할 수 있다. 특정 구현예에서, 애노드는 규소를 포함한다. 즉, 애노드는 규소 기반 또는 탄소/규소 복합재료 기반 애노드이다. 일부 구현예들에서, 캐소드는 LiNixMnyCozO2(NMC), LiNi0.85Co0.15Al0.05O2(NCA), 또는 LiCoO2(LCO)를 포함한다. 특정 구현예에서, 캐소드는 LiNixMnyCozO2(NMC)를 포함한다. 일부 실시예에서, 전해질은 LiFSI, EC-EMC 또는 TEPa, 0 wt% 내지 30 wt%의 FEC(예를 들어, 0 wt% FEC, 5 wt% 내지 30 wt%의 FEC, 5 wt% 내지 10 wt%의 FEC), 및 희석제를 포함하거나, 이들로 본질적으로 이루어지거나, 또는 이들로 이루어지며, 여기서, 희석제는 BTFE, TTE, OTE, TFEO, 또는 이들의 조합으로 이루어진다. 일부 실시예에서, 희석제는 BFTE, TTE, TFEO, 또는 이들의 조합으로 이루어진다. 일 구현예에서, 애노드가, 바인더로서 LiPAA를 포함하는 탄소-규소 복합재료인 경우, 전해질은 EC-EMC를 포함한다. 다른 구현예에서, 애노드가, 바인더로서 PI를 포함하는 탄소-규소 복합재료인 경우, 전해질은 TEPa를 포함한다.In some embodiments, the battery comprises: as an anode, a carbon-based, silicon-based, carbon and silicon-based, tin-based, or antimony-based anode; As a cathode, a cathode suitable for a lithium ion battery; separator; and as LSE, (a) an active salt comprising a lithium cation, (b) as a non-aqueous solvent, (i) a carbonate other than fluoroethylene carbonate (FEC), (ii) a flame retardant compound, or (iii) (i) and (ii) both, wherein the active salt comprises a non-aqueous solvent, soluble in the non-aqueous solvent, and (c) as a diluent, a fluoroalkyl ether, a fluorinated orthoformate, or a combination thereof; , wherein the solubility of the active salt in the diluent is at least 10-fold less than the solubility of the active salt in the non-aqueous solvent, the LSE comprising the diluent. The electrolyte may further comprise up to 30 wt % FEC, for example 5 wt % to 30 wt % FEC or 5 wt % to 10 wt % FEC. In certain embodiments, the anode comprises silicon. That is, the anode is a silicon-based or carbon/silicon composite-based anode. In some embodiments, the cathode comprises LiNi x Mn y Co z O 2 (NMC), LiNi 0.85 Co 0.15 Al 0.05 O 2 (NCA), or LiCoO 2 (LCO). In certain embodiments, the cathode comprises LiNi x Mn y Co z O 2 (NMC). In some embodiments, the electrolyte comprises LiFSI, EC-EMC or TEPa, 0 wt % to 30 wt % FEC (eg, 0 wt % FEC, 5 wt % to 30 wt % FEC, 5 wt % to 10 wt %) % of FEC), and a diluent, wherein the diluent consists of BTFE, TTE, OTE, TFEO, or a combination thereof. In some embodiments, the diluent consists of BFTE, TTE, TFEO, or a combination thereof. In one embodiment, when the anode is a carbon-silicon composite comprising LiPAA as a binder, the electrolyte comprises EC-EMC. In another embodiment, when the anode is a carbon-silicon composite comprising PI as a binder, the electrolyte comprises TEPa.

유리하게는, LSE를 포함하는 개시된 리튬 이온 배터리의 일부 구현예는, 고전압에서, 예를 들어, 4.2V 이상의 전압에서, 4.3V 이상의 전압에서, 작동가능하다. 특정 일 구현예에서, 배터리는 최대 4.5의 전압에서 작동가능하다.Advantageously, some embodiments of the disclosed lithium ion batteries comprising an LSE are operable at high voltages, eg, at voltages of 4.2V or greater, and voltages greater than or equal to 4.3V. In one particular embodiment, the battery is operable at a voltage of up to 4.5.

일부 구현예에서, 본 명세서에 개시된 바와 같은 LSE를 포함하는 리튬 이온 배터리는, 종래의 전해질 또는 초농축 전해질을 갖는 동일한 애노드 및 캐소드를 포함하는 비교 가능한 리튬 배터리와 동일하거나, 또는 그보다 더 우수한 성능을 갖는다. 예를 들어, 개시된 LSE를 갖는 리튬 이온 배터리는 종래의 전해질 또는 초농축 전해질을 갖는 비교 가능한 배터리와 동일하거나 더 큰, 비용량(specific capacity), 쿨롱 효율(Coulombic efficiency), 및/또는 용량 유지율(capacity retention)을 가질 수 있다. 개시된 LSE를 갖는 리튬 이온 배터리는 또한, 종래의 전해질 또는 초농축 전해질과 함께 동일한 애노드 및 캐소드를 포함하는 것을 포함하는 비교가능한 리튬 이온 배터리와 같거나 그보다 우수한, 용량 유지 백분율로 표시되는, 사이클링 안정성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 규소/흑연 복합재료 애노드 및 개시된 LSE를 갖는 리튬 이온 배터리는, 100 사이클에서 적어도 70%, 적어도 75%, 적어도 80%, 적어도 85%, 또는 심지어 적어도 90%의 용량 유지율을 가질 수 있다. 리튬 이온 배터리는 적어도 50%, 적어도 60%, 적어도 70%, 또는 적어도 75%의 제1 사이클 쿨롱 효율을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 사이클 쿨롱 효율은 본 명세서에 개시된 바와 같은 예비 리튬화된 애노드를 사용함으로써 개선된다.In some embodiments, a lithium ion battery comprising an LSE as disclosed herein performs the same or better than a comparable lithium battery comprising the same anode and cathode with a conventional electrolyte or super-enriched electrolyte. have For example, lithium ion batteries with the disclosed LSEs have the same or greater specific capacity, Coulombic efficiency, and/or capacity retention ( capacity retention). Lithium-ion batteries with the disclosed LSEs also exhibit cycling stability, expressed as a percentage of capacity retention, equal to or better than comparable lithium-ion batteries comprising the same anode and cathode with a conventional electrolyte or super-enriched electrolyte. can indicate For example, a lithium ion battery having a silicon/graphite composite anode and the disclosed LSE can have a capacity retention of at least 70%, at least 75%, at least 80%, at least 85%, or even at least 90% at 100 cycles. have. The lithium ion battery may have a first cycle coulombic efficiency of at least 50%, at least 60%, at least 70%, or at least 75%. In some embodiments, the first cycle coulombic efficiency is improved by using a pre-lithiated anode as disclosed herein.

IV.IV. 대표적인 구현예Representative implementation

특정한 대표적인 구현예는 하기의 번호가 매겨진 항목들로 예시된다.Certain representative embodiments are illustrated by the following numbered items.

항목 1. 전해질; 및 규소를 포함하는 애노드;를 포함하는 시스템으로서, 상기 전해질은: (a) 리튬 양이온을 포함하는 활성 염; (b) 비수성 용매로서, 상기 비수성 용매는 (i) 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC) 이외의 카보네이트, (ii) 난연제 화합물, 또는 (iii) (i) 및 (ii)의 둘 다를 포함하고, 상기 활성 염은 상기 비수성 용매에 가용성인, 비수성 용매; 및 (c) 희석제로서, 상기 희석제는 플루오로알킬 에테르, 플루오르화 오르토포르메이트, 또는 이들의 조합을 포함하고, 상기 희석제 중에서의 상기 활성 염의 용해도는 상기 비수성 용매 중에서의 상기 활성 염의 용해도보다 적어도 10배 더 작은, 희석제;를 포함하는, 시스템.Item 1. Electrolytes; and an anode comprising silicon, wherein the electrolyte comprises: (a) an active salt comprising a lithium cation; (b) a non-aqueous solvent, the non-aqueous solvent comprising (i) a carbonate other than fluoroethylene carbonate (FEC), (ii) a flame retardant compound, or (iii) both (i) and (ii); wherein the active salt is soluble in the non-aqueous solvent; and (c) a diluent, wherein the diluent comprises a fluoroalkyl ether, a fluorinated orthoformate, or a combination thereof, wherein the solubility of the active salt in the diluent is at least greater than the solubility of the active salt in the non-aqueous solvent. 10 times smaller, diluent;

항목 2. 항목 1에 있어서, 상기 전해질은 0.1 wt% 내지 30 wt%의 FEC를 더 포함하는, 시스템.Item 2. The system of item 1, wherein the electrolyte further comprises 0.1 wt % to 30 wt % of FEC.

항목 3. 항목 1에 있어서, 상기 전해질은 2 wt% 내지 30 wt%의 FEC를 더 포함한다.Item 3. The electrolyte of item 1, further comprising 2 wt % to 30 wt % of FEC.

항목 4. 항목 1 내지 항목 3 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 활성 염은, 0.5 M 내지 6M 범위 내의, 상기 전해질 중에서의 몰 농도를 갖는, 시스템.Item 4. The system according to any one of items 1 to 3, wherein the active salt has a molar concentration in the electrolyte within the range of 0.5 M to 6 M.

항목 5. 항목 1 내지 항목 4 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 활성 염은 리튬 비스(플루오로술포닐)이미드(LiFSI), 리튬 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드(LiTFSI), 리튬 비스(펜타플루오로에탄술포닐)이미드(LiBETI), 리튬 비스(옥살라토)보레이트(LiBOB), LiPF6, LiAsF6, LiBF4, LiCF3SO3, LiClO4, 리튬 디플루오로 옥살라토 보레이트(LiDFOB), LiI, LiBr, LiCl, LiSCN, LiNO3, LiNO2, Li2SO4, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합을 포함하는, 시스템.Item 5. The active salt according to any one of items 1 to 4, wherein the active salt is lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI), lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI), lithium Bis(pentafluoroethanesulfonyl)imide (LiBETI), lithium bis(oxalato)borate (LiBOB), LiPF 6 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiClO 4 , lithium difluorooxala A system comprising toborate (LiDFOB), LiI, LiBr, LiCl, LiSCN, LiNO 3 , LiNO 2 , Li 2 SO 4 , or a combination of any two or more thereof.

항목 6. 항목 1 내지 항목 5 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 비수성 용매는 유기 포스페이트, 유기 포스파이트, 유기 포스포네이트, 유기 포스포아미드, 포스파젠, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합을 포함하는 난연제 화합물을 포함하는, 시스템.Item 6. The non-aqueous solvent according to any one of items 1 to 5, wherein the non-aqueous solvent comprises an organic phosphate, an organic phosphite, an organic phosphonate, an organic phosphoramide, a phosphazene, or a combination of any two or more thereof. A system comprising a flame retardant compound.

항목 7. 항목 6에 있어서, 상기 난연제 화합물은 트리에틸 포스페이트, 트리메틸 포스페이트, 트리부틸 포스페이트, 트리페닐 포스페이트, 트리스(2,2,2-트리플루오로에틸) 포스페이트, 비스(2,2,2-트리플루오로에틸) 메틸 포스페이트; 트리메틸 포스파이트, 트리페닐 포스파이트, 트리스(2,2,2-트리플루오로에틸) 포스파이트; 디메틸 메틸포스포네이트, 디에틸 에틸포스포네이트, 디에틸 페닐포스포네이트, 비스(2,2,2-트리플루오로에틸) 메틸포스포네이트; 헥사메틸포스포아미드; 헥사메톡시포스파젠, 헥사플루오로포스파젠, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합을 포함하는, 시스템. Item 7. Item 6, wherein the flame retardant compound is triethyl phosphate, trimethyl phosphate, tributyl phosphate, triphenyl phosphate, tris(2,2,2-trifluoroethyl) phosphate, bis(2,2,2- trifluoroethyl) methyl phosphate; trimethyl phosphite, triphenyl phosphite, tris(2,2,2-trifluoroethyl) phosphite; dimethyl methylphosphonate, diethyl ethylphosphonate, diethyl phenylphosphonate, bis(2,2,2-trifluoroethyl)methylphosphonate; hexamethylphosphoamide; hexamethoxyphosphazene, hexafluorophosphazene, or a combination of any two or more thereof.

항목 8. 항목 1 내지 항목 7 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 비수성 용매는 에틸렌 카보네이트(EC) 및 에틸 카보네이트(EMC), 또는 EC 및 디에틸 카보네이트(DEC), 또는 EC 및 디메틸 카보네이트(DMC), 또는 EMC, DEC, DMC, 프로필렌 카보네이트(PC)의 조합 및 EC를 포함하는, 시스템.Item 8. The non-aqueous solvent according to any one of items 1 to 7, wherein the non-aqueous solvent is ethylene carbonate (EC) and ethyl carbonate (EMC), or EC and diethyl carbonate (DEC), or EC and dimethyl carbonate (DMC) , or a combination of EMC, DEC, DMC, propylene carbonate (PC) and EC.

항목 9. 항목 1 내지 항목 8 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 희석제는 비스(2,2,2-트리플루오로에틸) 에테르(BTFE), 1,1,2,2-테트라플루오로에틸-2,2,3,3-테트라플루오로프로필 에테르(TTE), 1,1,2,2-테트라플루오로에틸-2,2,2-트리플루오로에틸 에테르(TFTFE), 1H,1H,5H-옥타플루오로펜틸 1,1,2,2-테트라플루오로에틸 에테르(OTE), 메톡시노나플루오로부탄(MOFB), 에톡시노나플루오로부탄(EOFB), 트리스(2,2,2-트리플루오로에틸)오르토포르메이트(TFEO), 트리스(헥사플루오로이소프로필)오르토포르메이트(THFiPO), 트리스(2,2-디플루오로에틸)오르토포르메이트(TDFEO), 비스(2,2,2-트리플루오로에틸) 메틸오르토포르메이트(BTFEMO), 트리스(2,2,3,3,3-펜타플루오로프로필)오르토포르메이트(TPFPO), 트리스(2,2,3,3-테트라플루오로프로필)오르토포르메이트(TTPO), 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합을 포함하는, 시스템.Item 9. The diluent according to any one of items 1 to 8, wherein the diluent is bis(2,2,2-trifluoroethyl) ether (BTFE), 1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2 ,2,3,3-tetrafluoropropyl ether (TTE), 1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2,2,2-trifluoroethyl ether (TFTFE), 1H,1H,5H- Octafluoropentyl 1,1,2,2-tetrafluoroethyl ether (OTE), methoxynonafluorobutane (MOFB), ethoxynonafluorobutane (EOFB), tris(2,2,2-tri Fluoroethyl) orthoformate (TFEO), tris (hexafluoroisopropyl) orthoformate (THFiPO), tris (2,2-difluoroethyl) orthoformate (TDFEO), bis (2,2, 2-trifluoroethyl) methyl orthoformate (BTFEMO), tris (2,2,3,3,3-pentafluoropropyl) orthoformate (TPFPO), tris (2,2,3,3-tetra) fluoropropyl)orthoformate (TTPO), or a combination of any two or more thereof.

항목 10. 항목 1 내지 항목 9 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 희석제는 BTFE, TTE, OTE, TFEO, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합을 포함하는, 시스템.Item 10. The system of any of items 1-9, wherein the diluent comprises BTFE, TTE, OTE, TFEO, or a combination of any two or more thereof.

항목 11. 항목 1 내지 항목 9 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 희석제는 BTFE, TTE, TFEO, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합을 포함하는, 시스템.Item 11. The system of any of items 1-9, wherein the diluent comprises BTFE, TTE, TFEO, or a combination of any two or more thereof.

항목 12. 항목 10 또는 항목 11에 있어서, 상기 전해질은: 1 M 내지 3 M의 LiFSI; 중량비가 4:6 내지 2:8인 EC-EMC 및 0 wt% 내지 30 wt%의 FEC; 및 상기 희석제;를 포함하고, 상기 희석제에 대한 EC-EMC의 몰비는 1 내지 4의 범위 이내인, 시스템.Item 12. Item 10 or item 11, wherein the electrolyte comprises: 1 M to 3 M LiFSI; EC-EMC with a weight ratio of 4:6 to 2:8 and FEC from 0 wt % to 30 wt %; and the diluent; wherein the molar ratio of EC-EMC to the diluent is within the range of 1 to 4.

항목 13. 항목 10 또는 항목 11에 있어서, 상기 전해질은: 1 M 내지 3 M의 LiFSI; 중량비가 4:6 내지 2:8인 EC-EMC 및 0 wt% 내지 30 wt%의 FEC; 및 상기 희석제;를 포함하고, 상기 희석제에 대한 EC-EMC의 몰비는 1 내지 3의 범위 이내인, 시스템.Item 13. Item 10 or item 11, wherein the electrolyte comprises: 1 M to 3 M LiFSI; EC-EMC with a weight ratio of 4:6 to 2:8 and FEC from 0 wt % to 30 wt %; and the diluent; wherein the molar ratio of EC-EMC to the diluent is within the range of 1 to 3.

항목 14. 항목 10 또는 항목 11에 있어서, 상기 전해질은: 1 M 내지 3 M의 LiFSI; 트리에틸 포스페이트(TEPa) 및 0 wt% 내지 30 wt% FEC; 및 상기 희석제;를 포함하고, 상기 희석제에 대한 TEPa의 몰비는 1 내지 4의 범위 이내인, 시스템.Item 14. Item 10 or item 11, wherein the electrolyte comprises: 1 M to 3 M LiFSI; triethyl phosphate (TEPa) and 0 wt % to 30 wt % FEC; and the diluent; wherein the molar ratio of TEPa to the diluent is within the range of 1 to 4.

항목 15. 항목 10 또는 항목 11에 있어서, 상기 전해질은: 1 M 내지 3 M의 LiFSI; 트리에틸 포스페이트(TEPa) 및 0 wt% 내지 30 wt% FEC; 및 상기 희석제;를 포함하고, 상기 희석제에 대한 TEPa의 몰비는 2 내지 4의 범위 이내인, 시스템.Item 15. Item 10 or item 11, wherein the electrolyte comprises: 1 M to 3 M LiFSI; triethyl phosphate (TEPa) and 0 wt % to 30 wt % FEC; and the diluent; wherein the molar ratio of TEPa to the diluent is within the range of 2 to 4.

항목 16. 항목 1 내지 항목 15 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 애노드는 흑연/규소 복합재료를 포함하는, 시스템.Item 16. The system of any of items 1-15, wherein the anode comprises a graphite/silicon composite material.

항목 17. 항목 16에 있어서, 상기 애노드는 리튬 폴리아크릴레이트 또는 폴리이미드 바인더를 더 포함하는, 시스템.Item 17. The system of item 16, wherein the anode further comprises a lithium polyacrylate or polyimide binder.

항목 18. 항목 16에 있어서, 상기 규소는 탄소 코팅된 나노-규소인, 시스템.Item 18. The system of item 16, wherein the silicon is carbon coated nano-silicon.

항목 19. 항목 18에 있어서, 상기 바인더는 폴리이미드를 포함하는, 시스템.Item 19. The system of item 18, wherein the binder comprises polyimide.

항목 20. 항목 19에 있어서, 상기 전해질은: 1 M 내지 3 M의 LiFSI; 트리에틸 포스페이트(TEPa) 및 0 wt% 내지 30 wt%의 FEC; 및 상기 희석제;를 포함하고, 상기 희석제는 BTFE, TTE, OTE, TFEO, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합이고, 상기 희석제에 대한 TEPa의 몰비는 2 내지 4의 범위 이내인, 시스템.Item 20. The electrolyte of item 19, wherein the electrolyte comprises: 1 M to 3 M LiFSI; triethyl phosphate (TEPa) and 0 wt % to 30 wt % FEC; and the diluent; wherein the diluent is BTFE, TTE, OTE, TFEO, or a combination of any two or more thereof, and the molar ratio of TEPa to the diluent is within the range of 2 to 4.

항목 21. 항목 19에 있어서, 상기 전해질은: 1 M 내지 3 M의 LiFSI; 트리에틸 포스페이트(TEPa) 및 0 wt% 내지 30 wt%의 FEC; 및 상기 희석제;를 포함하고, 상기 희석제는 BTFE, TTE, TFEO, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합이고, 상기 희석제에 대한 TEPa의 몰비는 2 내지 4의 범위 이내인, 시스템.Item 21. The electrolyte of item 19, wherein the electrolyte comprises: 1 M to 3 M LiFSI; triethyl phosphate (TEPa) and 0 wt % to 30 wt % FEC; and the diluent; wherein the diluent is BTFE, TTE, TFEO, or a combination of any two or more thereof, and the molar ratio of TEPa to the diluent is within the range of 2 to 4.

항목 22. 항목 19에 있어서, 상기 시스템은 캐소드를 더 포함하고, 상기 애노드는 예비 리튬화(prelithiated)되며, 상기 시스템은 100 사이클 후에 80% 이상의 용량 유지율을 갖는, 시스템.Item 22. The system of item 19, further comprising a cathode, wherein the anode is prelithiated, and wherein the system has a capacity retention of at least 80% after 100 cycles.

항목 23. 항목 17에 있어서, 상기 바인더는 리튬 폴리아크릴레이트를 포함하고, 상기 전해질은: 1 M 내지 3 M의 LiFSI; 중량비가 3:7인 EC-EMC 및 0 wt% 내지 30 wt%의 FEC; 및 상기 희석제;를 포함하고, 상기 희석제는 BTFE, TTE, OTE, TFEO, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합이고, 상기 희석제에 대한 EC-EMC의 몰비는 1 내지 3의 범위 이내인, 시스템.Item 23. The composition of item 17, wherein the binder comprises lithium polyacrylate, and the electrolyte comprises: 1 M to 3 M LiFSI; EC-EMC with a weight ratio of 3:7 and FEC from 0 wt % to 30 wt %; and the diluent; wherein the diluent is BTFE, TTE, OTE, TFEO, or a combination of any two or more thereof, and the molar ratio of EC-EMC to the diluent is within the range of 1 to 3.

항목 24. 항목 17에 있어서, 상기 바인더는 리튬 폴리아크릴레이트를 포함하고, 상기 전해질은: 1 M 내지 3 M의 LiFSI; 중량비가 3:7인 EC-EMC 및 0 wt% 내지 30 wt%의 FEC; 및 상기 희석제;를 포함하고, 상기 희석제는 BTFE, TTE, TFEO, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합이고, 상기 희석제에 대한 EC-EMC의 몰비는 1 내지 3의 범위 이내인, 시스템.Item 24. The composition of item 17, wherein the binder comprises lithium polyacrylate, and the electrolyte comprises: 1 M to 3 M LiFSI; EC-EMC with a weight ratio of 3:7 and FEC from 0 wt % to 30 wt %; and the diluent; wherein the diluent is BTFE, TTE, TFEO, or a combination of any two or more thereof, and the molar ratio of EC-EMC to the diluent is within the range of 1 to 3.

항목 25. 항목 23 또는 항목 24에 있어서, 상기 시스템은 캐소드를 더 포함하고, 상기 시스템은 100 사이클 후에 70% 이상의 용량 유지율을 갖는, 시스템.Item 25. The system of item 23 or item 24, wherein the system further comprises a cathode, wherein the system has a capacity retention of at least 70% after 100 cycles.

항목 26. 항목 1 내지 항목 25 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 시스템은 캐소드를 더 포함하고, 상기 캐소드는 Li1+wNixMnyCozO2 (x+y+z+w=1, 0 ≤ w ≤ 0.25), LiNixMnyCozO2 (x+y+z=1), LiNi0.8Co0.15Al0.05 O2, LiCoO2, LiNi0.5Mn1.5O4 스피넬, LiMn2O4, LiFePO4, Li4-xMxTi5O12 (M은 Mg, Al, Ba, Sr, 또는 Ta임; 0 ≤ x ≤ 1), MnO2, V2O5, V6O13, LiV3O8, LiMC1 xMC2 1-xPO4 (MC1 또는 MC2는 Fe, Mn, Ni, Co, Cr, 또는 Ti임; 0 ≤ x ≤ 1), Li3V2-xM1 x(PO4)3 (M1는 Cr, Co, Fe, Mg, Y, Ti, Nb, 또는 Ce임; 0 ≤ x ≤ 1), LiVPO4F, LiMC1 xMC2 1-xO2(MC1 및 MC2는 독립적으로 Fe, Mn, Ni, Co, Cr, Ti, Mg,또는 Al임; 0 ≤ x ≤ 1), LiMC1 xMC2 yMC3 1-x-yO2(MC1, MC2, 및 MC3는 독립적으로 Fe, Mn, Ni, Co, Cr, Ti, Mg 또는 Al임; 0 ≤ x ≤ 1; 0 ≤ y ≤ 1; 0 ≤ x + y ≤ 1), LiMn2-yXyO4 (X는 Cr, Al, 또는 Fe임, 0 ≤ y ≤ 1), LiNi0.5-yXyMn1.5O4 (X는 Fe, Cr, Zn, Al, Mg, Ga, V, 또는 Cu임; 0 ≤ y < 0.5), xLi2MnO3·(1-x)LiMC1 yMC2 zMC3 1-y-zO2 (MC1 , MC2, 및 MC3는 독립적으로 Mn, Ni, Co, Cr, Fe, 또는 이들의 혼합물임; x　= 0.3 내지 0.5; y ≤ 0.5; z ≤ 0.5), Li2M2SiO4 (M2는 Mn, Fe, 또는 Co임), Li2M2SO4 (M2는 Mn, Fe, 또는 Co임), LiM2SO4F (M2는 Fe, Mn, 또는 Co임), Li2-x(Fe1-yMny)P2O7 (0 ≤ x ≤ 1; 0 ≤ y ≤ 1), Cr3O8, Cr2O5, 탄소/황 복합재료, 또는 공기 전극을 포함하는, 시스템.Item 26. The system according to any one of items 1 to 25, wherein the system further comprises a cathode, wherein the cathode is Li 1+w Ni x Mn y Co z O 2 (x+y+z+w=1, 0 ≤ w ≤ 0.25), LiNi x Mn y Co z O 2 (x+y+z=1), LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 , LiCoO 2 , LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 spinel, LiMn 2 O 4 , LiFePO 4 , Li 4-x M x Ti 5 O 12 (M is Mg, Al, Ba, Sr, or Ta; 0 ≤ x ≤ 1), MnO 2 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , LiV 3 O 8 , LiM C1 x M C2 1-x PO 4 (M C1 or M C2 is Fe, Mn, Ni, Co, Cr, or Ti; 0 ≤ x ≤ 1), Li 3 V 2-x M 1 x (PO 4 ) 3 (M 1 is Cr, Co, Fe, Mg, Y, Ti, Nb, or Ce; 0 ≤ x ≤ 1), LiVPO 4 F, LiM C1 x M C2 1-x O 2 (M C1 and M C2 are independently Fe, Mn, Ni, Co, Cr, Ti, Mg, or Al; 0 ≤ x ≤ 1), LiM C1 x M C2 y M C3 1-xy O 2 (M C1 , M C2 , and M C3 are independently Fe, Mn, Ni, Co, Cr, Ti, Mg or Al; 0 ≤ x ≤ 1; 0 ≤ y ≤ 1; 0 ≤ x + y ≤ 1), LiMn 2-y X y O 4 (X is Cr, Al, or Fe, 0 ≤ y ≤ 1), LiNi 0.5-y X y Mn 1.5 O 4 (X is Fe, Cr, Zn, Al, Mg, Ga, V, or Cu; 0 ≤ y < 0.5), xLi 2 MnO 3 ·(1-x)LiM C1 y M C2 z M C3 1-yz O 2 (M C1 , M C2 , and M C3 are independently Mn, Ni, Co, Cr, Fe, or mixtures thereof: x = 0.3 to 0.5; y ≤ 0.5; z ≤ 0.5), Li 2 M 2 SiO 4 (M 2 is Mn, Fe, or Co), Li 2 M 2 SO 4 (M 2 is Mn, Fe, or Co), LiM 2 SO 4 F (M 2 is Fe, Mn, or Co), Li 2-x (Fe 1-y Mn y )P 2 O 7 (0 ≤ x ≤ 1; 0 ≤ y ≤ 1), Cr 3 O 8 , Cr 2 O 5 , a carbon/sulfur composite, or an air electrode.

V. 실시예V. Examples

실시예 1Example 1

BTFE 희석제를 갖는 LSE를 사용하는 Si/Gr||NMC532 셀Si/Gr||NMC532 cell using LSE with BTFE diluent

15 mm 직경의 규소/흑연 애노드, 14 mm 직경의 NMC532(Li(Ni0.5Mn0.3Co0.2)O2) 캐소드, 및 45 μL의 전해질로 코인 셀을 제조하였다; 이 코인 셀은 ~1.2의 n/p 비를 가졌으며, 여기서 n/p 비는 음극(negative electrode) 대 양극(positive electrode)의 면적 용량 비(areal capacity ratio)이다. 애노드 조성은 73 wt% MagE3 흑연(Hitachi Chemical Co. America, Ltd., San Jose, CA), 15 wt% 규소(Paraclete Energy, Chelsea, MI), 2 wt% Timcal C45 탄소(Imerys Graphite & Carbon USA Inc., Westlake, OH), 및 10 wt% LiPAA(H2O)(LiOH 적정됨)이었다; 전극 면적은 1.77 cm2이었고, 코팅 두께는 27 μm이었고, 총 코팅 적재량은 3.00 mg/cm2이었다. 캐소드 조성은 90 wt% NMC532(Toda America, Battle Creek, MI), 5 wt% Timcal C45 탄소, 및 5 wt% Solef® 5130 PVDF(Solvay, Brussels, Belgium)이었다; 전극 면적은 1.54 cm2이었고, 코팅 두께는 42 μm이었고, 총 코팅 적재량은 11.40 mg/cm2이었다. 캐소드 및 애노드는 Argonne National Laboratory의 CAMP Facility에 의해 제공되었다. 완전 셀 용량(full cell capacity)은 2 mAh이었다.A coin cell was prepared with 15 mm diameter silicon/graphite anode, 14 mm diameter NMC532 (Li(Ni 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 )O 2 ) cathode, and 45 μL of electrolyte; This coin cell had an n/p ratio of ˜1.2, where the n/p ratio is the areal capacity ratio of the negative electrode to the positive electrode. The anode composition was 73 wt% MagE3 graphite (Hitachi Chemical Co. America, Ltd., San Jose, CA), 15 wt% silicon (Paraclete Energy, Chelsea, MI), 2 wt% Timcal C45 carbon (Imerys Graphite & Carbon USA Inc) ., Westlake, OH), and 10 wt % LiPAA(H 2 O) (LiOH titrated); The electrode area was 1.77 cm 2 , the coating thickness was 27 μm, and the total coating loading was 3.00 mg/cm 2 . The cathode composition was 90 wt % NMC532 (Toda America, Battle Creek, MI), 5 wt % Timcal C45 carbon, and 5 wt % Solef ® 5130 PVDF (Solvay, Brussels, Belgium); The electrode area was 1.54 cm 2 , the coating thickness was 42 μm, and the total coating loading was 11.40 mg/cm 2 . Cathode and anode were provided by the CAMP Facility of Argonne National Laboratory. The full cell capacity was 2 mAh.

배터리 등급 LiPF6, EC, EMC, 및 FEC를 BASF Corporation으로부터 구입하였고, 받은 상태 그대로 사용하였다. 배터리 등급 LiFSI를 Nippon Shokubai Co., Ltd.로부터 입수하였다. 비스(2,2,2-트리플루오로에틸) 에테르(BTFE, 99+%)를 SynQuest Laboratories로부터 구입하였다. 베이스라인 전해질은 10 wt% FEC를 포함하는 EC/EMC(중량비 = 3:7) 중의 1. 2M LiPF6이었다. 100 사이클에 걸친 셀 성능을 도 5에 나타내었다. 제1 사이클 쿨롱 효율(FCE)은 60% 내지 65%이었고, 50 사이클에서의 비용량 유지율은 71.2%이었고, 100 사이클에서의 비용량 유지율은 53.4%이었다.Battery grades LiPF 6 , EC, EMC, and FEC were purchased from BASF Corporation and used as received. Battery grade LiFSI was obtained from Nippon Shokubai Co., Ltd. Bis(2,2,2-trifluoroethyl) ether (BTFE, 99+%) was purchased from SynQuest Laboratories. The baseline electrolyte was 1.2M LiPF 6 in EC/EMC (weight ratio = 3:7) with 10 wt % FEC. The cell performance over 100 cycles is shown in FIG. 5 . The first cycle coulombic efficiency (FCE) was between 60% and 65%, the specific capacity retention at 50 cycles was 71.2%, and the specific capacity retention at 100 cycles was 53.4%.

추가 전해질을 제조하여, 3 V 내지 4.1 V의 작동 전압 범위에서 평가하였다. 순환 전압전류법은 전해질이 최대 5V까지 안정함을 보여준다. 그 결과를 표 1에 요약하였고, 도 6에 나타냈다. 이러한 결과가 실증하는 바와 같이, LiFSI, 카보네이트 기반 용매, 희석제, 및 FEC를 포함하는 LSE는, LiPAA 바인더를 포함하는 Si/Gr 애노드와의 양립성(compatible)을 갖는다. E-104는, FCE가 75%이고, 제4 사이클에서의 비용량이 117.6 mAh/g이고, 100 사이클에서의 비용량 유지율이 71%인 최상의 결과를 제공하였다.Additional electrolytes were prepared and evaluated over an operating voltage range of 3 V to 4.1 V. Cyclic voltammetry shows that the electrolyte is stable up to 5V. The results are summarized in Table 1 and shown in FIG. 6 . As these results demonstrate, LSEs comprising LiFSI, carbonate based solvent, diluent, and FEC are compatible with Si/Gr anodes comprising LiPAA binder. E-104 provided the best results with an FCE of 75%, a specific capacity at 4 cycle of 117.6 mAh/g, and a specific capacity retention at 100 cycles of 71%.

전해질electrolyte FCEFCE 제4 사이클에서의 비용량
(mAh/g)specific capacity in the fourth cycle
(mAh/g) 100 사이클에서의 비용량 유지율 (mAh/g)Specific capacity retention at 100 cycles (mAh/g) 베이스
라인Base
line EC-EMC (중량비 = 3:7) + 10　wt% FEC 중의
1.2 M LiPF6 EC-EMC (weight ratio = 3:7) + 10 wt% in FEC
1.2 M LiPF 6 60%60% 96.396.3 60%60% E-101E-101 EC-EMC (중량비 = 3:7) + 5　wt% FEC + 5　wt% FEC중의 6 M LiFSIEC-EMC (weight ratio = 3:7) + 6M LiFSI in 5　wt% FEC + 5　wt% FEC 60%60% 41.841.8 40%40% E-102E-102 EC-EMC (중량비 = 3:7)-1BTFE(EC-EMC 대비 몰비 = 1) + 5　wt% FEC 중의 2.9 M LiFSIEC-EMC (weight ratio = 3:7)-1BTFE (molar ratio to EC-EMC = 1) + 2.9 M LiFSI in 5　wt% FEC 73%73% 99.199.1 71%71% E-103E-103 EC-EMC (중량비 = 3:7)-1.5BTFE(EC-EMC 대비 몰비 = 1.5) + 5　wt% FEC 중의
2.5 M LiFSI EC-EMC (weight ratio = 3:7)-1.5BTFE (molar ratio to EC-EMC = 1.5) + 5 wt% in FEC
2.5 M LiFSI 75%75% 117.6117.6 67%67% E-104E-104 EC-EMC (중량비 = 3:7)-2BTFE(EC-EMC 대비 몰비 = 2) + 5　wt% FEC 중의 1.8 M LiFSIEC-EMC (weight ratio = 3:7)-2BTFE (molar ratio to EC-EMC = 2) + 1.8 M LiFSI in 5　wt% FEC 75%75% 114.8114.8 92.4%92.4% E-105E-105 EC-EMC (중량비 = 3:7)-3BTFE(EC-EMC 대비 몰비 = 3) + 5　wt% FEC 중의 1.2 M LiFSIEC-EMC (weight ratio = 3:7)-3BTFE (molar ratio to EC-EMC = 3) + 1.2 M LiFSI in 5 wt% FEC 70%70% 82.982.9 71%71%

TEPa-3BTFE 중의 1.2 M LiFSI를 포함하는 불연성 전해질을 제조하고, 코인 셀에서 평가하였다. 그 결과를 표 2 및 도 7 및 도 8에 나타냈다. TEPa 기반 LSE는, 제1 사이클 쿨롱 에너지가 37.87%이고 80 사이클 후 용량 유지율이 0인 것에 의해 입증된 바와 같이, 상기 애노드와 양립되지 않았다.A non-flammable electrolyte comprising 1.2 M LiFSI in TEPa-3BTFE was prepared and evaluated in a coin cell. The results are shown in Table 2 and FIGS. 7 and 8 . The TEPa based LSE was not compatible with the anode, as evidenced by a first cycle coulomb energy of 37.87% and zero capacity retention after 80 cycles.

전해질electrolyte FCEFCE 제4 사이클에서의 비용량
(mAh/g)specific capacity in the fourth cycle
(mAh/g) 80 사이클에서의 비용량 유지율 (mAh/g)Specific capacity retention at 80 cycles (mAh/g) 베이스
라인Base
line EC-EMC(중량비 = 3:7) + 10　wt% FEC 중의 1.2 M LiPF6 EC-EMC (weight ratio = 3:7) + 1.2 M LiPF 6 in 10 wt % FEC 60%60% 96.396.3 60%60% E-313E-313 TEPa-3BTFE(TEPa 대비 몰비 = 3) 중의
1.2 M LiFSIin TEPa-3BTFE (molar ratio to TEPa = 3)
1.2 M LiFSI 37.87%37.87% 41.141.1 00

애노드는, LiPAA 바인더를 폴리이미드 바인더로 대체하고, 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition: CVD)에 의해 탄소로 코팅된 나노-규소를 포함하도록 변경되었다. 애노드 조성은 다음과 같았다: 73 wt% Hitachi MagE3 흑연, 15 wt% Paraclete Energy C/Si(C/Si 복합재료 중의 10% CVD 탄소), 2 wt% Timcal C45 탄소, 및 10 wt% 폴리이미드(PI)); 코팅 두께는 26 ㎛이었고, 이때, 총 코팅 적재량은 3 mg/cm2이었다. The anode was modified to include nano-silicon coated with carbon by Chemical Vapor Deposition (CVD), replacing the LiPAA binder with a polyimide binder. The anode composition was as follows: 73 wt% Hitachi MagE3 graphite, 15 wt% Paraclete Energy C/Si (10% CVD carbon in C/Si composite), 2 wt% Timcal C45 carbon, and 10 wt% polyimide (PI )); The coating thickness was 26 μm, with a total coating loading of 3 mg/cm 2 .

변형된 애노드, 실시예 1의 캐소드, 및 베이스라인 전해질(EC/EMC(중량비 = 3:7) + 10 wt% FEC 중의 1.2 M LiPF6 - "Gen2 + 10% FEC")을 사용하여 코인 셀을 제조하였다. 도 9는 제1, 제2 및 제3 사이클에 대한 전압 대 면적 용량의 그래프이다.A coin cell was constructed using the modified anode, the cathode of Example 1, and a baseline electrolyte (EC/EMC (weight ratio = 3:7) + 1.2 M LiPF 6 in 10 wt% FEC - “Gen2 + 10% FEC”). prepared. 9 is a graph of voltage versus area capacity for first, second and third cycles.

바인더 및 탄소 코팅된 나노-규소의 효과를, (i) 실시예 1의 애노드(베이스라인 애노드), (ii) 코팅되지 않은 규소 및 PI 바인더를 갖는 애노드, 및 (iii) 탄소 코팅된 나노-규소 및 PI 바인더를 갖는 애노드와 함께, 베이스라인 전해질을 갖는 코인 셀에서 평가하였다. 그 결과를 표 3 및 도 10에 나타냈다.The effect of binder and carbon coated nano-silicon was evaluated by (i) the anode of Example 1 (baseline anode), (ii) an anode with uncoated silicon and PI binder, and (iii) carbon coated nano-silicon. and an anode with PI binder, in coin cells with baseline electrolyte. The results are shown in Table 3 and FIG. 10 .

전해질: EC/EMC(중량비 = 3:7) + 10 wt% FEC 중의 1.2 M LiPF6 Electrolyte: EC/EMC (weight ratio = 3:7) + 1.2 M LiPF 6 in 10 wt % FEC 애노드anode FCEFCE 제4 사이클에서의 비용량
(mAh/g)specific capacity in the fourth cycle
(mAh/g) 100 사이클에서의 비용량 유지율Specific capacity retention rate at 100 cycles 베이스라인
(Si-LiPAA 바인더)baseline
(Si-LiPAA binder) 60%60% 96.396.3 53.4%53.4% Si-PI 바인더Si-PI binder 53%53% 68.968.9 53%53% 탄소 코팅된 Si-PI 바인더Carbon coated Si-PI binder 54%54% 71.171.1 65%65%

PI 바인더는 베이스라인 애노드보다 낮은 비용량을 초래하며, 이는 PI로인한 비가역적 용량 및 낮은 FCE와 관련될 수 있다. 탄소 코팅된 Si와 PI 바인더의 조합은, 코팅되지 않은 Si를 갖는 PI 바인더에 비해, 개선된 사이클 안정성을 가졌다. The PI binder results in a lower specific capacity than the baseline anode, which may be related to the irreversible capacity and lower FCE due to PI. The combination of carbon coated Si and PI binder had improved cycle stability compared to the PI binder with uncoated Si.

PI 바인더를 갖는 탄소 코팅된 Si/Gr 애노드를, 베이스라인 전해질 및 전해질들 E-103 및 E-313을 갖는 코인 셀에서, 추가적으로 평가하였다. 그 결과를 표 4 및 도 11에 나타냈다. 상기 변형된 애노드는, E-313 전해질에서 현저하게 개선된 사이클링 안정성을 나타냈다. 그러나, PI 바인더에 기인하는 비가역 용량 및 낮은 FCE로 인해 그 용량은 훨씬 더 낮다.Carbon coated Si/Gr anodes with PI binder were further evaluated in coin cells with baseline electrolyte and electrolytes E-103 and E-313. The results are shown in Table 4 and FIG. 11 . The modified anode showed significantly improved cycling stability in the E-313 electrolyte. However, the capacity is much lower due to the irreversible capacity and low FCE due to the PI binder.

애노드anode 전해질electrolyte FCEFCE 제4 사이클에서의 비용량
(mAh/g)specific capacity in the fourth cycle
(mAh/g) 100 사이클에서의 비용량 유지율Specific capacity retention rate at 100 cycles Si-LIPAA 바인더Si-LIPAA binder 베이스
라인Base
line EC/EMC(중량비 = 3:7) + 10% FEC 중의 1.2 M LiPF6 EC/EMC (weight ratio = 3:7) + 1.2 M LiPF 6 in 10% FEC 60%60% 96.396.3 53.4%53.4% 탄소 코팅된 Si - PI 바인더Carbon coated Si - PI binder 54%54% 71.171.1 65%65% E-103E-103 EC-EMC(중량비 = 3:7)-1.5 BTFE + 5　wt% FEC 중의 2.5 M LiFSI EC-EMC (weight ratio = 3:7)-1.5 M LiFSI in 1.5 BTFE + 5 wt% FEC 43%43% 72.972.9 57.3%57.3% E-313E-313 TEPa-3BTFE 중의 1.2 M LiFSI1.2 M LiFSI in TEPa-3BTFE 55%55% 7878 86.5%86.5%

PI 바인더를 갖는 탄소 코팅된 Si/Gr 애노드, NMC 캐소드, 전해질 E-313 또는 전해질 E-313 + 1.2 wt% FEC를 포함하는 코인 셀에서, 애노드 예비 리튬화(anode prelithiation)의 효과를 평가하였다. 예비 리튬화는 반쪽 셀 구성에서 애노드의 3회의 화성 사이클(3 formation cycles)로 수행되었다. 그 결과를 표 5 및 도 12 및 도 13에 나타냈다. 이 결과에 의해 실증되는 바와 같이, 예비 리튬화된 애노드와 조합된 E-313은, 제4 사이클에서의 비용량 및 비용량 유지율 둘 다와 관련하여 상당한 이점을 제공한다. FEC의 포함은 제4 사이클에서 더 높은 비용량을 제공했지만, 비용량 유지율은 더 낮았다. 이 결과는, 셀 비용량이 예비 리튬화 처리에 의해 > 90 mAh/g일 수 있음을 확인시켜 주고, 또한, 낮은 비용량은 PI 바인더의 낮은 FCE에 기인함을 확인시켜 준다. The effect of anode prelithiation was evaluated in coin cells containing carbon coated Si/Gr anode with PI binder, NMC cathode, electrolyte E-313 or electrolyte E-313 + 1.2 wt % FEC. Preliminary lithiation was performed with 3 formation cycles of the anode in a half cell configuration. The results are shown in Table 5 and FIGS. 12 and 13 . As demonstrated by these results, E-313 in combination with a pre-lithiated anode provides significant advantages with respect to both specific capacity and specific capacity retention in the fourth cycle. Inclusion of FEC provided higher specific capacity in the fourth cycle, but lower specific capacity retention. This result confirms that the cell specific capacity can be >90 mAh/g by pre-lithiation treatment, and also confirms that the low specific capacity is due to the low FCE of the PI binder.

애노드anode 예비 리튬화preliminary lithiation 전해질electrolyte FCEFCE 제4 사이클에서의 비용량
(mAh/g)specific capacity in the fourth cycle
(mAh/g) 100 사이클에서의 비용량 유지율Specific capacity retention rate at 100 cycles Si-LIPAA 바인더Si-LIPAA binder 아니오no 베이스라인baseline EC/EMC(중량비 = 3:7) + 10% FEC 중의 1.2 M LiPF6 EC/EMC (weight ratio = 3:7) + 1.2 M LiPF 6 in 10% FEC 60%60% 96.396.3 53.4%53.4% 탄소 코팅된 Si-PI 바인더Carbon coated Si-PI binder 아니오no E-313E-313 TEPa-3BTFE 중의
1.2 M LiFSI of TEPa-3BTFE
1.2 M LiFSI 55%55% 7878 86.5%86.5% 예Yes 78%78% 92.892.8 90.3%90.3% 예Yes E-313 + FECE-313 + FEC TEPa-3BTFE + 1.2 wt% FEC 중의
1.2 M LiFSI in TEPa-3BTFE + 1.2 wt % FEC
1.2 M LiFSI 73%73% 95.895.8 82%82%

도 14는, LiPAA 바인더를 갖는 Si/Gr 애노드, 및 PI 바인더를 갖는 예비 리튬화된 탄소-코팅된 Si/Gr 애노드에 대한, 효과적인 LSE 전해질들의 결과를 요약한다. 전해질들은, 베이스라인 "Gen2, FEC"(EC/EMC(중량비 = 3:7) + 10 wt% FEC 중의 1.2M LiPF6), E-104(표 1), E-313(표 5), 및 E-313 + FEC(표 5)이다. 이 결과는, EC-EMC 중의 LiFSI를 포함하는 LSE가, LiPAA 바인더를 갖는 Si/Gr 애노드의 용량 및 사이클링 안정성을 효과적으로 향상시킨다는 것을 보여준다. TEPa 중의 LiFSI를 포함하는 LSE는, PI 바인더를 갖는 탄소 코팅된 Si/Gr 애노드의 사이클링 안정성을 효과적으로 개선한다; 그 용량은, 베이스라인 "Gen2, FEC" 전해질을 갖는 Si/Gr-LiPAA 애노드를 포함하는 셀의 용량보다는 더 크지만, Si/Gr-LiPAA 애노드, 및 EC-EMC 중의 LiFSI를 포함하는 LSE를 갖는 셀보다는 더 낮게 유지된다.14 summarizes the results of effective LSE electrolytes for a Si/Gr anode with LiPAA binder, and a prelithiated carbon-coated Si/Gr anode with PI binder. Electrolytes were: Baseline “Gen2, FEC” (EC/EMC (weight ratio = 3:7) + 1.2M LiPF 6 in 10 wt% FEC), E-104 (Table 1), E-313 (Table 5), and E-313 + FEC (Table 5). These results show that LSE with LiFSI in EC-EMC effectively improves the capacity and cycling stability of Si/Gr anode with LiPAA binder. LSE with LiFSI in TEPa effectively improves the cycling stability of carbon coated Si/Gr anode with PI binder; Its capacity is greater than that of a cell comprising a Si/Gr-LiPAA anode with a baseline “Gen2, FEC” electrolyte, but with an LSE comprising a Si/Gr-LiPAA anode, and LiFSI in EC-EMC. It is kept lower than the cell.

실시예 2Example 2

다양한 희석제를 갖는 LSE를 사용하는 Si/Gr||NMC532 셀Si/Gr||NMC532 cell with LSE with various diluents

다른 희석제도 조사하였고, LiFSi-EC:EMC 기반 LSE(LHCE)와 비교하였다. 이 세가지 전해질들의 염 농도는 동일하였다. 도 15 및 표 6의 결과는, 세가지 희석제(BTFE, TTE 및 TFEO) 모두가 사이클링 안정성 및 FCE를 개선시킨다는 것을 보여준다. TTE 기반 LHCE는, BTFE 기반 LHCE에 비해, 비용량은 더 높지만, 사이클 안정성은 약간 더 불량한 것으로 실증되었다. TFEO 기반 LHCE는 TTE 및 BTFE 기반 LHCE에 비해 더 낮은 비용량을 나타냈으며, 이는, 이 세가지 전해질들의 점도 및 전도도의 차이에 기인할 수 있다. TTE 및 TFEO 기반 LHCE들 둘 다, 80 사이클 후에 유사한 사이클 안정성(80%)을 실증하였다. 이 세가지 전해질들 중 BTFE 기반 LHCE는, 사이클링 안정성 및 비용량 측면들에 있어서, 가장 우수한 전기화학적 거동을 보였다.Other diluents were also investigated and compared to LiFSi-EC:EMC based LSE (LHCE). The salt concentrations of these three electrolytes were the same. The results in Figure 15 and Table 6 show that all three diluents (BTFE, TTE and TFEO) improved cycling stability and FCE. TTE-based LHCEs demonstrated higher specific capacity but slightly poorer cycle stability compared to BTFE-based LHCEs. TFEO-based LHCE showed lower specific capacity compared to TTE and BTFE-based LHCE, which could be attributed to the difference in viscosity and conductivity of these three electrolytes. Both TTE and TFEO based LHCEs demonstrated similar cycle stability (80%) after 80 cycles. Among these three electrolytes, BTFE-based LHCE showed the best electrochemical behavior in terms of cycling stability and specific capacity.

전해질electrolyte FCEFCE 80 사이클에서의 유지율Retention at 80 cycles 베이스라인baseline EC-EMC(중량비 = 3:7) + 10 wt% FEC 중의
1.2 M LiPF6 EC-EMC (weight ratio = 3:7) + 10 wt% in FEC
1.2 M LiPF 6 60%60% 60%60% TTE 기반TTE based EC-EMC(중량비 = 3:7)-2TTE(EC/EMC 대비 몰비 = 2) + 5 wt% FEC 중의 1.8M LiFSI EC-EMC (weight ratio = 3:7)-2TTE (EC/EMC to mole ratio = 2) + 1.8M LiFSI in 5 wt% FEC 74%74% 80%80% TFEO 기반TFEO based EC-EMC(중량비 = 3:7)-2TFEO(EC/EMC 대비 몰비 = 2) + 5 wt% FEC 중의 1.8M LiFSI EC-EMC (weight ratio = 3:7)-2TFEO (EC/EMC to mole ratio = 2) + 1.8M LiFSI in 5 wt% FEC 73%73% 80%80% BTFE 기반
(E-104)BTFE based
(E-104) EC-EMC(중량비 = 3:7)-2BTFE(EC/EMC 대비 몰비 = 2) + 5 wt% FEC 중의 1.8M LiFSI EC-EMC (weight ratio = 3:7)-2BTFE (EC/EMC to mole ratio = 2) + 1.8M LiFSI in 5 wt% FEC 75%75% 92.4%92.4%

E-104 LSE의 전압 범위를, 도 16에 도시된 바와 같이, 순환 전압전류법(CV) 측정에 의해, 조사하였다. 이 결과는 E-104가 5 V 까지 안정하다는 것을 보여준다. 다양한 상위 전압들에서의 E-104의 전기화학적 성능 또한, 도 17에 도시된 바와 같이, Li||NMC532 셀 구성으로 조사되었다. Li||NMC532 셀들은, E-104 경우 최대 4.5 V까지, 안정적인 사이클링 안정성을 실증하였다. 대조적으로, 베이스라인 전해질(Gen2, 10 wt% FEC)을 갖는 셀들은, 이 셀들이 4.3 V까지 충전되었을 때, 급속한 용량 감퇴(capacity fading)를 보였다.The voltage range of the E-104 LSE was investigated by cyclic voltammetry (CV) measurements, as shown in FIG. 16 . These results show that E-104 is stable up to 5 V. The electrochemical performance of E-104 at various higher voltages was also investigated with the Li||NMC532 cell configuration, as shown in FIG. 17 . Li||NMC532 cells demonstrated stable cycling stability up to 4.5 V for E-104. In contrast, cells with baseline electrolyte (Gen2, 10 wt % FEC) showed rapid capacity fading when these cells were charged to 4.3 V.

실시예 3Example 3

LSE를 갖는 Si/Gr||NMC333 셀Si/Gr||NMC333 cell with LSE

불연성 전해질들을 규소(Si) 기반 애노드로 평가하였다. 이론적 용량이 1,000 mAh/g인 Si/흑연(Si/Gr) 복합재료를 BTR New Energy Materials Inc.(중국)로부터 입수하였다. Si/Gr 전극은, 활물질로서 80 wt%의 BTR-1000, 전도제(conducting agent)로서 10 wt%의 Super-P® 탄소, 및 바인더로서 10 wt%의 폴리이미드(PI)로 구성되었다. 직경이 1.27 cm이고 평균 질량 적재량이 2.15 mg cm-2인 전극 디스크들을 펀칭하고, 건조하고, 정제된 아르곤으로 채워진 글로브 박스에 보관하였다. 배터리 등급 LiPF6, EC, EMC, 및 FEC를 BASF Corporation으로부터 구입하여 받은 상태 그대로 사용하였다. 배터리 등급의 LiFSI를 Nippon Shokubai Co., Ltd.로부터 입수하였다. 비스(2,2,2-트리플루오로에틸) 에테르(BTFE, 99+%)를 SynQuest Laboratories로부터 구입하였다. TEPa를 Sigma-Aldrich로부터 구입하였다. 2개의 BTFE로 희석된 불연성 전해질들이 제조되었다: NFE-1은 LiFSI, TEPa 및 BTFE(몰비 = 0.75:1:3)을 포함하였고; NFE-2는 LiFSI-1.2TEPa-0.13FEC-4BTFE(몰비 = 1:1.2:0.13:4, FEC의 양 = 1.2 wt%)를 포함하였다. NFE-2 중의 LiFSI의 몰 농도는 1.2 M이었다. 세가지 대조군 전해질들인, 서로 다른 양의 FEC(2 wt%, 5 wt%, 및 10 wt%; 각각, E-대조군 1, E-대조군 2 및 E-대조군 3으로 명명됨)를 갖는 EC-EMC(중량비 = 3:7) 중의 1.15 M LiPF6를 제조하고, 비교를 위해 평가했으며, 그 결과를 표 7에 요약하였다. Non-combustible electrolytes were evaluated with a silicon (Si) based anode. A Si/graphite (Si/Gr) composite material with a theoretical capacity of 1,000 mAh/g was obtained from BTR New Energy Materials Inc. (China). The Si/Gr electrode was composed of 80 wt% of BTR-1000 as an active material, 10 wt% of Super-P ® carbon as a conducting agent, and 10 wt% of polyimide (PI) as a binder. Electrode disks with a diameter of 1.27 cm and an average mass loading of 2.15 mg cm -2 were punched, dried, and stored in a glove box filled with purified argon. Battery grades LiPF 6 , EC, EMC, and FEC were purchased from BASF Corporation and used as received. Battery grade LiFSI was obtained from Nippon Shokubai Co., Ltd. Bis(2,2,2-trifluoroethyl) ether (BTFE, 99+%) was purchased from SynQuest Laboratories. TEPa was purchased from Sigma-Aldrich. Incombustible electrolytes diluted with two BTFEs were prepared: NFE-1 comprised LiFSI, TEPa and BTFE (molar ratio = 0.75:1:3); NFE-2 contained LiFSI-1.2TEPa-0.13FEC-4BTFE (molar ratio = 1:1.2:0.13:4, amount of FEC = 1.2 wt%). The molar concentration of LiFSI in NFE-2 was 1.2 M. EC-EMC with three control electrolytes, different amounts of FEC (2 wt%, 5 wt%, and 10 wt%; termed E-Control 1, E-Control 2 and E-Control 3, respectively) ( 1.15 M LiPF 6 in weight ratio = 3:7) was prepared and evaluated for comparison, and the results are summarized in Table 7.

명칭designation 제형formulation 가연성flammable E-대조군 1 E-control 1 EC-EMC(중량비 = 3:7) + 2 wt% FEC 중의 1 M LiPF6 EC-EMC (weight ratio = 3:7) + 1 M LiPF 6 in 2 wt % FEC 높은 가연성high flammability E-대조군 2 E-Control 2 EC-EMC(중량비 = 3:7) + 5 wt% FEC 중의 1 M LiPF6 EC-EMC (weight ratio = 3:7) + 1 M LiPF 6 in 5 wt % FEC 높은 가연성high flammability E-대조군 3 E-Control 3 EC-EMC(중량비 = 3:7) + 10 wt% FEC 중의 1 M LiPF6 EC-EMC (weight ratio = 3:7) + 1 M LiPF 6 in 10 wt % FEC 높은 가연성high flammability NFE-1NFE-1 LiFSI-1.33TEPa-4 BTFELiFSI-1.33TEPa-4 BTFE 불연성nonflammable NFE-2NFE-2 LiFSI-1.2TEPa-0.13FEC-4BTFELiFSI-1.2TEPa-0.13FEC-4BTFE 불연성nonflammable

도 18은, BTFE로 희석된 전해질(NFE-1: 정사각형; NFE-2: 원), 및 3개의 대조군 전해질들을 사용한 Li||Si/Gr 반쪽 셀의 사이클링 성능을 나타낸다. NFE-1 전해질 중의 Si/Gr 전극은 300 사이클 후, 66.2%의 용량 유지율과 함께, 770 mAh/g의 초기 가역 용량을 발휘하였으며, 한편, 불연성 전해질(NFE-2)을 함유하는 FEC를 갖는 Si/Gr 전극은 300 사이클 후, 73%의 용량 유지율과 함께, 762 mAh/g의 초기 가역 용량을 발휘하였다. NFE-2와 유사한 FEC 양을 갖는 종래의 전해질(E-대조군 3)의 경우 40사이클 후 용량이 급격히 떨어졌다. FEC의 양이 5 wt% 및 10 wt%로 증가되었을 때, 사이클링 성능은 각각 60 사이클 및 140 사이클까지 연장되었다. 18 shows the cycling performance of a Li||Si/Gr half cell using electrolyte diluted with BTFE (NFE-1: square; NFE-2: circle), and three control electrolytes. The Si/Gr electrode in NFE-1 electrolyte exhibited an initial reversible capacity of 770 mAh/g with a capacity retention of 66.2% after 300 cycles, while Si with FEC containing non-flammable electrolyte (NFE-2) The /Gr electrode exhibited an initial reversible capacity of 762 mAh/g with a capacity retention of 73% after 300 cycles. In the case of the conventional electrolyte (E-control 3) with an FEC amount similar to that of NFE-2, the capacity dropped sharply after 40 cycles. When the amount of FEC was increased to 5 wt% and 10 wt%, the cycling performance was extended to 60 cycles and 140 cycles, respectively.

Si/Gr 애노드, 및 NMC333의 상업용 캐소드 재료를 사용하는 완전 셀도 조사되었다. NMC333 캐소드의 비용량은 ~150 mAh g-1이었고, 그 면적 용량은, 2.8 내지 4.2 V의 작동 전압 범위에서 0.5 mA cm-2로 충전되고 0.75 mA cm-2로 방전되었을 때, ~1.5 mAh cm-2이었다. 애노드 부분은, SEI 형성에 따른 문제점들을 완화시키기 위해, 반쪽 셀에서 Li 금속에 대한 예비 사이클을 거친 후, 완전 셀로 재조립되었다. 1:1.1의 캐소드 및 애노드 용량비를, 우수한 완전 셀 성능을 얻기 위해, 일치시켰다. 약간 더 높은 Si 함량은, 완전 셀 충전 동안 애노드가 과도하게 리튬화되는 것을 방지하는 데 유리하다. 도 19는 2개의 BTFE로 희석된 전해질들을 사용한 Si/Gr||NMC333 완전 셀의 사이클링 성능을 보여준다. NFE-2를 갖는 완전 셀은 300 사이클 후, 86%의 용량 유지율과 함께(NFE-1 전해질의 경우 81%), 더 우수한 사이클링 성능을 보여주었다.A full cell using a Si/Gr anode, and a commercial cathode material of NMC333 was also investigated. Was the specific capacity of the cathode is NMC333 ~ 150 mAh g -1, the area dose, at the operating voltage range of 2.8 to 4.2 V, and charged at 0.5 mA cm -2 when discharged at 0.75 mA cm -2, ~ 1.5 mAh cm It was -2. The anode portion was reassembled into a full cell after undergoing a preliminary cycle for Li metal in the half cell to alleviate the problems associated with SEI formation. A cathode and anode capacity ratio of 1:1.1 was matched to obtain good full cell performance. A slightly higher Si content is advantageous to prevent excessive lithiation of the anode during full cell charging. 19 shows the cycling performance of a Si/Gr||NMC333 full cell using electrolytes diluted with two BTFE. The full cell with NFE-2 showed better cycling performance after 300 cycles, with capacity retention of 86% (81% for NFE-1 electrolyte).

NFE-2 및 E-대조군 3을 갖는 Si/Gr||NMC333 셀들의 제2 회분(batch)을 제조하였다. NMC 캐소드를 기반으로 한 제1 방전 용량은 147.9 mA·h·g-1이었고 그 초기 쿨롱 효율은 89%이었으며(도 20 및 도 21), 이는 Li||NMC333 반쪽 셀에서 얻은 값에 매우 가깝다. 면적 용량은 대략 1.5 mAh/cm2(도 21)이었고, 모든 셀들은 140 사이클 후에도 여전히 작동하고 있었다. E-대조군 3 기반의 완전 셀의 경우 비슷한 비용량을 보였지만, 90 사이클 후 비용량이 급격히 떨어지기 시작했다. 또한, NFE-2 기반 완전 셀의 사이클 쿨롱 효율은, E-대조군 3 셀보다 높았다. A second batch of Si/Gr||NMC333 cells with NFE-2 and E-control 3 was prepared. The first discharge capacity based on the NMC cathode was 147.9 mA h g −1 and its initial coulombic efficiency was 89% ( FIGS. 20 and 21 ), which is very close to the value obtained for the Li||NMC333 half-cell. The areal capacity was approximately 1.5 mAh/cm 2 ( FIG. 21 ) and all cells were still working after 140 cycles. E-control 3-based full cells showed similar specific capacities, but after 90 cycles the specific capacity started to drop sharply. In addition, the cycle coulombic efficiency of NFE-2 based complete cells was higher than that of E-control 3 cells.

Si/Gr(3.2 mAh/cm2) 및 NMC333(2.8 mAh/cm2)의 더 높은 면적 용량을 갖는 셀들을, NFE-2 및 E-대조군 3을 사용하여, 제조하고 평가하였다. 0.15 mA cm-2에서 딥 사이클링(deep cycling) 후, 가역적 면적 용량은 3.1 mA cm-2에 도달했다(도 22). 충전의 경우 0.75 mA cm-2, 방전의 경우 0.3 mA cm-2의 높은 속도에서 제4 사이클부터 100번째 사이클까지, NFE-2를 사용한 경우의 용량 유지율은, 100 사이클 후 95.0%에 도달하였다.Cells with higher areal capacities of Si/Gr (3.2 mAh/cm 2 ) and NMC333 (2.8 mAh/cm 2 ) were prepared and evaluated using NFE-2 and E-control 3 . After deep cycling at 0.15 mA cm -2 , the reversible areal capacity reached 3.1 mA cm -2 ( FIG. 22 ). At a high rate of 0.75 mA cm -2 for charging and 0.3 mA cm -2 for discharging, from the 4th cycle to the 100th cycle, the capacity retention rate with NFE-2 reached 95.0% after 100 cycles.

도 23은, 25 ℃에서, NFE-1, NFE-2, 및 E-대조군 3 전해질을 사용한 Si/Gr||NMC333 셀들의 장기 사이클링 안정성을 실증한다. 세 전해질들 모두에서 셀들은, 0.15 mA cm-2의 전류밀도에서 초기 3회의 화성 사이클 동안 150 mAh g-1(캐소드 기준)의 유사한 가역 용량을 나타냈다. 다음 600회의 사이클에서, 전류밀도가 충전의 경우 0.3 mA cm-2, 방전의 경우 0.75 mA cm-2로 증가했을 때, 사이클링 안정성은 NFE-2 > NFE-1 > E-대조군 3 순으로 높음부터 낮음까지 변하였다. 126.5 및 112.5 mAh g-1의 가역 용량이, 각각 NFE-2 및 NFE-1을 사용하여, 5C 속도에서 얻어졌다. 완전 셀의 장기 사이클링 안정성을 주의 깊게 분석하였을 때, E-대조군 3은 빠른 용량 감퇴를 초래하여, 500 사이클 후의 용량 유지율이 50.3%에 불과하였다. NFE-1를 사용한 경우, 용량 유지율은 500 사이클에 걸쳐 65.7%였다. 대조적으로, NFE-2를 사용한 셀들은, 600 사이클 후의 용량 유지율이 89.8%에 달함으로써, 탁월한 장기 사이클링 성능을 실증하였다. CE는 100%에 근접하였다. 23 demonstrates the long-term cycling stability of Si/Gr||NMC333 cells using NFE-1, NFE-2, and E-control 3 electrolytes at 25°C. Cells in all three electrolytes exhibited a similar reversible capacity of 150 mAh g -1 (based on the cathode) during the initial three conversion cycles at a current density of 0.15 mA cm -2 . In the next 600 cycles, when the current density increased to 0.3 mA cm -2 for charge and 0.75 mA cm -2 for discharge, the cycling stability started from highest NFE-2 > NFE-1 > E-control 3 changed to low. Reversible capacities of 126.5 and 112.5 mAh g −1 were obtained at 5C rate using NFE-2 and NFE-1, respectively. When the long-term cycling stability of the whole cell was carefully analyzed, the E-control 3 resulted in a rapid capacity decline, resulting in a capacity retention rate of only 50.3% after 500 cycles. With NFE-1, capacity retention was 65.7% over 500 cycles. In contrast, cells using NFE-2 demonstrated excellent long-term cycling performance, with capacity retention reaching 89.8% after 600 cycles. CE was close to 100%.

더욱이, NFE-2를 갖는 완전 셀들은 또한, 45 ℃의 상승된 온도에서, 더 우수한 사이클링 안정성을 나타냈다(도 24). 45°C에서 NFE-2를 사용한 완전 셀들의 평균 CE는 99.6%였으며, 25°C에서 사이클링된 완전 셀들의 평균 CE(~100%)보다 단지 약간 낮았으며, 이는, 상승된 온도에서, 전극/전해질 계면에서 전해질의 더 많은 분해로 인해, 더 두꺼운 부생성물 필름이 형성되는 것에 기인할 수 있다. 더 두꺼운 SEI 및 CEI의 형성에 수반되는 부생성물은 배터리의 임피던스 증가 및 용량 감퇴를 초래하였다. 그러나, NFE-2를 사용한 경우에는, 셀들이 45°C에서 사이클링되었을 때, 200 사이클에 걸친 용량 유지율이 90.2%에 달하였다. Moreover, full cells with NFE-2 also showed better cycling stability at an elevated temperature of 45 °C (Fig. 24). The mean CE of full cells with NFE-2 at 45 °C was 99.6%, only slightly lower than the mean CE (~100%) of full cells cycled at 25 °C, which, at elevated temperature, Due to more decomposition of the electrolyte at the electrolyte interface, it can be attributed to the formation of a thicker by-product film. Thicker SEIs and byproducts accompanying the formation of CEIs resulted in increased impedance and reduced capacity of the battery. However, with NFE-2, when the cells were cycled at 45°C, the capacity retention over 200 cycles reached 90.2%.

본 개시의 발명의 원리가 적용될 수 있는 많은 가능한 구현예들의 관점에서, 인식되어야 하는 바와 같이, 예시된 구현예들은 본 발명의 바람직한 예일 뿐이며, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다. 오히려, 본 발명의 범위는 하기 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 우리는 이러한 청구범위의 범위와 사상 내에 있는 모든 것들을 우리의 발명으로서 주장한다.In view of the many possible embodiments to which the principles of the present disclosure may be applied, it should be appreciated that the illustrated embodiments are merely preferred examples of the invention and should not be construed as limiting the scope of the invention. Rather, the scope of the invention is defined by the following claims. Accordingly, we claim as our invention everything that comes within the scope and spirit of these claims.

Claims (20)

전해질; 및 규소를 포함하는 애노드;를 포함하는 시스템으로서,
상기 전해질은:
리튬 양이온을 포함하는 활성 염;
비수성 용매로서, 상기 비수성 용매는 (i) 플루오로에틸렌 카보네이트(FEC) 이외의 카보네이트, (ii) 난연제 화합물, 또는 (iii) (i) 및 (ii)의 둘 다를 포함하고, 상기 활성 염은 상기 비수성 용매에 가용성인, 비수성 용매; 및
희석제로서, 상기 희석제는 플루오로알킬 에테르, 플루오르화 오르토포르메이트, 또는 이들의 조합을 포함하고, 상기 희석제 중에서의 상기 활성 염의 용해도는 상기 비수성 용매 중에서의 상기 활성 염의 용해도보다 적어도 10배 더 작은, 희석제;를 포함하는,
시스템.electrolyte; and an anode comprising silicon, comprising:
The electrolyte is:
active salts comprising lithium cations;
As a non-aqueous solvent, the non-aqueous solvent comprises (i) a carbonate other than fluoroethylene carbonate (FEC), (ii) a flame retardant compound, or (iii) both (i) and (ii), wherein the active salt is a non-aqueous solvent soluble in the non-aqueous solvent; and
as a diluent, wherein the diluent comprises a fluoroalkyl ether, a fluorinated orthoformate, or a combination thereof, wherein the solubility of the active salt in the diluent is at least 10-fold less than the solubility of the active salt in the non-aqueous solvent , a diluent; containing,
system. 제 1 항에 있어서, 상기 전해질은 0.1 wt% 내지 30 wt%의 FEC를 더 포함하는, 시스템.The system of claim 1 , wherein the electrolyte further comprises 0.1 wt % to 30 wt % FEC. 제 1 항에 있어서, 상기 활성 염은, 0.5 M 내지 6 M의 범위 내의, 상기 전해질 중에서의 몰 농도를 갖는, 시스템.The system of claim 1 , wherein the active salt has a molar concentration in the electrolyte within the range of 0.5 M to 6 M. 제 1 항에 있어서, 상기 활성 염은 리튬 비스(플루오로술포닐)이미드(LiFSI), 리튬 비스(트리플루오로메탄술포닐)이미드(LiTFSI), 리튬 비스(펜타플루오로에탄술포닐)이미드(LiBETI), 리튬 비스(옥살라토)보레이트(LiBOB), LiPF6, LiAsF6, LiBF4, LiCF3SO3, LiClO4, 리튬 디플루오로 옥살라토 보레이트(LiDFOB), LiI, LiBr, LiCl, LiSCN, LiNO3, LiNO2, Li2SO4, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합을 포함하는, 시스템.The method of claim 1, wherein the active salt is lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI), lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI), lithium bis(pentafluoroethanesulfonyl) imide (LiBETI), lithium bis(oxalato)borate (LiBOB), LiPF 6 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiClO 4 , lithium difluorooxalatoborate (LiDFOB), LiI, LiBr , LiCl, LiSCN, LiNO 3 , LiNO 2 , Li 2 SO 4 , or a combination of any two or more thereof. 제 1 항에 있어서, 상기 비수성 용매는 유기 포스페이트, 유기 포스파이트, 유기 포스포네이트, 유기 포스포아미드, 포스파젠, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합을 포함하는 난연제 화합물을 포함하는, 시스템.The system of claim 1 , wherein the non-aqueous solvent comprises a flame retardant compound comprising an organic phosphate, an organic phosphite, an organic phosphonate, an organic phosphoramide, a phosphazene, or a combination of any two or more thereof. 제 5 항에 있어서, 상기 난연제 화합물은 트리에틸 포스페이트, 트리메틸 포스페이트, 트리부틸 포스페이트, 트리페닐 포스페이트, 트리스(2,2,2-트리플루오로에틸) 포스페이트, 비스(2,2,2-트리플루오로에틸) 메틸포스페이트; 트리메틸 포스파이트, 트리페닐 포스파이트, 트리스(2,2,2-트리플루오로에틸) 포스파이트; 디메틸 메틸포스포네이트, 디에틸 에틸포스포네이트, 디에틸 페닐포스포네이트, 비스(2,2,2-트리플루오로에틸) 메틸포스포네이트; 헥사메틸포스포아미드; 헥사메톡시포스파젠, 헥사플루오로포스파젠, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합을 포함하는, 시스템. 6. The method of claim 5, wherein the flame retardant compound is triethyl phosphate, trimethyl phosphate, tributyl phosphate, triphenyl phosphate, tris(2,2,2-trifluoroethyl) phosphate, bis(2,2,2-trifluoro roethyl) methyl phosphate; trimethyl phosphite, triphenyl phosphite, tris(2,2,2-trifluoroethyl) phosphite; dimethyl methylphosphonate, diethyl ethylphosphonate, diethyl phenylphosphonate, bis(2,2,2-trifluoroethyl)methylphosphonate; hexamethylphosphoamide; hexamethoxyphosphazene, hexafluorophosphazene, or a combination of any two or more thereof. 제 1 항에 있어서, 상기 비수성 용매는 에틸렌 카보네이트(EC) 및 에틸 카보네이트(EMC), 또는 EC 및 디에틸 카보네이트(DEC), 또는 EC 및 디메틸 카보네이트(DMC), 또는 EMC, DEC, DMC, 프로필렌 카보네이트(PC)의 조합 및 EC를 포함하는, 시스템.The non-aqueous solvent of claim 1 , wherein the non-aqueous solvent is ethylene carbonate (EC) and ethyl carbonate (EMC), or EC and diethyl carbonate (DEC), or EC and dimethyl carbonate (DMC), or EMC, DEC, DMC, propylene A system comprising a combination of carbonate (PC) and EC. 제 1 항에 있어서, 상기 희석제는 비스(2,2,2-트리플루오로에틸) 에테르(BTFE), 1,1,2,2-테트라플루오로에틸-2,2,3,3-테트라플루오로프로필 에테르(TTE), 1,1,2,2-테트라플루오로에틸-2,2,2-트리플루오로에틸 에테르(TFTFE), 1H,1H,5H-옥타플루오로펜틸 1,1,2,2-테트라플루오로에틸 에테르(OTE), 메톡시노나플루오로부탄(MOFB), 에톡시노나플루오로부탄(EOFB), 트리스(2,2,2-트리플루오로에틸)오르토포르메이트(TFEO), 트리스(헥사플루오로이소프로필)오르토포르메이트(THFiPO), 트리스(2,2-디플루오로에틸)오르토포르메이트(TDFEO), 비스(2,2,2-트리플루오로에틸) 메틸오르토포르메이트(BTFEMO), 트리스(2,2,3,3,3-펜타플루오로프로필)오르토포르메이트(TPFPO), 트리스(2,2,3,3-테트라플루오로프로필)오르토포르메이트(TTPO), 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합을 포함하는, 시스템.2. The method of claim 1, wherein the diluent is bis(2,2,2-trifluoroethyl) ether (BTFE), 1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2,2,3,3-tetrafluoro Ropropyl ether (TTE), 1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2,2,2-trifluoroethyl ether (TFTFE), 1H,1H,5H-octafluoropentyl 1,1,2 ,2-tetrafluoroethyl ether (OTE), methoxynonafluorobutane (MOFB), ethoxynonafluorobutane (EOFB), tris (2,2,2-trifluoroethyl) orthoformate (TFEO) ), tris(hexafluoroisopropyl)orthoformate (THFiPO), tris(2,2-difluoroethyl)orthoformate (TDFEO), bis(2,2,2-trifluoroethyl)methylortho Formate (BTFEMO), tris (2,2,3,3,3-pentafluoropropyl) orthoformate (TPFPO), tris (2,2,3,3-tetrafluoropropyl) orthoformate (TTPO) ), or a combination of any two or more thereof. 제 1 항에 있어서, 상기 희석제는 BTFE, TTE, OTE, TFEO, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합을 포함하는, 시스템.The system of claim 1 , wherein the diluent comprises BTFE, TTE, OTE, TFEO, or a combination of any two or more thereof. 제 9 항에 있어서, 상기 전해질은:
1 M 내지 3 M의 LiFSI;
중량비가 4:6 내지 2:8인 EC-EMC 및 0 wt% 내지 30 wt%의 FEC; 및
상기 희석제;를 포함하고,
상기 희석제에 대한 EC-EMC의 몰비는 1 내지 4의 범위 이내인,
시스템.10. The method of claim 9, wherein the electrolyte comprises:
1 M to 3 M LiFSI;
EC-EMC with a weight ratio of 4:6 to 2:8 and FEC from 0 wt % to 30 wt %; and
Including the diluent;
The molar ratio of EC-EMC to the diluent is within the range of 1 to 4,
system. 제 9 항에 있어서, 상기 전해질은:
1 M 내지 3 M의 LiFSI;
트리에틸 포스페이트(TEPa) 및 0 wt% 내지 30 wt% FEC; 및
상기 희석제;를 포함하고,
상기 희석제에 대한 TEPa의 몰비는 1 내지 4의 범위 이내인,
시스템.10. The method of claim 9, wherein the electrolyte comprises:
1 M to 3 M LiFSI;
triethyl phosphate (TEPa) and 0 wt % to 30 wt % FEC; and
Including the diluent;
wherein the molar ratio of TEPa to the diluent is within the range of 1 to 4,
system. 제 1 항에 있어서, 상기 애노드는 흑연/규소 복합재료를 포함하는, 시스템.The system of claim 1 , wherein the anode comprises a graphite/silicon composite. 제 12 항에 있어서, 상기 애노드는 리튬 폴리아크릴레이트 또는 폴리이미드 바인더를 더 포함하는, 시스템.13. The system of claim 12, wherein the anode further comprises a lithium polyacrylate or polyimide binder. 제 13 항에 있어서, 상기 규소는 탄소 코팅된 나노-규소인, 시스템.14. The system of claim 13, wherein the silicon is carbon coated nano-silicon. 제 14 항에 있어서, 상기 바인더는 폴리이미드를 포함하는, 시스템.15. The system of claim 14, wherein the binder comprises polyimide. 제 15 항에 있어서, 상기 전해질은:
1 M 내지 3 M의 LiFSI;
트리에틸 포스페이트(TEPa) 및 0 wt% 내지 30 wt%의 FEC; 및
상기 희석제;를 포함하고,
상기 희석제는 BTFE, TTE, OTE, TFEO, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합이고, 상기 희석제에 대한 TEPa의 몰비는 2 내지 4의 범위 이내인,
시스템.16. The method of claim 15, wherein the electrolyte comprises:
1 M to 3 M LiFSI;
triethyl phosphate (TEPa) and 0 wt % to 30 wt % FEC; and
Including the diluent;
wherein the diluent is BTFE, TTE, OTE, TFEO, or a combination of any two or more thereof, and the molar ratio of TEPa to the diluent is within the range of 2 to 4,
system. 제 15 항에 있어서, 상기 시스템은 캐소드를 더 포함하고, 상기 애노드는 예비리튬화(prelithiated)되며, 상기 시스템은 100 사이클 후에 80% 이상의 용량 유지율을 갖는, 시스템.16. The system of claim 15, wherein the system further comprises a cathode, the anode prelithiated, and wherein the system has a capacity retention of at least 80% after 100 cycles. 제 13 항에 있어서, 상기 바인더는 리튬 폴리아크릴레이트를 포함하고, 상기 전해질은:
1 M 내지 3 M의 LiFSI;
중량비가 3:7인 EC-EMC 및 0 wt% 내지 30 wt%의 FEC; 및
상기 희석제;를 포함하고,
상기 희석제는 BTFE, TTE, OTE, TFEO, 또는 이들 중 어느 둘 이상의 조합이고, 상기 희석제에 대한 EC-EMC의 몰비는 1 내지 3의 범위 이내인,
시스템.14. The method of claim 13, wherein the binder comprises lithium polyacrylate and the electrolyte comprises:
1 M to 3 M LiFSI;
EC-EMC with a weight ratio of 3:7 and FEC from 0 wt % to 30 wt %; and
Including the diluent;
The diluent is BTFE, TTE, OTE, TFEO, or a combination of any two or more thereof, and the molar ratio of EC-EMC to the diluent is within the range of 1 to 3,
system. 제 18 항에 있어서, 상기 시스템은 캐소드를 더 포함하고, 상기 시스템은 100 사이클 후에 70% 이상의 용량 유지율을 갖는, 시스템.19. The system of claim 18, further comprising a cathode, wherein the system has a capacity retention of at least 70% after 100 cycles. 제 1 항에 있어서, 상기 시스템은 캐소드를 더 포함하고, 상기 캐소드는 Li1+wNixMnyCozO2 (x+y+z+w=1, 0 ≤ w ≤ 0.25), LiNixMnyCozO2 (x+y+z=1), LiNi0.8Co0.15Al0.05 O2, LiCoO2, LiNi0.5Mn1.5O4 스피넬, LiMn2O4, LiFePO4, Li4-xMxTi5O12 (M은 Mg, Al, Ba, Sr, 또는 Ta임; 0 ≤ x ≤ 1), MnO2, V2O5, V6O13, LiV3O8, LiMC1 xMC2 1-xPO4 (MC1 또는 MC2는 Fe, Mn, Ni, Co, Cr, 또는 Ti임; 0 ≤ x ≤ 1), Li3V2-xM1 x(PO4)3 (M1은 Cr, Co, Fe, Mg, Y, Ti, Nb, 또는 Ce임; 0 ≤ x ≤ 1), LiVPO4F, LiMC1 xMC2 1-xO2 ((MC1 및 MC2는 독립적으로 Fe, Mn, Ni, Co, Cr, Ti, Mg, 또는 Al임; 0 ≤ x ≤ 1), LiMC1 xMC2 yMC3 1-x-yO2 ((MC1, MC2, 및 MC3는 독립적으로 Fe, Mn, Ni, Co, Cr, Ti, Mg 또는 Al임; 0 ≤ x ≤ 1; 0 ≤ y ≤ 1; 0 ≤ x + y ≤ 1), LiMn2-yXyO4 (X는 Cr, Al, 또는 Fe임, 0 ≤ y ≤ 1), LiNi0.5-yXyMn1.5O4 (X는 Fe, Cr, Zn, Al, Mg, Ga, V, 또는 Cu임; 0 ≤ y < 0.5), xLi2MnO3·(1-x)LiMC1 yMC2 zMC3 1-y-zO2 (MC1 , MC2, 및 MC3는 독립적으로 Mn, Ni, Co, Cr, Fe, 또는 이들의 혼합물임; x　= 0.3 내지 0.5; y ≤ 0.5; z ≤ 0.5), Li2M2SiO4 (M2는 Mn, Fe, 또는 Co임), Li2M2SO4 (M2는 Mn, Fe, 또는 Co임), LiM2SO4F (M2는 Fe, Mn, 또는 Co임), Li2-x(Fe1-yMny)P2O7 (0 ≤ x ≤ 1; 0 ≤ y ≤ 1), Cr3O8, Cr2O5, 탄소/황 복합재료, 또는 공기 전극을 포함하는, 시스템.The system of claim 1 , further comprising a cathode, the cathode comprising Li 1+w Ni x Mn y Co z O 2 (x+y+z+w=1, 0 ≤ w ≤ 0.25), LiNi x Mn y Co z O 2 (x+y+z=1), LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 , LiCoO 2 , LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 spinel, LiMn 2 O 4 , LiFePO 4 , Li 4-x M x Ti 5 O 12 (M is Mg, Al, Ba, Sr, or Ta; 0 ≤ x ≤ 1), MnO 2 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , LiV 3 O 8 , LiM C1 x M C2 1 -x PO 4 (M C1 or M C2 is Fe, Mn, Ni, Co, Cr, or Ti; 0 ≤ x ≤ 1), Li 3 V 2-x M 1 x (PO 4 ) 3 (M 1 is Cr, Co, Fe, Mg, Y, Ti, Nb, or Ce; 0 ≤ x ≤ 1), LiVPO 4 F, LiM C1 x M C2 1-x O 2 ((M C1 and M C2 are independently Fe , Mn, Ni, Co, Cr, Ti, Mg, or Al; 0 ≤ x ≤ 1), LiM C1 x M C2 y M C3 1-xy O 2 ((M C1 , M C2 , and M C3 are independent as Fe, Mn, Ni, Co, Cr, Ti, Mg or Al; 0 ≤ x ≤ 1; 0 ≤ y ≤ 1; 0 ≤ x + y ≤ 1), LiMn 2-y X y O 4 (X is Cr, Al, or Fe, 0 ≤ y ≤ 1), LiNi 0.5-y X y Mn 1.5 O 4 (X is Fe, Cr, Zn, Al, Mg, Ga, V, or Cu; 0 ≤ y < 0.5), xLi 2 MnO 3 ·(1-x)LiM C1 y M C2 z M C3 1-yz O 2 (M C1 , M C2 , and M C3 are independently Mn, Ni, Co, Cr, Fe, or mixtures thereof; x = 0.3 to 0.5; y ≤ 0.5; z ≤ 0.5), Li 2 M 2 Si O 4 (M 2 is Mn, Fe, or Co), Li 2 M 2 SO 4 (M 2 is Mn, Fe, or Co), LiM 2 SO 4 F (M 2 is Fe, Mn, or Co) ), Li 2-x (Fe 1-y Mn y )P 2 O 7 (0 ≤ x ≤ 1; 0 ≤ y ≤ 1), Cr 3 O 8 , Cr 2 O 5 , a carbon/sulfur composite, or an air electrode.
KR1020217025531A 2019-01-14 2020-01-13 Topical Super-Concentrated Electrolyte for Silicon Anodes KR20210104922A (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/247,143 2019-01-14
US16/247,143 US11127980B2 (en) 2017-10-19 2019-01-14 Localized superconcentrated electrolytes for silicon anodes
PCT/US2020/013363 WO2020150154A1 (en) 2019-01-14 2020-01-13 Localized superconcentrated electrolytes for silicon anodes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210104922A true KR20210104922A (en) 2021-08-25

Family

ID=71614007

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217025531A KR20210104922A (en) 2019-01-14 2020-01-13 Topical Super-Concentrated Electrolyte for Silicon Anodes

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP3912218A4 (en)
JP (1) JP2022517987A (en)
KR (1) KR20210104922A (en)
CN (1) CN113273013A (en)
WO (1) WO2020150154A1 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4148855A4 (en) * 2020-10-30 2024-04-03 Lg Energy Solution Ltd Liquid electrolyte for lithium-sulfur secondary battery and lithium-sulfur secondary battery comprising same
EP4348750A1 (en) * 2021-06-03 2024-04-10 Ionblox, Inc. Lithium ion cells with high performance electrolyte and silicon oxide active materials achieving long cycle life, fast charge and high thermal stability
WO2023242669A1 (en) * 2022-06-17 2023-12-21 株式会社半導体エネルギー研究所 Lithium ion secondary battery
CN115312865B (en) * 2022-10-13 2023-03-28 宁德新能源科技有限公司 Electrochemical device and electronic apparatus
CN116613383B (en) * 2023-07-17 2023-10-10 湖南法恩莱特新能源科技有限公司 Nonaqueous electrolyte for high-voltage lithium secondary battery, and preparation method and application thereof

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE602005025788D1 (en) * 2004-10-05 2011-02-17 Bridgestone Corp WATER-FREE ELECTROLYTE SOLUTION AND BATTERY WITH SELF-WATER-FREE ELECTROLYTE
JP4911888B2 (en) * 2004-10-05 2012-04-04 株式会社ブリヂストン Nonaqueous electrolyte and nonaqueous electrolyte secondary battery including the same
US8815453B1 (en) * 2005-04-05 2014-08-26 Quallion Llc Flame retardant battery
US9190698B2 (en) * 2008-08-19 2015-11-17 California Institute Of Technology Lithium-ion electrolytes with improved safety tolerance to high voltage systems
JP2011171096A (en) * 2010-02-18 2011-09-01 Sony Corp Nonaqueous electrolyte battery
US20120321940A1 (en) * 2010-03-26 2012-12-20 Daisuke Kawasaki Nonaqueous electrolyte secondary battery
US9040203B2 (en) * 2013-01-16 2015-05-26 Samsung Sdi Co., Ltd. Lithium battery
US10587006B2 (en) * 2013-10-29 2020-03-10 Samsung Sdi Co., Ltd. Rechargeable lithium ion battery, and manufacturing method for rechargeable lithium ion battery
US10164291B2 (en) * 2014-05-08 2018-12-25 Lynntech, Inc. Electrolyte for electrochemical energy storage devices
WO2016063902A1 (en) * 2014-10-24 2016-04-28 日本電気株式会社 Secondary battery
US10541444B2 (en) * 2014-12-26 2020-01-21 Samsung Sdi Co., Ltd. Rechargeable lithium battery
KR102356938B1 (en) * 2014-12-30 2022-02-03 삼성전자주식회사 Lithium secondary battery
JP6680293B2 (en) * 2015-03-25 2020-04-15 日本電気株式会社 Hydrofluoroether compound, non-aqueous electrolyte and lithium ion secondary battery
EP3317911B1 (en) * 2015-06-22 2019-05-15 Basf Se Li-ion battery electrolyte with reduced impedance build-up
CN104900916A (en) * 2015-06-26 2015-09-09 广州天赐高新材料股份有限公司 Electrolyte solution for high-capacity lithium-ion battery, preparation method and lithium-ion battery
WO2018054710A1 (en) * 2016-09-21 2018-03-29 Basf Se Phosphonate based lithium complexes
KR20230107388A (en) * 2016-09-21 2023-07-14 바스프 에스이 Electrochemical cells comprising bifunctional phosphonic acid silylesters
US10472571B2 (en) * 2017-03-02 2019-11-12 Battelle Memorial Institute Low flammability electrolytes for stable operation of electrochemical devices
US10804567B2 (en) * 2017-05-11 2020-10-13 Korea Institute Of Science And Technology Electrolyte system for lithium metal secondary battery and lithium metal secondary battery including the same
US11127980B2 (en) * 2017-10-19 2021-09-21 Battelle Memorial Institute Localized superconcentrated electrolytes for silicon anodes
CN107978794A (en) * 2017-12-01 2018-05-01 广东天劲新能源科技股份有限公司 The lithium battery electric core of ternary lithium battery electrolytes and high temperature resistant high power capacity high safety

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020150154A1 (en) 2020-07-23
CN113273013A (en) 2021-08-17
EP3912218A1 (en) 2021-11-24
EP3912218A4 (en) 2023-03-08
JP2022517987A (en) 2022-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11127980B2 (en) Localized superconcentrated electrolytes for silicon anodes
US11600859B2 (en) Electrolyte for stable cycling of rechargeable alkali metal and alkali ion batteries
Von Aspern et al. Fluorine and lithium: ideal partners for high‐performance rechargeable battery electrolytes
US10854923B2 (en) Low flammability electrolytes for stable operation of lithium and sodium ion batteries
Zeng et al. Enabling an intrinsically safe and high‐energy‐density 4.5 V‐class Li‐ion battery with nonflammable electrolyte
KR102402928B1 (en) Electrolyte compositions containing esters of dicarboxylic acids
US7638243B2 (en) Stabilized nonaqueous electrolytes for rechargeable batteries
KR20210104922A (en) Topical Super-Concentrated Electrolyte for Silicon Anodes
EP2697453B1 (en) Non-aqueous electrolytic solutions and electrochemical cells comprising the same
KR20200059316A (en) Low flammable electrolyte for stable operation of electrochemical devices
US20160261000A1 (en) Anode-free rechargeable battery
KR20180061322A (en) Non-aqueous electrolyte for high-energy lithium-ion batteries
US20130337339A1 (en) Low molecular weight salts combined with fluorinated solvents for electrolytes
US20110159379A1 (en) Secondary battery
KR20160009399A (en) Electrolyte additive for lithium battery, electrolyte including the same and lithium battery using the electrolyte
US11101500B2 (en) Electrochemical cells comprising bifunctional phosphonic acid silylesters
EP2966719B1 (en) Electrolyte for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery including same
KR20180020226A (en) Lithium-ion battery electrolyte with reduced impedance increase
KR20180025917A (en) Non-aqueous electrolyte for lithium-ion batteries containing isocyanide
KR20170091425A (en) Electrode Material for Secondary Battery, and Lithium Secondary Battery Comprising the Same
KR20210026499A (en) Electrolyte for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising the same
US20220209297A1 (en) Nonflammable electrolytes
JP2022042755A (en) Nonaqueous electrolyte and nonaqueous electrolyte battery including the same
US10581112B2 (en) Methylphosphonoyloxymethane as electrolyte component
US20240113340A1 (en) Hydrofluorocarbon (hfc)-based safe electrolyte for secondary batteries