【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】含有保護陽極的聚合物層的鋰金屬二次電池及制造方法相關申請的交叉引用本申請要求于2017年4月10日提交的美國專利申請號15/483,348的優先權，所述專利申請通過援引并入本文。
本專利技術總體上涉及具有鋰金屬層(呈薄的鋰的箔、涂層或片的形式)作為陽極活性材料的可再充電鋰金屬電池及其制造方法的領域。
技術介紹
鋰離子和鋰(Li)金屬電芯(包括鋰-硫或Li-空氣電芯等)被認為是用于電動車輛(EV)、混合電動車輛(HEV)和便攜式電子裝置，如膝上型計算機和手機的有前途的電源。與作為陽極活性材料的任何其他金屬或金屬插層化合物(除Li4.4Si外)相比，鋰金屬具有最高的容量(3,861mAh/g)。因此，通常，Li金屬電池具有比鋰離子電池顯著更高的能量密度。在歷史上，可再充電鋰金屬電池是使用具有高比容量的非鋰化化合物如TiS2、MoS2、MnO2、CoO2、和V2O5作為陰極活性材料生產的，這些陰極活性材料與鋰金屬陽極耦合。當電池放電時，鋰離子通過電解質從鋰金屬陽極轉移到陰極，并且陰極變得鋰化。不幸的是，在循環時，鋰金屬導致枝晶的形成，最終引起電池中的不安全狀況。因此，在二十世紀九十年代早期停止了這些類型的二次電池的生產，取而代之的是鋰離子電池。即使現在，對于EV、HEV和微電子裝置應用而言，循環穩定性和安全性問題依然是妨礙Li金屬電池進一步商業化的主要因素。這些問題主要是由于Li在重復充電-放電循環或過充電期間形成枝晶結構的高傾向性，導致內部電短路和熱失控。已經進行了許多嘗試來解決與枝晶有關...
【技術保護點】
1.一種鋰二次電池，所述鋰二次電池包括陰極、陽極以及布置在所述陰極與所述陽極之間的電解質或隔膜-電解質組件，其中所述陽極包括：/na)作為陽極活性材料的鋰或鋰合金的箔或涂層；以及/nb)高彈性聚合物的薄層，所述高彈性聚合物具有不小于5％的可恢復拉伸應變、在室溫下不小于10
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】20170410 US 15/483,3481.一種鋰二次電池，所述鋰二次電池包括陰極、陽極以及布置在所述陰極與所述陽極之間的電解質或隔膜-電解質組件，其中所述陽極包括：
a)作為陽極活性材料的鋰或鋰合金的箔或涂層；以及
b)高彈性聚合物的薄層，所述高彈性聚合物具有不小于5％的可恢復拉伸應變、在室溫下不小于10-6S/cm的鋰離子電導率、以及從1nm至10μm的厚度，其中所述高彈性聚合物含有具有從0.5×106至9×106g/mol的分子量的超高分子量聚合物，并且布置在所述鋰或鋰合金與所述電解質或隔膜-電解質組件之間。
2.如權利要求1所述的鋰二次電池，其中，所述超高分子量聚合物選自聚丙烯腈、聚環氧乙烷、聚環氧丙烷、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(甲基醚丙烯酸酯)、其共聚物、其磺化衍生物、其化學衍生物、及其組合。
3.如權利要求1所述的鋰二次電池，其中，所述超高分子量聚合物具有從0.5×106至小于5×106g/mol的分子量。
4.如權利要求1所述的鋰二次電池，其中，所述超高分子量聚合物具有從1×106至小于3×106g/mol的分子量。
5.如權利要求1所述的鋰二次電池，其中，所述超高分子量聚合物含有分散在所述超高分子量聚合物的鏈之間的鋰鹽和/或液體溶劑。
6.如權利要求1所述的鋰二次電池，其中，所述超高分子量聚合物含有分散在其中的導電材料。
7.如權利要求6所述的鋰二次電池，其中，所述導電材料選自電子傳導聚合物、金屬顆粒或金屬線、石墨烯片、碳纖維、石墨纖維、碳納米纖維、石墨納米纖維、碳納米管、石墨顆粒、膨脹石墨薄片、乙炔黑顆粒、及其組合。
8.如權利要求7所述的鋰二次電池，其中，所述導電材料具有小于100nm的厚度或直徑。
9.如權利要求5所述的鋰二次電池，其中，所述液體溶劑選自1,3-二氧戊環(DOL)、1,2-二甲氧基乙烷(DME)、四乙二醇二甲醚(TEGDME)、聚(乙二醇)二甲醚(PEGDME)、二乙二醇二丁醚(DEGDBE)、2-乙氧基乙基醚(EEE)、砜、環丁砜、碳酸亞乙酯(EC)、碳酸亞丙酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(MEC)、碳酸二乙酯(DEC)、丙酸乙酯、丙酸甲酯、γ-丁內酯(γ-BL)、乙腈(AN)、乙酸乙酯(EA)、甲酸丙酯(PF)、甲酸甲酯(MF)、甲苯、二甲苯、乙酸甲酯(MA)、碳酸氟代亞乙酯(FEC)、碳酸亞乙烯酯(VC)、碳酸烯丙基乙酯(AEC)、氫氟醚、離子液體溶劑、及其組合。
10.如權利要求5所述的鋰二次電池，其中，所述鋰鹽選自高氯酸鋰LiClO4、六氟磷酸鋰LiPF6、氟硼酸鋰LiBF4、六氟砷化鋰LiAsF6、三氟甲磺酸鋰LiCF3SO3、雙三氟甲基磺酰亞胺鋰LiN(CF3SO2)2、雙(草酸)硼酸鋰LiBOB、二氟草酸硼酸鋰LiBF2C2O4、二氟草酸硼酸鋰LiBF2C2O4、硝酸鋰LiNO3、氟烷基磷酸鋰LiPF3(CF2CF3)3、雙全氟乙基磺酰亞胺鋰LiBETI、雙(三氟甲烷磺酰基)酰亞胺鋰、雙(氟磺酰基)酰亞胺鋰、三氟甲烷磺酰亞胺鋰LiTFSI、離子液體基鋰鹽、及其組合。
11.如權利要求1所述的鋰二次電池，其中，所述高彈性聚合物的薄層具有從1nm至1μm的厚度。
12.如權利要求1所述的鋰二次電池，其中，所述高彈性聚合物的薄層具有小于100nm的厚度。
13.如權利要求1所述的鋰二次電池，其中，所述高彈性聚合物的薄層具有小于10nm的厚度。
14.如權利要求1所述的鋰二次電池，其中，所述高彈性聚合物具有從10-4S/cm至10-2S/cm的鋰離子電導率。
15.如權利要求1所述的鋰二次電池，其中，所述陰極活性材料選自無機材料、有機材料、聚合物材料、或其組合，并且所述無機材料不包括硫或堿金屬多硫化物。
16.如權利要求15所述的鋰二次電池，其中，所述無機材料選自金屬氧化物、金屬磷酸鹽、金屬硅化物、金屬硒化物、過渡金屬硫化物、及其組合。
17.如權利要求15所述的鋰二次電池，其中，所述無機材料選自鋰鈷氧化物、鋰鎳氧化物、鋰錳氧化物、鋰釩氧化物、鋰混合金屬氧化物、磷酸鐵鋰、磷酸錳鋰、磷酸釩鋰、鋰混合金屬磷酸鹽、鋰金屬硅化物、及其組合。
18.如權利要求15所述的鋰二次電池，其中，所述無機材料選自金屬氟化物或金屬氯化物，所述金屬氟化物或金屬氯化物包括由以下項組成的組：CoF3、MnF3、FeF3、VF3、VOF3、TiF3、BiF3、NiF2、FeF2、CuF2、CuF、SnF2、AgF、CuCl2、FeCl3、MnCl2、及其組合。
19.如權利要求15所述的鋰二次電池，其中，所述無機材料選自鋰過渡金屬硅酸鹽，表示為Li2MSiO4或Li2MaxMbySiO4，其中M和Ma選自Fe、Mn、Co、Ni、V、或VO；Mb選自Fe、Mn、Co、Ni、V、Ti、Al、B、Sn、或Bi；并且x+y≤1。
20.如權利要求15所述的鋰二次電池，其中，所述無機材料選自過渡金屬二硫屬化物、過渡金屬三硫屬化物、及其組合。
21.如權利要求15所述的鋰二次電池，其中，所述無機材料選自TiS2、TaS2、MoS2、NbSe3、MnO2、CoO2、鐵氧化物、釩氧化物、及其組合。
22.如權利要求16所述的鋰二次電池，其中，所述金屬氧化物含有選自由以下項組成的組的釩氧化物：VO2、LixVO2、V2O5、LixV2O5、V3O8、LixV3O8、LixV3O7、V4O9、LixV4O9、V6O13、LixV6O13、其摻雜型式、其衍生物、及其組合，其中0.1<x<5。
23.如權利要求16所述的鋰二次電池，其中，所述金屬氧化物或金屬磷酸鹽選自層狀化合物LiMO2、尖晶石型化合物LiM2O4、橄欖石型化合物LiMPO4、硅酸鹽化合物Li2MSiO4、羥磷鋰鐵石化合物LiMPO4F、硼酸鹽化合物LiMBO3、或其組合，其中M為過渡金屬或多種過渡金屬的混合物。
24.如權利要求16所述的鋰二次電池，其中，所述無機材料選自由以下項組成的組：(a)硒化鉍或碲化鉍，(b)過渡金屬的二硫屬化物或三硫屬化物，(c)鈮、鋯、鉬、鉿、鉭、鎢、鈦、鈷、錳、鐵、鎳、或過渡金屬的硫化物、硒化物、或碲化物；(d)氮化硼，以及(e)其組合。
25.如權利要求15所述的鋰二次電池，其中，所述有機材料或聚合物材料選自聚(蒽醌硫醚)(PAQS)、碳氧化鋰、3,4,9,10-苝四甲酸二酐(PTCDA)、聚(蒽醌硫醚)、芘-4,5,9,10-四酮(PYT)、聚合物鍵合型PYT、醌(三氮烯)、氧化還原活性有機材料、四氰基醌二甲烷(TCNQ)、四氰基乙烯(TCNE)、2,3,6,7,10,11-六甲氧基三亞苯(HMTP)、聚(5-氨基-1,4-二羥基蒽醌)(PADAQ)、磷腈二硫化物聚合物([(NPS2)3]n)、鋰化的1,4,5,8-萘四醇甲醛聚合物、六氮雜聯三...
【專利技術屬性】
技術研發人員：阿茹娜·扎姆，張博增，
申請(專利權)人：納米技術儀器公司，
類型：發明
國別省市：美國;US
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。