人工SEI移植制造技术

本发明专利技术涉及一种人工SEI移植。更具体涉及一种用于锂离子电池的阳极，在SEI形成电池中通过预处理用SEI保护该阳极，即使在电池电解质中存在大量水的情况下，其对于电池循环也是稳定的。用于制造受保护阳极的方法，包括通过在具有SEI形成电解质的第一电池中的电极上进行多个充电/放电循环而在锂电极上形成SEI来产生受保护阳极。SEI形成电解质包含具有八种有机阳离子中的至少一种的离子液体。

【技术实现步骤摘要】
人工SEI移植
本公开总体上涉及用于可再充电蓄电池的电极，并且更具体地涉及具有预先形成的固体-电解质界面的电极。
技术介绍
本文提供的背景描述是为了总体上呈现本公开的背景的目的。本专利技术人的工作，就其可能在本
技术介绍
部分中描述的程度而言，以及在提交时本说明书中可能不以其他方式胜任为现有技术的各方面，既不明确地也不隐含地承认为针对本技术的现有技术。水与锂金属自发反应，给水性锂蓄电池技术带来困难。另外，已知用于Li蓄电池的普通有机电解质在水存在下不能良好地起作用。特别是，这些电解质中的任何水导致电池故障。通常已知蓄电池在固体电极和液体电解质的接触点处形成固体-电解质界面(SEI)。这些SEI通常是电极和电解质组分的组合，有时包括所述电解质的分解产物。SEI有时会钝化电极，降低传导性。但是，在其他时候，SEI也将提供保护层，稳定电极抵抗腐蚀或其他不希望的副反应。目前已知没有SEI能够使锂阳极在电解质中存在水的情况下进行稳定的循环。因此，希望提供一种用于保护锂阳极抵抗电解质中水的改进的方法。
技术实现思路
此部分提供了对本公开的总体概述，而不是其全部范围或其全部特征的全面公开。在各个方面，本教导提供了制备具有受保护阳极的锂离子电池的方法，该受保护阳极具有预先形成的固体电解质界面(SEI)。该方法包括通过在具有SEI形成电解质的第一电池中的电极上进行多个充电/放电循环而在锂电极上形成SEI来产生受保护阳极的步骤。SEI形成电解质包括FSI阴离子；和选自以下的阳离子：1-甲基-1-丙基吡咯烷鎓；N-甲基-N，N-二乙基-N-丙基铵；N，N-二乙基-N-甲基-N-(2-甲氧基乙基)-铵；1,1-乙基丙基哌啶鎓；N-甲基-N-(2-甲氧基乙基)-吡咯烷鎓；三甲基异丙基磷鎓；甲基三乙基磷鎓；甲基三丁基磷鎓；和它们的混合物。该方法还包括组装湿润锂离子伏打电池的步骤。湿润锂离子电池包括受保护阳极；和与受保护阳极接触的湿润电解质。湿润电解质包含至少50ppm的水。在其它方面，本教导提供了制备受保护阳极的方法，该受保护阳极具有预先形成的固体电解质界面。该方法包括通过在具有SEI形成电解质的第一电池中的电极上进行多个充电/放电循环而在锂电极上形成SEI来产生受保护阳极的步骤。SEI形成电解质包括FSI阴离子；和选自以下的阳离子：1-甲基-1-丙基吡咯烷鎓；N-甲基-N，N-二乙基-N-丙基铵；N，N-二乙基-N-甲基-N-(2-甲氧基乙基)-铵；1,1-乙基丙基哌啶鎓；N-甲基-N-(2-甲氧基乙基)-吡咯烷鎓；三甲基异丙基磷鎓；甲基三乙基磷鎓；甲基三丁基磷鎓；和它们的混合物。从本文提供的描述中，其他的应用领域和增强上述结合技术的各种方法将变得显而易见。本
技术实现思路
中的描述和具体实施例仅用于说明的目的，而不旨在限制本公开的范围。附图说明从详细描述和附图，本教导将变得更充分理解，其中：图1是说明用于制备锂离子电池的方法的示意图，并且还包括用于制备受保护阳极的第一电池和包括受保护阳极的湿润锂离子电池的示意图；图2A-2H是适用于在图1的第一电池中使用的SEI形成电解质中的有机阳离子的线条图；图3A是在图1的方法中在SEI形成步骤期间的电池电压对时间的曲线图(对于两个电极)，其中使用湿润或干燥SEI形成电解质；图3B和3C示出了由图3A的SEI形成步骤产生的受保护阳极的奈奎斯特(Nyquist)阻抗曲线。图4A-4C示出了根据本教导制造的三个湿润Li离子伏打电池的测试数据；图5示出了具有七种不同湿润Li离子伏打电池的电池的第50次循环；图6A和6B是在分别具有DEME-FSI和DEME-TFSI离子液体的SEI形成电解质中进行的SEI形成步骤的伏安图；和图6C和6D是分别对应于图6A和6B的湿润Li离子伏打电池的循环数据的曲线图。应该注意，这里给出的附图旨在例示本技术中的那些方法、算法和设备的一般特性，用于描述某些方面的目的。这些附图可能不会精确地反映任何给定方面的特性，并且未必旨在限定或限制本技术范围内的具体实施方案。此外，某些方面可以结合来自于图的组合的特征。具体实施方式本教导提供了用于在Li离子电池的阳极上形成固体电解质界面(SEI)以及用于将具有形成的SEI的阳极移植到第二锂离子电池的方法。当接触具有超过50ppm水的电解质时，如此移植的阳极可以是电化学稳定的。形成SEI的方法包括使阳极对于包含双(氟磺酰基)酰亚胺锂(LiFSI)盐和离子液体的电解质循环。离子液体包括FSI阴离子和八种公开的有机阳离子中的至少一种。如下面的结果所示，当将阳极移植到具有含水电解质的第二锂离子电池中时，这保护了该阳极。图1提供了用于制造具有含水电解质的Li离子伏打电池的方法100的示意图。方法100包括通过在具有SEI形成电解质220的第一电池210中的锂电极200上进行多个充电/放电循环而形成SEI的步骤110。形成SEI的步骤110将锂电极200转换成受保护的锂阳极205。SEI形成电解质220包括LiFSI盐和离子液体。该离子液体包括FSI和选自以下的至少一种有机阳离子：1-甲基-1-丙基吡咯烷鎓(以下称为“Pyr13”；图2A)；N-甲基-N，N-二乙基-N-丙基铵(N1223，图2B)；N，N-二乙基-N-甲基-N-(2-甲氧基乙基)-铵(DEME，图2C)；1,1-甲基丙基哌啶鎓(以下称为“Pip13”，图2D)；N-甲基-N-(2-甲氧基乙基)吡咯烷鎓(Pyr12O1(图2E)；三甲基异丙基磷鎓(P111i4，图2F)；甲基三乙基磷鎓(P1222，图2G)；甲基三丁基磷鎓(P1444，图2H)及其混合物。在一些实施方式中，SEI形成电解质将包括以相对于离子液体为以下摩尔比存在的LiFSI：至少1：5，或者至少1：2，或者至少1：1。在一些实施方式中，SEI形成电解质220将包括在离子液体中以其饱和点存在的LiFSI(即，SEI形成电解质220是LiFSI在离子液体中的饱和溶液)。在一些实施方式中，SEI形成电解质220可以是干燥的。如本文所用，“干燥”是指具有小于50ppm的水含量。本文讨论的所有情况下的水含量值可以通过卡尔费休(KarlFischer)滴定法测量。应该注意的是，图1的第一电池210是具有两个相同组成的电极200并且通过可逆地施加外部电源交替充电和放电的对称电池。然而，可以理解的是，只要使用SEI形成电解质220，就还可以在第一电池210是使用该电极200作为与适当阴极相对的阳极的伏打电池的情况下进行形成SEI的步骤110。在一些实施方式中，SEI形成步骤110可以通过使第一电池210在1mAh·cm-2下循环至少10个循环来进行。锂电极200通常可以是适合用作锂离子伏打电池中的阳极的任何电极。应该理解，如本文所用的术语“阳极”是指在Li离子伏打电池放电期间发生电化学氧化并且在Li离子伏打电池充电期间发生电化学还原的电极。类似地，如本文所使用的术语“阴极”是指在Li离子伏打电池的放电期间发生电化学氧化并且在Li离子伏打电池充电期间发生电化学还原的电极。因此，在一些实施方式中，锂电极200可以是锂金属电极、石墨电极或适合用作锂离子伏打电池中的阳极的任何其它电极。如图1所示，受保护的锂阳极205包括具有在形成SEI的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备具有受保护阳极的锂离子电池的方法，所述受保护阳极具有预先形成的固体电解质界面(SEI)，所述方法包括：通过在具有SEI形成电解质的第一电池中的电极上进行多次充电/放电循环而在锂电极上形成SEI来产生受保护阳极，所述SEI形成电解质包含：双(氟磺酰基)亚胺锂(LiFSI)；和离子液体，其包含：选自以下的有机阳离子：1‑甲基‑1‑丙基吡咯烷鎓；N‑甲基‑N，N‑二乙基‑N‑丙基铵；N，N‑二乙基‑N‑甲基‑N‑(2‑甲氧基乙基)‑铵；1,1‑甲基丙基哌啶鎓；N‑甲基‑N‑(2‑甲氧基乙基)‑吡咯烷鎓；三甲基异丙基磷鎓；甲基三乙基磷鎓；甲基三丁基磷鎓；及其混合物；和(氟磺酰基)酰亚胺阴离子(FSI)组装湿润锂离子伏打电池，其包括：受保护阳极；和与受保护阳极接触的湿润电解质，所述湿润电解质包含至少50ppm的水。

【技术特征摘要】
2017.05.26 US 15/606,8031.一种制备具有受保护阳极的锂离子电池的方法，所述受保护阳极具有预先形成的固体电解质界面(SEI)，所述方法包括：通过在具有SEI形成电解质的第一电池中的电极上进行多次充电/放电循环而在锂电极上形成SEI来产生受保护阳极，所述SEI形成电解质包含：双(氟磺酰基)亚胺锂(LiFSI)；和离子液体，其包含：选自以下的有机阳离子：1-甲基-1-丙基吡咯烷鎓；N-甲基-N，N-二乙基-N-丙基铵；N，N-二乙基-N-甲基-N-(2-甲氧基乙基)-铵；1,1-甲基丙基哌啶鎓；N-甲基-N-(2-甲氧基乙基)-吡咯烷鎓；三甲基异丙基磷鎓；甲基三乙基磷鎓；甲基三丁基磷鎓；及其混合物；和(氟磺酰基)酰亚胺阴离子(FSI)组装湿润锂离子伏打电池，其包括：受保护阳极；和与受保护阳极接触的湿润电解质，所述湿润电解质包含至少50ppm的水。2.如权利要求1所述的方法，其中LiFSI以相对于离子液体至少1:1的摩尔比存在。3.如权利要求1所述的方法，其中LiFSI在离子液体中以其饱和点存在。4.如权利要求1所述的方法，还包括在组装湿润锂离子伏打电池之前，用SEI形成电解质可溶于其中的溶剂洗涤所述受保护阳极。5.如权利要求1所述的方法，其中所述SEI形成电解质具有小于50ppm的水含量。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述湿润电解质包含以至少100ppm的浓度存在的水。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述湿润电解质包含以至少500ppm的浓度存在的水。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述湿润电解质包含以至少1000ppm的浓度存在的...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·辛格，T·S·阿瑟尔，武市宪典，P·豪利特，M·福赛斯，R·克尔，
申请(专利权)人：丰田自动车工程及制造北美公司，迪金大学，
类型：发明
国别省市：美国,US