用于锂离子电化学电池功率性能的酸清除功能隔膜制造技术

提供了在锂离子电化学电池中清除酸的方法。含有酸或能够形成酸的电解质溶液与包含选自由胺基团、吡啶基团及其组合组成的组的含氮酸捕集部分的聚合物接触。含氮酸捕集部分通过参与路易斯酸碱中和反应来清除存在于电解质溶液中的酸性物质。电解质溶液包含锂盐和一种或多种溶剂并且包含在电化学电池中，该电化学电池进一步包含第一电极、具有与第一电极相反极性的第二电极，以及多孔隔板。锂离子可以通过隔板和电解质溶液从第一电极循环到第二电极，其中在循环期间产生的酸由包含含氮酸捕集部分的聚合物清除。

Acid Clearance Functional Diaphragm for Power Performance of Lithium Ion Electrochemical Batteries

A method for acid removal in lithium ion electrochemical batteries is provided. An electrolyte solution containing acid or capable of forming acid contacts a polymer containing a nitrogen-containing acid trapping portion of a group of selected free amino groups, pyridine groups and their combinations. Nitrogen-containing acid trapping partially scavenges acidic substances in electrolyte solution by participating in the neutralization reaction of Lewis acid and base. The electrolyte solution contains lithium salts and one or more solvents and is contained in an electrochemical cell, which further comprises a first electrode, a second electrode having polarity opposite to the first electrode, and a porous separator. Lithium ion can be circulated from the first electrode to the second electrode through a separator and electrolyte solution, where the acid generated during the cycle is removed by a polymer containing the nitrogen-containing acid trapping part.

【技术实现步骤摘要】
用于锂离子电化学电池功率性能的酸清除功能隔膜
本节提供与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。本公开涉及在锂离子电化学电池中包括含氮酸清除部分的聚合物的使用，用于清除酸并且可以并入酸清除功能隔膜或电极中用于改善锂离子电化学电池的功率性能。
技术介绍
高能量密度的电化学电池，诸如锂离子电池可用于各种消费品和车辆。典型的锂离子电池包括第一电极、第二电极、电解质材料和隔膜。一个电极用作正极或负极，并且另一个用作负极或负极。一堆锂离子电池单元可以电连接以增加总输出。常规的可再充电锂离子电池通过在负电极和正电极之间可逆地传递锂离子来操作。隔膜和电解质设置在负电极和正电极之间。电解质适用于传导锂离子并且可以是固体或液体形式。在电池充电期间锂离子从阴极(正电极)移动到阳极(负电极)，并且在电池放电时锂离子以相反的方向移动。电解质通常含有一种或多种锂盐，其可以在一种或多种非水溶剂中溶解和电离。负电极通常包括锂嵌入材料或合金主体材料。用于形成阳极的典型电活性材料包括锂-石墨插层化合物、锂-硅插层化合物、锂-锡插层化合物、锂合金和钛酸锂Li4+xTi5O12，其中0≤x≤3，诸如Li4Ti5O12(LTO)。用于锂电池的正电极材料包括可以嵌入或与锂离子合金化的电活性材料，其可以包含一种或多种过渡金属，诸如锰、镍、钴、铬、铁、钒及其组合。通过非限制性示例的方式，此类活性材料可以包括锂-过渡金属氧化物或尖晶石类型的混合氧化物，例如包括尖晶石锰酸锂(LiMn2O4)、LiCoO2、LiNiO2、LiMn1.5Ni0.5O4、LiNi(1-xy)CoxMyO2(其中0<x<1、0<y<1，并且M可以是Al、Mn等)或磷酸铁锂。基于锂过渡金属的氧化物，特别是基于锂锰的氧化物如尖晶石型LiMn2O4、LiMn0.33Ni0.33Co0.33O2、LiMn1.5Ni0.5O4以及具有层状分层结构的富锂缺氧混合Mn-Ni-Co氧化物材料是用于锂离子电池作为动力源的有前途的活性阴极材料，特别是在混合动力电动车辆(HEV)和电动车辆(EV)中。与常规的LiCoO2相比，这些材料作为正电极材料已被广泛研究，因为它们具有较低的成本、较高的速率能力以及较高的热稳定性。然而，在锂离子电池中使用这些类型的活性材料，特别是在电动车辆中仍然存在一些突出的挑战。例如，使用此类正电极材料会导致容量衰减，特别是当正电极包含含锰材料时，特别是在车辆应用中，这阻碍了它们广泛的商业用途。用于电动或混合动力车辆应用的先进锂离子电池理想地可以实现至少10年的使用寿命。锂离子电池从消费电子产品中的应用到电化学推进的成功推广将需要显著改善如特定和体积能量含量、功率性能和耐用性等特征。希望提供耐用、寿命长的锂离子电池，以避免或最小化容量衰减和损耗，同时具有高速率能力、高电流效率和较高的热稳定性。
技术实现思路
本节提供了本公开的总体概述，并非全面披露其全部内容或其特征的全部。本公开提供了在锂离子电化学电池中清除酸的方法。在一个变型中，该方法可以包括使含有酸或能够形成酸的电解质与包括含氮酸捕集部分的聚合物接触。含氮酸捕集部分选自以下组成的组：胺基团、吡啶基团及其组合。含氮酸捕集部分通过参与路易斯酸碱中和反应来清除存在于电解质溶液中的酸性物质。电解质溶液包含锂盐和一种或多种溶剂并且包含在电化学电池中，该电化学电池进一步包括第一电极、与第一电极具有相反极性的第二电极和多孔隔膜。该方法进一步包括使锂离子循环通过隔膜和第一电极和第二电极之间的电解质溶液，其中产生的酸性物质由包括含氮酸捕集部分的聚合物清除。一方面，含氮酸捕集部分选自以下组成的组：2-乙烯基吡啶、3-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶、二甲基氨基甲基苯乙烯、二乙基氨基甲基苯乙烯、乙烯基吡啶-4-乙酰胺、乙烯基菲咯啉、乙烯基苯二胺、1,10-菲咯啉、乙烯基1,10-菲咯啉、1,10-菲咯啉-5,6-二酮、乙烯基-1,10-菲咯啉-5,6-二酮、(二甲基氨基)吡啶、亚烷基胺、7-氮杂吲哚-吡啶、乙烯基(二甲基氨基甲基)吡啶、甲苯基吡啶、氧烷基吡啶、乙烯基(二乙基氨基甲基)吡啶、4-(二甲基氨基)吡啶、2-(3-氨基苯基)吡啶、1,8-萘啶、聚(2,3,5,6-吡啶)、聚(2,5-吡啶)、聚(3,5-吡啶)、聚(异丙烯基吡啶)、聚(4-(二甲基氨基甲基)乙烯基吡啶)、聚[2-(3-氨基苯基)吡啶]、聚(1,8-萘啶)、聚(2,3,5,6-吡啶)、聚(2,5-吡啶)、聚(3,5-吡啶)、包括聚(二乙烯基苯-共-乙烯基苄基二甲胺)和聚(二乙烯基醚苯-共-乙烯基苄基二乙胺)的二烷基胺，异构体及其衍生物异构体及其组合。一方面，聚合物由选自以下组成的组的单体形成：乙烯醇、乙酸乙烯酯、二乙烯基苯、苯乙烯、α-甲基苯乙烯、异戊二烯、丁二烯、丙烯、乙烯、乙炔、乙烯、丙烯、丁烯、异丁烯、环氧乙烷、环氧丙烷、乙亚胺、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸、ε-己内酯、二甲基硅氧烷、甲基丙烯酸正丁酯、偏二氟乙烯、氟乙烯和四氟乙烯、共聚物、衍生物及其组合。在一个方面，聚合物包括二乙烯基苯并且含氮酸捕集部分包括4-乙烯基吡啶。在一个方面，包括含氮酸捕集部分的聚合物包括大于或等于约40％至小于或等于约100％质量的4-乙烯基吡啶并且大于或等于约0％至小于或等于约40％的交联二乙烯基苯。在一个方面，该至少一个电极包括过渡金属化合物，该过渡金属化合物包括选自镍、钴、铬、锰、铁、钒及其组合组成的组的过渡金属，其中含氮酸捕集部分选择性地结合到酸，但不结合到过渡金属化合物。在一个方面，第一电极包括锰，并且锂盐包括六氟磷酸锂。锂离子电化学电池以对应于3小时的充电或放电时间的速率的100％的深度放电在循环期间的100次循环后能够保持其初始充电容量的80％。在一个方面，含氮酸捕集部分以下面的一种或多种方式提供：将含氮酸捕集部分作为侧基接枝到形成多孔隔膜的聚合物上；包括含氮酸捕集部分的聚合物被涂覆在多孔隔膜的孔上或设置在多孔隔膜的孔内；包括含氮酸捕集部分的聚合物被涂覆在第一电极的孔上或设置在第一电极的孔内；将含氮酸捕集部分作为侧基接枝到第一电极中的粘合剂上；包括含氮酸捕集部分的聚合物被涂覆在第二电极的孔上或设置在第二电极的孔内；或者含氮酸捕集部分作为侧基接枝到第二电极中的粘合剂上。在一个方面，包括含氮酸捕集部分的聚合物是均聚物。本公开进一步提供了一种电化学装置，其包括第一电极；具有与第一电极相反的极性的第二电极；多孔隔膜；包括酸或能够形成酸的组分的电解质、锂盐和一种或多种溶剂；以及包括含有含氮基团的酸捕集部分的聚合物。含氮基团选自胺基团、吡啶基团或其组合组成的组，其中酸捕集部分能够参与与酸的路易斯酸碱中和反应。第一电极、第二电极或隔膜中的至少一个包括聚合物。在一个方面，含氮酸捕集部分包括4-乙烯基吡啶。在一个方面，聚合物包括二乙烯基苯，并且含氮酸捕集部分包括乙烯基吡啶。在一个方面中，聚合物由选自乙烯醇、乙酸乙烯酯、二乙烯基苯、苯乙烯、α-甲基苯乙烯、异戊二烯、丁二烯、丙烯、乙烯、乙炔、乙烯、丙烯、丁烯、异丁烯、环氧乙烷、环氧丙烷、吖丙啶、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸、ε己内酯、二甲基硅氧烷、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在锂离子电化学电池中清除酸的方法，所述方法包括：使含有酸或能够形成酸的电解质溶液与包含选自以下组成的组的含氮酸捕集部分的聚合物接触：胺基团、吡啶基团及其组合，使得所述含氮酸捕集部分通过参与路易斯酸碱中和反应来清除存在于所述电解质溶液中的酸性物质，其中所述电解质溶液包含锂盐和一种或多种溶剂并且包含在所述电化学电池中，所述电化学电池进一步包含第一电极，具有与所述第一电极相反极性的第二电极以及多孔隔膜；以及使锂离子循环通过所述隔膜和所述第一电极和所述第二电极之间的所述电解质溶液，其中产生的酸性物质由包含含氮酸捕集部分的所述聚合物清除。

【技术特征摘要】
2017.06.19 US 15/6273761.一种在锂离子电化学电池中清除酸的方法，所述方法包括：使含有酸或能够形成酸的电解质溶液与包含选自以下组成的组的含氮酸捕集部分的聚合物接触：胺基团、吡啶基团及其组合，使得所述含氮酸捕集部分通过参与路易斯酸碱中和反应来清除存在于所述电解质溶液中的酸性物质，其中所述电解质溶液包含锂盐和一种或多种溶剂并且包含在所述电化学电池中，所述电化学电池进一步包含第一电极，具有与所述第一电极相反极性的第二电极以及多孔隔膜；以及使锂离子循环通过所述隔膜和所述第一电极和所述第二电极之间的所述电解质溶液，其中产生的酸性物质由包含含氮酸捕集部分的所述聚合物清除。2.权利要求1所述的方法，其中所述含氮酸捕集部分选自以下组成的组：2-乙烯基吡啶、3-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶、二甲基氨基甲基苯乙烯、二乙基氨基甲基苯乙烯、乙烯基吡啶-4-乙酰胺、乙烯基菲咯啉、乙烯基苯二胺、1,10-菲咯啉、乙烯基1,10-菲咯啉、1,10-菲咯啉-5,6-二酮、乙烯基-1,10-菲咯啉-5,6-二酮、(二甲基氨基)吡啶、亚烷基胺、7-氮杂吲哚-吡啶、乙烯基(二甲基氨基甲基)吡啶、甲苯基吡啶、氧烷基吡啶、乙烯基(二乙基氨基甲基)吡啶、4-(二甲基氨基)吡啶、2-(3-氨基苯基)吡啶、1,8-萘啶、聚(2,3,5,6-吡啶)、聚(2,5-吡啶)、聚(3,5-吡啶)、聚(异丙烯基吡啶)、聚(4-(二甲基氨基甲基)乙烯基吡啶)、聚[2-(3-氨基苯基)吡啶]、聚(1,8-萘啶)、聚(2,3,5,6-吡啶)、聚(2,5-吡啶)、聚(3,5-吡啶)、包括聚(二乙烯基苯-共-乙烯基苄基二甲胺)和聚(二乙烯基醚苯-共-乙烯基苄基二乙胺)的二烷基胺，异构体及其衍生物异构体及其组合。3.权利要求1的方法，其中所述聚合物由选自以下组成的组的单体形成：乙烯醇、乙酸乙烯酯、二乙烯基苯、苯乙烯、α-甲基苯乙烯、异戊二烯、丁二烯、丙烯、乙烯、乙炔、乙烯、丙烯、丁烯、异丁烯、环氧乙烷、环氧丙烷、乙亚胺、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸叔丁...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·卢思琪，D·奥尔巴克，T·J·富勒，I·C·哈拉莱，A·班纳吉，B·齐夫，拉古南森·K，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，巴伊兰大学，
类型：发明
国别省市：美国,US