具有聚合物电解质和填料的能量存储装置制造方法及图纸

公开了包括基于共混物的聚合物电解质、盐和至少一种填料的能量储存装置。所述能量存储装置包括第一电极和第二电极；在第一电极与第二电极之间的基于共混物的膜，其中所述基于共混物的膜包含两种或更多种聚合物电解质；以及至少一种填料。至少一种填料。至少一种填料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有聚合物电解质和填料的能量存储装置


[0001]本申请总体上涉及用于能量存储装置的电解质。具体地，本申请涉及用于锂(Li)离子能量存储装置的聚合物电解质和填料。

技术介绍

[0002]锂离子电池通常包括在阳极与阴极之间的隔板、或膜和/或电解质。在一类电池中，膜、阴极和阳极的材料分别形成为片或膜。将阴极、膜和阳极的片依次堆叠或轧制，使膜将阴极与阳极(例如，电极)分隔，以形成电池。典型的电极包括在导电金属(例如，铝或铜)上的电化学活性材料层。可以将膜轧制或切割成部件，然后将其层叠为堆叠体。堆叠体具有交替的电化学活性材料以及在它们之间的膜。
[0003]Si是用于锂离子电池的最具前景的阳极材料之一，这是由于其高的比重和体积容量(3579mAh/g和2194mAh/cm3相对于石墨的372mAh/g和719mAh/cm3)和低的锂化电势(<0.4V，相对于Li/Li
+
)。在目前可用的各种阴极中，层状锂过渡金属氧化物，例如富Ni的Li[Ni
x
Co
y
Mn(Al)1‑
x
‑
y
]O2(锂镍钴锰氧化物LiNiCoMnO2(NMC)阴极或锂镍钴铝氧化物LiNiCoAlO2(NCA)阴极)，是最具前景的阴极，这是由于其高的理论容量(～280mAh/g)和相对高的平均工作电势(3.6V，相对于Li/Li
+
)。与具有基于石墨的阳极的常规锂离子电池相比，将Si阳极与高电压富Ni的NMC(或NCA)阴极结合可以递送更多的能量，这是由于这些新电极的高容量。
[0004]Si阳极与高电压富Ni的阴极之间的配对可以通过使电池更小来改善锂离子电池的能量密度。电动车辆在单次充电后可以行驶更长的距离。然而，基于Si的阳极和高电压富Ni的NMC(或NCA)阴极均面临着强大的技术挑战，并且有待用与NMC或NCA阴极配对的高Si阳极实现长期循环稳定性。通常，普通的基于Si阳极的电池的电解质是基于有机的、非质子溶剂的液体电解质。由于在液体有机电解质中的Si阳极的大体积变化和不稳定的固体电解质中间相(SEI)层，限制了实现稳定的循环。当电解质暴露于高温和高压时，可能发生挥发、易燃和爆炸。因此，当在锂离子电池和基于Si阳极的电池中使用有机液体电解质时，仍然存在安全问题。在液体有机电解质中的过渡金属离子溶解和富Ni阴极的结构变化以及常规有机电解质在循环时在阴极表面上的阳极不稳定性也可能降低电池性能。另外，普通的基于有机溶剂的液体电解质可能遭遇挥发、可燃性、爆炸及其它问题。
[0005]对于阳极，基于硅的材料可以提供能量密度的显著改善。然而，在Li合金化和脱合金化过程期间大的体积膨胀(>300％)可以导致活性材料的崩解和导电路径的损失，从而降低电池的循环寿命。此外，不稳定的SEI层可能出现在循环阳极的表面上，并且导致Si颗粒表面无止境地暴露于液体电解质。由于其中液体电解质与Si阳极的暴露表面反应的低电势的降低，这导致在每个循环中不可逆的容量损失。此外，在超过4.5V的电压下发生常规非水性电解质的氧化不稳定性，这可以导致循环性能的加速衰减。由于与石墨相比Si的循环寿命通常较差，因此在常规阳极材料中仅使用少量的Si或Si合金。
[0006]NMC或NCA阴极通常还在高的截止电势下遭遇较差的稳定性和低的容量保持率。原
因可以归因于不稳定表面层的逐渐剥落、连续的电解质分解和过渡金属离子溶解到电解液中。
[0007]为了充分利用基于Si阳极//NMC或NCA阴极的锂离子电池系统，需要克服上述障碍。克服这些障碍的一个策略包括探索新的电解质，以便充分利用基于Si阳极//富镍阴极的全电池。要开发的下一代电解质应能够在Si阳极的表面上形成均匀、稳定的SEI层，具有增加的安全性、能量密度、热稳定性，以及降低的电极界面的阻抗增加和放气。此外，良好的机械性质和热性质以及良好的Li
+
离子电导率也是重要的。

技术实现思路

[0008]在一些方面中，提供了能量存储装置。在一些实施方案中，能量存储装置包括第一电极和第二电极、在第一电极与第二电极之间的基于共混物的膜、锂(Li)盐(例如双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锂(LiTFSI))和至少一种填料。在一些实施方案中，基于共混物的膜包含两种或更多种聚合物电解质。
[0009]在一些实施方案中，基于共混物的膜包含两种聚合物电解质。在一些实施方案中，基于共混物的膜包含三种聚合物电解质。在一些实施方案中，两种或更多种聚合物电解质包括准固态电解质或聚合物凝胶电解质。在一些实施方案中，能量存储装置进一步包含液体电解质。准固态电解质和聚合物凝胶电解质可以通过将一定量的液体或标准电解质浸泡到基于共混物的膜中来制造。
[0010]在一些实施方案中，基于共混物的膜选自以下：PEO/PMVMA/PVA、PEO/PMVMA/环糊精(CD)、PEO/PMVMA/聚丙烯酰胺(PAM)、PEO/PMVMA/多糖类生物聚合物、PEO/PMVMA/聚氨酯(PU)、PEO/PMVMA/R
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OH、PEO/聚丙烯酸(PAA)/PVA、PEO/PAA/CD、PEO/PAA/PAM、PEO/PAA/多糖类生物聚合物、PEO/PAA/PU、PEO/PAA/R
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OH、PEO/海藻酸盐/PVA、PEO/海藻酸盐/CD、PEO/海藻酸盐/PAM、PEO/海藻酸盐/多糖类生物聚合物、PEO/海藻酸盐/PU、PEO/海藻酸盐/R
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OH、PEO/R
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COOH/R
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OH、聚(偏二氟乙烯
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共
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六氟丙烯)(PVDF
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HFP)/PMVMA/PVA、PVDF
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HFP/PMVMA/CD、PVDF
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HFP/PMVMA/PAM、PVDF
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HFP/PMVMA/多糖类生物聚合物、PVDF
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HFP/PMVMA/PU、PVDF
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HFP/PMVMA/R
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OH、PVDF
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HFP/PAA/PVA、PVDF
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HFP/PAA/CD、PVDF
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HFP/PAA/PAM、PVDF
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HFP/PAA/多糖类生物聚合物、PVDF
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HFP/PAA/PU、PVDF
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HFP/PAA/R
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OH、PVDF
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HFP/海藻酸盐/PVA、PVDF
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HFP/海藻酸盐/CD、PVDF
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HFP/海藻酸盐/PAM、PVDF
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HFP/海藻酸盐/多糖类生物聚合物、PVDF
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HFP/海藻酸盐/PU、PVDF
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HFP/海藻酸盐/R
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.能量存储装置，包括：第一电极；第二电极；以及在所述第一电极与所述第二电极之间的基于共混物的膜，其中所述基于共混物的膜包含两种或更多种聚合物电解质；双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锂(LiTFSI)；以及至少一种填料。如权利要求1所述的能量存储装置，进一步包含液体电解质。2.如权利要求1所述的能量存储装置，其中所述基于共混物的膜包含三种聚合物电解质。3.如权利要求1所述的能量存储装置，其中所述两种或更多种聚合物电解质包括准固态电解质或聚合物凝胶。4.如权利要求1所述的能量存储装置，其中所述基于共混物的膜选自：PEO/PMVMA/PVA、PEO/PMVMA/环糊精(CD)、PEO/PMVMA/聚丙烯酰胺(PAM)、PEO/PMVMA/多糖类生物聚合物、PEO/PMVMA/聚氨酯(PU)、PEO/PMVMA/R
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OH、PEO/聚丙烯酸(PAA)/PVA、PEO/PAA/CD、PEO/PAA/PAM、PEO/PAA/多糖类生物聚合物、PEO/PAA/PU、PEO/PAA/R
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OH、PEO/海藻酸盐/PVA、PEO/海藻酸盐/CD、PEO/海藻酸盐/PAM、PEO/海藻酸盐/多糖类生物聚合物、PEO/海藻酸盐/PU、PEO/海藻酸盐/R
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OH、PEO/R
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COOH/R
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OH、聚(偏二氟乙烯
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共
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六氟丙烯)(PVDF
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HFP)/PMVMA/PVA、PVDF
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HFP/PMVMA/CD、PVDF
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HFP/PMVMA/PAM、PVDF
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HFP/PMVMA/多糖类生物聚合物、PVDF
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HFP/PMVMA/PU、PVDF
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HFP/PMVMA/R
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OH、PVDF
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HFP/PAA/PVA、PVDF
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HFP/PAA/CD、PVDF
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HFP/PAA/PAM、PVDF
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HFP/PAA/多糖类生物聚合物、PVDF
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HFP/PAA/PU、PVDF
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HFP/PAA/R
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OH、PVDF
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HFP/海藻酸盐/PVA、PVDF
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HFP/海藻酸盐/CD、PVDF
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HFP/海藻酸盐/PAM、PVDF
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HFP/海藻酸盐/多糖类生物聚合物、PVDF
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HFP/海藻酸盐/PU、PVDF
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HFP/海藻酸盐/R
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OH、PVDF
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HFP/R
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COOH/R
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OH、聚丙烯腈(PAN)/PMVMA/PVA、PAN/PMVMA/CD、PAN/PMVMA/PAM、PAN/PMVMA/多糖类生物聚合物、PAN/PMVMA/PU、PAN/PMVMA/R
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OH、PAN/PAA/PVA、PAN/PAA/CD、PAN/PAA/PAM、PAN/PAA/多糖类生物聚合物、PAN/PAA/PU、PAN/PAA/R
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OH、PAN/海藻酸盐/PVA、PAN/海藻酸盐/CD、PAN/海藻酸盐/PAM、PAN/海藻酸盐/多糖类生物聚合物、PAN/海藻酸盐/PU、PAN/海藻酸盐/R
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OH、PAN/R
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COOH/R
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OH、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)/PMVMA/PVA、PMMA/PMVMA/CD、PMMA/PMVMA/PAM、PMMA/PMVMA/多糖类生物聚合物、PMMA/PMVMA/PU、PMMA/PMVMA/R
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OH、PMMA/PAA/PVA、PMMA/PAA/CD、P...

【专利技术属性】
技术研发人员：季立文，本杰明，
申请(专利权)人：新强能电池公司，
类型：发明
国别省市：