组合物、锂离子电池和锂-空气电池制造技术

本发明专利技术涉及组合物、锂离子电池和锂

【技术实现步骤摘要】
组合物、锂离子电池和锂
‑
空气电池


[0001]本专利技术涉及作为阴极材料的特别感兴趣的组合物，所述阴极材料用于二次电池，尤其是锂离子电池和锂
‑
空气(锂
‑
O2)电池。涉及具有不同类型电解质的二次电池，所述电解质包括液体电解质和凝胶聚合物电解质。

技术介绍

[0002]锂离子电池广泛用于多种技术。在电池的正极侧，在放电期间充当阴极，已知包含如在非专利参考文献(4)中所述的锂镍锰钴氧化物(NMC)的阴极材料。NMC电池在电动车辆和储能系统(ESS)中是有用的。
[0003]作为需要具有高能量密度的电池电动车辆、混合动力车辆的可再充电电池，锂
‑
空气电池已引起关注。锂
‑
空气电池使用空气中的氧作为阴极活性材料。在金属
‑
空气电池中，阴极活性材料氧未包含(容纳)在电池内。替代地，该材料由周围大气提供。自然地，这样的系统原则上允许非常高的比能量(由每单位重量的电池提供的能量，在本
中通常以Wh/kg给出)。因此，与含有过渡金属氧化物(例如钴酸锂)作为阴极活性材料的常规锂电池相比，锂
‑
空气电池能够具有更大的容量。
[0004]用于Li离子电池和Li
‑
空气电池中阴极电极的常规粘合剂分别是PVDF和这些聚合物不具有任何锂传导率，因此增加电芯的总电阻。
[0005]非专利参考文献(1)公开了Li离子电池用固体电解质的制造和材料组成。提及了聚离子液体例如PDADMA
‑
TFSI在阴极和固体电解质之间的界面处使用的可能性，PDADMA是聚(二烯丙基二甲基铵)且TFSI是双(三氟甲烷磺酰基)酰亚胺。非专利参考文献(2)公开了在电解质制剂中使用PDADMA
‑
TFSI。
[0006]非专利参考文献(3)公开了Li
‑
S电池用粘合剂的制造和材料组成。在此，PDADMA
‑
Cl用于形成具有铵官能团的交联粘合剂。非专利参考文献(4)公开了PDADMA
‑
TFSI作为Na
‑
空气电池用粘合剂的用途。作者采用PVDF和PTFE进行了性能比较。电解质可在[C4mpyr][TFSI]离子液体中具有16.6mol％NaTFSI。仅研究了1个循环的放电/充电，不是对电芯进行循环。
[0007]非专利参考文献
[0008](1)Pont,A.L.；Marcilla,R.；De Meatza,I.；Grande,H.；Mecerreyes,D.Pyrrolidinium
‑
Based Polymeric Ionic Liquids as Mechanically and Electrochemically Stable Polymer Electrolytes.J.Power Sources 2009,188(2),558
–
563.
[0009]https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2008.11.115
[0010](2)Tom
é
,L.C.；Isik,M.；Freire,C.S.R.；Mecerreyes,D.；Marrucho,I.M.Novel Pyrrolidinium
‑
Based Polymeric Ionic Liquids with Cyano Counter
‑
Anions:HIGH Performance Membrane Materials for Post
‑
Combustion CO2 Separation.J.Memb.Sci.2015,483,155
–
165
[0011](3)Liao,J.；Ye,Z.Quaternary Ammonium Cationic Polymer as a Superior Bifunctional Binder for Lithium
–
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–
636.
[0012]https://doi.org/10.1016/j.electacta.2017.10.194.
[0013](4)The An Ha et al.,Functional Binders Based on Polymeric Ionic Liquids for Sodium Oxygen Batteries Using Ionic Liquid Electrolytes
[0014]https://doi.org/10.1021/acsaem.0c02352
[0015](5)Wladislaw Waag,Stefan Kabitz,D.U.S.Experimental Investigation of the Lithium
‑
Ion Battery Impedance Characteristic at Various Conditions and Aging States and Its Influence on the Application.Appl.Energy
[0016]专利参考文献
[0017](1)EP 3 439 072
[0018](2)JP 2019 021538
[0019](3)WO 2020 237364

技术实现思路

[0020]在Li离子电池中NMC阴极用粘合剂的背景下，传统的粘合剂例如PVDF在容量或电阻的方面不一定提供高性能。
[0021]在Li
‑
O2电池中空气电极(阴极)用粘合剂的背景下，膜不一定提供最优的倍率和/或容量。
[0022]本专利技术寻求提供在应用于Li离子电池和Li
‑
O2电池的阴极中时能够实现较高性能的粘合剂。
[0023]根据本专利技术的第一方面的组合物包含：
[0024](A)锂、镍、锰和钴的混合氧化物；和
[0025](B)含有由式(1)或式(2)之一表示的重复单元的聚阳离子聚合物的氟化阴离子盐：
[0026][0027]其中，在所述式(1)中，N
+
为构成季铵阳离子的氮原子，R1和R2各自独立地为含有与所述氮原子键合的碳原子的取代基，
[0028][0029]其中，在所述式(2)中，R3为氢原子或具有1至4个碳原子的烷基基团。
[0030]在根据本专利技术的第一方面的所述组合物中，所述式(1)中R1和R2可各自为烷基基团。
[0031]在根据本专利技术的第一方面的所述组合物中，所述式(1)中R1和R2可均为甲基基团。
[0032本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.组合物，其特征在于，包含：(A)锂、镍、锰和钴的混合氧化物；(B)含有由式(1)或式(2)之一表示的重复单元的聚阳离子聚合物的氟化阴离子盐：其中，在所述式(1)中，N
+
为构成季铵阳离子的氮原子，R1和R2各自独立地为含有与所述氮原子键合的碳原子的取代基，其中，在所述式(2)中，R3为氢原子或具有1至4个碳原子的烷基基团。2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述式(1)中R1和R2各自为烷基基团。3.根据权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，所述式(1)中R1和R2均为甲基基团。4.根据权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，所述式(1)中R1为甲基基团且所述式(1)中R2为丁基基团。5.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述式(2)中R3为乙基基团。6.根据权利要求1至5中任一项所述的组合物，其特征在于，所述聚阳离子聚合物的氟化阴离子盐包含式(3)的酰亚胺阴离子作为所述聚阳离子聚合物的氟化抗衡离子：(F
‑
(CF2)
n
‑
(SO2)
‑
)2N
‑
(3)其中n＝0、1或2。7.根据权利要求1至5中任一项所述的组合物，其特征在于，所述聚阳离子聚合物的氟化阴离子盐包含具有以下结构之一的酰亚胺阴离子作为所述聚阳离子聚合物的氟化抗衡离子：
8.根据权利要求1至5中任一项所述的组合物，其特征在于，所述聚阳离子聚合物的氟化阴离子盐包含式(4)的全氟烷基磺酸根作为所述聚阳离子聚合物的氟化抗衡离子：F
‑
(CF2)
n
‑
(SO3)
‑
(4)其中n是1至6的整数。9.根据权利要求8所述的组合物，其特征在于，在所述式(4)的全氟烷基磺酸根中，n为4。10.根据权利要求1至9中任一项所述的组合物，其特征在于，所述锂、镍、锰和钴的混合氧化物具有通式(5)：LiNi
x
Mn
y
Co
z
O2±
α
(5)其中x+y+z＝1.0且α至多为0.05。11.根据权利要求10所述的组合物，其特征在于，x＝0.5、y＝0.3且z＝0.2。12.根据权利要求10所述的组合物，其特征在于，x＝0.33、y＝0.33且z＝0.33，或x＝0.6、y＝0.2且z＝0.2，或x＝0.8、y＝0.1且z＝0.1。13.锂离子电池，其特征在于，包含：
‑
包括正电极活性材料的阴极，所述正电极活性材料包含权利要求1至12中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：巴斯克国家大学，
类型：发明
国别省市：