包含含氮的物质的电化学电池和/或其组件、及其形成方法技术

一般地提供了涉及电化学电池和/或电化学电池组件(例如，电极和/或电解质)的制品和方法，所述电化学电池和/或电化学电池组件包含含有共轭的带负电荷的含氮原子的环的物质和/或这样的物质的反应产物。所述电化学电池可以包括电极(例如，阴极和/或阳极)，所述电极包括保护层，所述保护层包含含有共轭的带负电荷的含氮原子的环的物质和/或其反应产物。所述电化学电池可以包括电解质，所述电解质包含含有共轭的带负电荷的含氮原子的环的物质和/或其反应产物。反应产物。反应产物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含含氮的物质的电化学电池和/或其组件、及其形成方法
[0001]相关申请
[0002]本申请根据35 U.S.C.
§
119(e)要求于2020年10月9日提交的美国临时专利申请第63/089,862号和于2020年10月9日提交的美国临时专利申请第63/090,146号的优先权，其在此通过引用整体并入。


[0003]一般地提供了涉及电化学电池和/或电化学电池组件(例如，电极和/或电解质)的制品和方法，所述电化学电池和/或电化学电池组件包含含有共轭的带负电荷的含氮原子的环的物质和/或这样的物质的反应产物。

技术介绍

[0004]近年来开发高能量密度可再充电电池(例如，可再充电Li离子电池)引起了相当大的关注。在这样的电池中，电极(例如，阳极和/或阴极)可能经历与电解质组分的反应，该反应导致不期望的物质的形成。其中形成有这些不期望的物质的可再充电电池通常表现出有限的循环寿命。例如，在这样的电池中，电极材料(例如，阴极材料)可能在循环期间降解，从而导致容量或循环寿命的降低。这种降解的一种原因是阳离子(例如，钴、镍、锰等)从电极(例如，阴极)扩散至电解质并在另一个电极(例如，阳极)上还原。容量和/或循环寿命的这种降低的另一个原因是由于电解质组分在电极表面(例如，阴极表面)上的氧化，特别是在较高的充电电压下。因此，用于提高循环寿命和/或其他改善的制品和方法将是有益的。

技术实现思路

[0005]一般地提供了涉及电化学电池和/或电化学电池组件(例如电极和/或电解质)的制品和方法，所述电化学电池和/或电化学电池组件包含含有共轭的带负电荷的含氮原子的环的物质和/或这样的物质的反应产物。在一些情况下，本文公开的主题涉及相关的产品、针对特定问题的替代解决方案、和/或一种或更多种体系和/或制品的多种不同用途。
[0006]某些实施方案涉及电化学电池。在一些实施方案中，电化学电池包括第一电极；和第二电极，所述第二电极包含含有共轭的带负电荷的含氮原子的环的物质和/或其反应产物。
[0007]在一些实施方案中，电化学电池包括第一电极；第二电极；和设置在第二电极上的保护层，其中设置在第二电极上的保护层包含含有共轭的带负电荷的含氮原子的环的物质和/或其反应产物。
[0008]在一些实施方案中，电化学电池包括包含锂金属的第一电极；和电解质，其中电解质包含含有共轭的带负电荷的含氮原子的环的物质。在一些实施方案中，电解质还包含含不稳定的卤素原子的第二物质。在一些实施方案中，含有共轭的带负电荷的含氮原子的环的物质中不存在吸电子取代基。
[0009]在一些实施方案中，电化学电池包括包含锂金属的第一电极；和设置在第一电极
上的保护层，其中保护层包含含有共轭的带负电荷的含氮原子的环的物质和/或其反应产物。在一些实施方案中，该物质中不存在吸电子取代基。在一些实施方案中，电化学电池包括第二电极。在一些实施方案中，第二电极包含过渡金属。在一些实施方案中，在第二电极上设置有第二保护层。在一些实施方案中，第二保护层包含含有共轭的带负电荷的含氮原子的环的物质和/或其第二反应产物。
[0010]在一些实施方案中，第二反应产物包含锂金属与含有共轭的带负电荷的含氮原子的环的物质之间的反应产物。在一些实施方案中，反应产物包含含有共轭的带负电荷的含氮原子的环的物质与含不稳定的卤素原子的第二物质之间的反应产物。在一些实施方案中，反应产物包含含有共轭的带负电荷的含氮原子的环的物质、含不稳定的卤素原子的第二物质和过渡金属之间的反应产物。
[0011]某些实施方案涉及方法。在一些实施方案中，所述方法包括：使包含过渡金属的电极暴露于包含含有共轭的带负电荷的含氮原子的环的物质的溶液；以及形成设置在电极上的保护层，其中保护层包含所述物质和/或其反应产物。在一些实施方案中，电极包括第二电极。在一些实施方案中，所述方法包括将第二电极与第一电极组合以形成电化学电池。
[0012]在一些实施方案中，所述方法包括：使电极暴露于包含过渡金属的初步溶液；使电极暴露于包含含有共轭的带负电荷的含氮原子的环的物质的溶液；以及形成设置在电极上的保护层，其中保护层包含所述物质和/或其反应产物。在一些实施方案中，电极包括第二电极。在一些实施方案中，所述方法包括将第二电极与第一电极组合以形成电化学电池。
[0013]在一些实施方案中，所述方法包括将一定体积的电解质放置在包括有第一电极的电化学电池中，其中第一电极包含锂金属，以及其中电解质包含含有共轭的带负电荷的含氮原子的环的物质；以及在第一电极上形成保护层，其中保护层包含所述物质和/或其反应产物。在一些实施方案中，含有共轭的带负电荷的含氮原子的环的物质中不存在吸电子取代基。
[0014]在一些实施方案中，反应产物包含金属(例如，锂金属和/或过渡金属)与含有共轭的带负电荷的含氮原子的环的物质之间的反应产物。在一些实施方案中，反应产物包含含有共轭的带负电荷的含氮原子的环的物质与含不稳定的卤素原子的第二物质之间的反应产物。在一些实施方案中，反应产物包含含有共轭的带负电荷的含氮原子的环的物质、含不稳定的卤素原子的第二物质和金属(例如，锂金属和/或过渡金属)之间的反应产物。
[0015]在一些实施方案中，电化学电池包括电解质。在一些实施方案中，电解质包含含有共轭的带负电荷的含氮原子的环的物质和/或含不稳定的卤素原子的第二物质。
[0016]在一些实施方案中，第一电极包含锂金属。在一些实施方案中，在第一电极上设置有保护层。在一些实施方案中，保护层包含含有共轭的带负电荷的含氮原子的环的物质和/或其反应产物。在一些实施方案中，反应产物包含锂金属与含有共轭的带负电荷的含氮原子的环的物质之间的反应产物。在一些实施方案中，反应产物包含含有共轭的带负电荷的含氮原子的环的物质与含不稳定的卤素原子的第二物质之间的反应产物。在一些实施方案中，反应产物包含含有共轭的带负电荷的含氮原子的环的物质、含不稳定的卤素原子的第二物质和锂金属之间的反应产物。
[0017]在结合附图考虑时，根据本专利技术的各种非限制性实施方案的以下详细描述，本专利技术的其他优点和新特征将变得明显。在本说明书和通过引用并入的文献包含冲突和/或不
一致的公开内容的情况下，应以本说明书为准。如果通过引用并入的两个或更多个文献包含相对于彼此冲突和/或不一致的公开内容，则应以生效日期在后的文献为准。
附图说明
[0018]将参照附图通过实例的方式来描述本专利技术的非限制性实施方案，附图为示意性的并且不旨在按比例绘制。在附图中，示出的各个相同或几乎相同的组件典型地由单一附图标记表示。为了清楚起见，在不需要图解来使本领域普通技术人员理解本专利技术的情况下，不是每个组件在每幅附图中都被标记，也不是本专利技术的各个实施方案的每个组件都被示出。在附图中：
[0019]图1A示出了根据一些实施方案的电极(例如，阴极或阳极)。
[0020]图1B示出了根据一些实施方案的设置在电极(例如，阴极或阳极)上的层(例如，保护本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电化学电池，包括：第一电极；和第二电极，所述第二电极包含含有共轭的带负电荷的含氮原子的环的物质和/或其反应产物。2.一种电化学电池，包括：第一电极；第二电极；和设置在所述第二电极上的保护层，其中设置在所述第二电极上的所述保护层包含含有共轭的带负电荷的含氮原子的环的物质和/或其反应产物。3.一种电化学电池，包括：包含锂金属的第一电极；和电解质，其中所述电解质包含含有共轭的带负电荷的含氮原子的环的物质，以及其中所述物质中不存在吸电子取代基。4.根据权利要求1至3中任一项所述的电化学电池，还包括设置在所述第一电极上的保护层，其中设置在所述第一电极上的所述保护层包含所述物质和/或其反应产物。5.一种电化学电池，包括：包含锂金属的第一电极；和设置在所述第一电极上的保护层，其中设置在所述第一电极上的所述保护层包含含有共轭的带负电荷的含氮原子的环的物质和/或其反应产物，以及其中所述物质中不存在吸电子取代基。6.根据权利要求3至5中任一项所述的电化学电池，还包括第二电极。7.根据权利要求6所述的电化学电池，其中所述第二电极包含所述物质和/或其所述反应产物。8.根据任一前述权利要求所述的电化学电池，其中所述电化学电池包括设置在所述第二电极上的保护层，其中设置在所述第二电极上的所述保护层包含所述物质和/或其所述反应产物。9.根据任一前述权利要求所述的电化学电池，其中设置在所述第一电极上的所述保护层和/或设置在所述第二电极上的所述保护层包含所述物质。10.根据任一前述权利要求所述的电化学电池，其中设置在所述第一电极上的所述保护层和/或设置在所述第二电极上的所述保护层包含所述反应产物。11.根据任一前述权利要求所述的电化学电池，其中所述第二电极包含过渡金属。12.根据权利要求11所述的电化学电池，其中所述反应产物包含所述过渡金属与所述物质之间的反应产物。13.一种方法，包括：使包含过渡金属的电极暴露于包含含有共轭的带负电荷的含氮原子的环的物质的溶液；以及形成设置在所述电极上的保护层，其中所述保护层包含所述物质和/或其反应产物。14.一种方法，包括：使电极暴露于包含过渡金属的初步溶液；
使所述电极暴露于包含含有共轭的带负电荷的含氮原子的环的物质的溶液；以及形成设置在所述电极上的保护层，其中所述保护层包含所述物质和/或其反应产物。15.根据权利要求14所述的方法，其中所述初步溶液包含大于或等于0.5重量％且小于或等于10重量％的过渡金属盐。16.根据权利要求15所述的方法，其中所述初步溶液包含大于或等于3重量％且小于或等于5重量％的所述过渡金属盐。17.根据权利要求13至16中任一项所述的方法，其中所述保护层包含所述物质。18.根据权利要求13至17中任一项所述的方法，其中所述保护层包含所述反应产物。19.根据权利要求13至18中任一项所述的方法，其中所述反应产物包含所述过渡金属与所述物质之间的反应产物。20.根据权利要求13至19中任一项所述的方法，其中所述溶液还包含含不稳定的卤素原子的第二物质。21.根据权利要求20所述的方法，其中所述溶液包含大于或等于5重量％且小于或等于50重量％和/或大于或等于10重量％且小于或等于30重量％的所述第二物质。22.根据权利要求13至21中任一项所述的方法，其中使所述电极暴露于所述初步溶液和/或所述溶液包括将所述电极浸渍和/或浸入在所述初步溶液和/或所述溶液中以及/或者用所述初步溶液和/或所述溶液喷涂所述电极。23.根据权利要求13至22中任一项所述的方法，其中所述电极包含电活性材料以及所述电活性材料包含表面，以及使所述电极暴露于所述初步溶液和/或所述溶液包括使所述电活性材料的所述表面的大于或等于80％和/或大于或等于90％且小于或等于100％润湿。24.根据权利要求13至23中任一项所述的方法，其中使所述电极暴露于所述初步溶液和/或所述溶液是在高于所述初步溶液和/或所述溶液的凝固点的温度下、在大于或等于0℃的温度下、在小于或等于40℃的温度下、和/或在室温下。25.根据权利要求13至24中任一项所述的方法，其中使所述电极暴露于所述初步溶液和/或所述溶液持续大于或等于30秒和/或小于或等于5分钟。26.根据权利要求13至25中任一项所述的方法，其中使所述电极暴露于所述初步溶液和/或所述溶液是在真空下。27.根据权利要求13至26中任一项所述的方法，还包括对所述电极进行干燥。28.根据权利要求27所述的方法，其中所述干燥包括在一定的温度下干燥持续一定的持续时间。29.根据权利要求28所述的方法，其中所述温度大于或等于室温、小于或等于150℃、和/或大于或等于120℃且小于或等于130℃。30.根据权利要求28至29中任一项所述的方法，其中所述持续时间大于或等于1秒、小于或等于24小时、和/或大于或等于5小时且小于或等于15小时。31.根据权利要求27至30中任一项所述的方法，其中所述干燥还包括在第二温度下干燥持续第二持续时间。32.根据权利要求31所述的方法，其中所述第二温度大于所述温度和/或所述第二持续时间大于所述持续时间。33.根据权利要求31至32中任一项所述的方法，其中所述第二温度大于或等于室温且
小于或等于150℃、和/或大于或等于120℃且小于或等于130℃。34.根据权利要求31至33中任一项所述的方法，其中所述第二持续时间大于或等于1秒且小于或等于24小时、和/或大于或等于5小时且小于或等于15小时。35.根据权利要求27至34中任一项所述的方法，其中所述干燥包括在真空下进行干燥。36.根据权利要求27至35中任一项所述的方法，其中所述干燥包括在使所述电极暴露于所述初步溶液之后并且在使所述电极暴露于所述溶液之前对所述电极进行干燥。37.根据权利要求13至36中任一项所述的方法，其中所述初步溶液和/或所述溶液包含有机溶剂。38.根据权利要求37所述的方法，其中所述有机溶剂包括醇和/或腈。39.根据权利要求13至38中任一项所述的方法，其中所述物质以大于或等于0.1重量％、小于或等于5重量％、和/或大于或等于0.5重量％且小于或等于2重量％的量存在于所述溶液中。40.一种方法，包括：将包含过渡金属的电极材料与含有共轭的带负电荷的含氮原子的环的物质合并以形成混合物，用所述混合物涂覆金属基底，以及对所述混合物进行干燥以形成电极。41.根据权利要求40所述的方法，其中在所述电极上设置有保护层，以及其中所述保护层包含所述物质和/或其反应产物。42.根据权利要求41所述的方法，其中所述保护层包含所述物质。43.根据权利要求41至42中任一项所述的方法，其中所述保护层包含所述反应产物。44.根据权利要求41至43中任一项所述的方法，其中所述反应产物包含所述过渡金属与所述物质之间的反应产物。45.根据权利要求40至44中任一项所述的方法，其中所述合并还包括将所述电极材料和所述物质跟含不稳定的卤素原子的第二物质合并以形成所述混合物。46.根据权利要求40至45中任一项所述的方法，其中所述混合物包含固体组分和液体组分。47.根据权利要求46所述的方法，其中所述混合物包含大于或等于10重量％且小于或等于50重量％的所述固体组分。48.根据权利要求46至47中任一项所述的方法，其中所述液体组分包含有机溶剂。49.根据权利要求40至48中任一项所述的方法，其中所述电极材料和/或所述固体组分包含金属和/或金属氧化物。50.根据权利要求40至49中任一项所述的方法，其中所述电极材料和/或所述固体组分包含大于或等于80重量％的金属和/或金属氧化物。51.根据权利要求49至50中任一项所述的方法，其中所述金属和/或所述金属氧化物包括锂金属、过渡金属、和/或过渡金属氧化物。52.根据权利要求40至51中任一项所述的方法，其中所述混合物包含大于或等于0.1重量％且小于或等于20重量％的所述物质、和/或大于或等于5重量％且小于或等于15重量％的所述物质。
53.根据权利要求40至52中任一项所述的方法，其中所述电极材料和/或所述固体组分包含粘结剂。54.根据权利要求53所述的方法，其中所述电极材料和/或所述固体组分包含大于或等于0.1重量％的粘结剂且小于或等于10重量％的粘结剂、和/或大于或等于0.5重量％的粘结剂且小于或等于5重量％的粘结剂。55.根据权利要求40至54中任一项所述的方法，其中所述电极材料和/或所述固体组分包含基于碳的材料。56.根据权利要求55所述的方法，其中所述电极材料和/或所述固体组分包含大于或等于0.1重量％且小于或等于10重量％、和/或大于或等于0.5重量％且小于或等于5重量％的基于碳的材料。57.根据权利要求40至56中任一项所述的方法，其中所述金属基底包括铝、铝合金、和/或金属化聚合物膜。58.根据权利要求40至57中任一项所述的方法，其中所述金属基底的厚度大于或等于4微米且小于或等于50微米、和/或大于或等于7微米且小于或等于15微米。59.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述电极为第二电极。60.根据权利要求59所述的方法，包括将所述第二电极与第一电极组合以形成电化学电池。61.一种方法，包括：将一定体积的电解质放置在包括有第一电极的电化学电池中，其中所述第一电极包含锂金属，以及其中所述电解质包含含有共轭的带负电荷的含氮原子的环的物质；以及在所述第一电极上形成保护层，其中所述保护层包含所述物质和/或其反应产物；以及其中所述物质中不存在吸电子取代基。62.根据权利要求61所述的方法，其中所述保护层包含所述物质。63.根据权利要求61至62中任一项所述的方法，其中所述保护层包含所述反应产物。64.根据权利要求61至63中任一项所述的方法，其中所述反应产物包含锂金属与所述物质之间的反应产物。65.根据权利要求61至64中任一项所述的方法，其中所述电化学电池还包括第二电极。66.根据权利要求65所述的方法，其中所述第二电极包含过渡金属。67.根据权利要求65至66中任一项所述的方法，其中将所述一定体积的电解质放置在所述电化学电池中还在所述第二电极上形成了第二保护层。68.根据权利要求67所述的方法，其中所述第二保护层包含所述物质和/或其第二反应产物。69.根据权利要求68所述的方法，其中所述第二保护层包含所述物质。70.根据权利要求68至69中任一项所述的方法，其中所述第二保护层包含所述第二反应产物。71.根据权利要求68至70中任一项所述的方法，其中所述第二反应产物包含所述过渡金属与所述物质之间的反应产物。72.根据权利要求61至71中任一项所述的方法，其中所述电解质还包含含不稳定的卤
素原子的第二物质。73.根据权利要求72所述的方法，其中所述电解质包含大于或等于5重量％且小于或等于50重量％、和/或大于或等于10重量％且小于或等于30重量％的所述第二物质。74.根据权利要求61至73中任一项所述的方法，其中所述反应产物和/或所述第二反应产物包含所述物质与所述第二物质之间的反应产物。75.根据权利要求61至74中任一项所述的方法，其中所述反应产物包含所述物质、所述第二物质和所述锂金属之间的反应产物。76.根据权利要求68至75中任一项所述的方法，其中所述第二反应产物包含所述物质、所述第二物质和所述过渡金属之间的反应产物。77.根据任一前述权利要求所述的电化学电池或方法，其中所述物质中不存在吸电子取代基。78.根据任一前述权利要求所述的电化学电池或方法，其中所述反应产物包含所述物质与第二物质之间的反应产物，其中所述第二物质包含不稳定的卤素原子。79.根据任一前述权利要求所述的电化学电池或方法，其中所述反应产物包含所述物质、所述过渡金属和第二物质之间的反应产物，其中所述第二物质包含不稳定的卤素原子。80.根据任一前述权利要求所述的电化学电池或方法，其中所述电化学电池还包括电解质。81.根据任一前述权利要求所述的电化学电池或方法，其中所述电解质包含所述物质。82.根据任一前述权利要求所述的电化学电池或方法，其中所述反应产物包含锂金属与所述物质之间的反应产物。83.根据任一前述权利要求所述的电化学电池或方法，其中所述电解质包含含不稳定的卤素原子的第二物质。84.根据权利要求83所述的电化学电池或方法，其中所述电解质包含大于或等于5重量％且小于或等于50重量％、和/或大于或等于10重量％且小于或等于30重量％的含所述不稳定的卤素原子的所述第二物质。85.根据任一前述权利要求所述的电化学电池或方法，其中所述第一电极包含锂金属。86.根据任一前述权利要求所述的电化学电池或方法，其中在所述第一电极上设置有保护层。87.根据任一前述权利要求所述的电化学电池或方法，其中设置在所述第一电极上的所述保护层包含所述物质和/或第二反应产物。88.根据任一前述权利要求所述的电化学电池或方法，其中设置在所述第一电极上的所述保护层包含所述物质。89.根据任一前述权利要求所述的电化学电池或方法，其中设置在所述第一电极上的所述保护层包含所述第二反应产物。90.根据任一前述权利要求所述的电化学电池或方法，其中所述第二反应产物包含所述锂金属与所述物质之间的反应产物。91.根据任一前述权利要求所述的电化学电池或方法，其中所述第二反应产物包含所述物质与所述第二物质之间的反应产物。92.根据任一前述权利要求所述的电化学电池或方法，其中所述第二反应产物包含所
述物质、所述第二物质和所述锂金属之间的反应产物。93.根据任一前述权利要求所述的电化学电池或方法，其中所述电解质包含所述第二物质。94.根据任一前述权利要求所述的电化学电池或方法，其中所述不稳定的卤素原子包括不稳定的氟原子。95.根据任一前述权利要求所述的电化学电池或方法，其中所述第二物质包含PF6‑
、氟代碳酸亚乙酯、二氟代碳酸亚乙酯、二氟代(草酸)硼酸根阴离子、双氟代磺酰亚胺阴离子、和/或双三氟甲烷磺酰亚胺阴离子。96.根据任一前述权利要求所述的电化学电池或方法，其中所述电解质还包含所述第二物质的抗衡离子。97.根据权利要求96所述的电化学电池或方法，其中所述第二物质的所述抗衡离子是多价的。98.根据权利要求96至97中任一项所述的电化学电池或方法，其中所述第二物质的所述抗衡离子包含碱金属阳离子。99.根据权利要求96至98中任一项所述的电化学电池或方法，其中所述第二物质的所述抗衡离...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊戈尔，
申请(专利权)人：赛昂能源有限公司，
类型：发明
国别省市：