用于电化学电池的凝胶聚合物电解质制造技术

本发明专利技术公开了用于电化学电池的凝胶聚合物电解质。用于循环锂离子的电化学电池的凝胶聚合物电解质包含渗透有液体电解质溶液的聚合物基质。聚合物基质包含聚(偏二氟乙烯

【技术实现步骤摘要】
用于电化学电池的凝胶聚合物电解质


[0001]本专利技术涉及用于循环锂离子的电化学电池的凝胶聚合物电解质和循环锂离子的电化学电池。

技术介绍

[0002]本章节提供与本公开有关的背景信息，其不一定是现有技术。
[0003]本公开涉及用于循环锂离子的电化学电池的电解质，更特别涉及包括液体电解质溶液和充当液体电解质溶液的宿主的聚合物基质的凝胶聚合物电解质。
[0004]二次锂电池组的电化学电池通常包括负极、与负极间隔开的正极，和提供用于在电化学电池放电与再充电过程中在负极与正极之间传导锂离子的介质的离子传导电解质。该离子传导电解质可为固体、液体或固体与液体的混合的形式。凝胶聚合物电解质是混合物，并包括渗透有液体电解质溶液的聚合物基质，所述液体电解质溶液通常包含溶解或分散在一种或多种非水性非质子有机溶剂中的锂盐。液体电解质溶液充当穿过聚合物基质的锂离子通路，同时聚合物基质为凝胶聚合物电解质提供机械稳定性。二次锂电池组的电解质可配制为在宽运行温度范围内表现出某些合意的性质。此类合意的性质可包括高离子传导率、高介电常数（与溶解盐的高能力相关）、良好的热稳定性、宽的电化学稳定性窗口、能够在负极表面上形成稳定的离子传导固体电解质界面（SEI）、能够保持与电极表面牢固的界面接触、能够抑制在负极表面上形成苔藓锂或枝晶锂、以及与电化学电池的其它组件的化学相容性。

技术实现思路

[0005]本章节提供本公开的一般概述并且不是其完整范围或其所有特征的全面公开。
[0006]公开了用于循环锂离子的电化学电池的凝胶聚合物电解质。该凝胶聚合物电解质包含渗透有非水性有机溶剂、在该非水性有机溶剂中的第一锂盐、和在该非水性有机溶剂中的第二锂盐的聚合物基质。该聚合物基质包含聚(偏二氟乙烯
‑
共聚
‑
六氟丙烯)。第一锂盐包含二氟(草酸根合)硼酸锂，且该第二锂盐包含双(三氟甲磺酰)亚胺锂。
[0007]凝胶聚合物电解质可以是自熄性的。
[0008]非水性有机溶剂可包含环状碳酸酯、内酯、腈、砜、醚、磷酸酯或其组合。
[0009]在某些方面，非水性有机溶剂可包含第一溶剂与第二溶剂的混合物。第一溶剂可包含碳酸亚丙酯，且第二溶剂可包含氟代碳酸乙烯酯。在此类情况下，非水性有机溶剂中第一溶剂对第二溶剂的体积比可为大于或等于大约0.5:9.5至小于或等于大约9.5:0.5。
[0010]第一锂盐在非水性有机溶剂中的浓度可为大于或等于大约0.05摩尔/升至小于或等于大约2.0摩尔/升。第二锂盐在非水性有机溶剂中的浓度可为大于或等于大约0.05摩尔/升至小于或等于大约2.0摩尔/升。第一锂盐在非水性有机溶剂中的浓度可大于第二锂盐在非水性有机溶剂中的浓度。
[0011]第一锂盐与第二锂盐在非水性有机溶剂中的总浓度可为大于或等于大约1.5摩
尔/升至小于或等于大约4.0摩尔/升。
[0012]凝胶聚合物电解质可基本上由聚合物基质、非水性有机溶剂、第一锂盐与第二锂盐组成，第一锂盐可基本上由二氟(草酸根合)硼酸锂组成，且第二锂盐可基本上由双(三氟甲磺酰)亚胺锂组成。
[0013]在组合时，非水性有机溶剂、第一锂盐与第二锂盐按重量计可构成凝胶聚合物电解质的大于或等于大约60%至小于或等于大约99.5%。聚合物基质按重量计可构成凝胶聚合物电解质的大于或等于大约0.5%至小于或等于大约40%。
[0014]聚合物基质可进一步包含聚(环氧乙烷)、聚(丙烯酸)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、羧甲基纤维素、聚丙烯腈、聚(乙烯醇)、聚乙烯基吡咯烷酮或其组合。
[0015]凝胶聚合物电解质可进一步包含第三锂盐。所述第三锂盐可包含双(草酸根合)硼酸锂、四氰基硼酸锂、四氟硼酸锂、双(单氟丙二酸根合)硼酸锂、三氟甲磺酸锂、双(氟磺酰)亚胺锂、环
‑
二氟甲烷
‑
1,1
‑
双(磺酰)亚胺锂、双(全氟乙磺酰)亚胺锂、环
‑
六氟丙烷
‑
1,1
‑
双(磺酰)亚胺锂或其组合。
[0016]凝胶聚合物电解质可基本不含六氟磷酸锂。
[0017]公开了循环锂离子的电化学电池。所述电化学电池包括正极集流体、设置在正极集流体上的正极层、负极集流体、设置在正极层与负极集流体之间的多孔隔离件、和渗透正极层与多孔隔离件中的开放孔隙的凝胶聚合物电解质。正极层具有面对表面（facing surface）并包含电活性材料粒子。负极集流体具有与正极层的面对表面相对的主要表面。凝胶聚合物电解质包含渗透有非水性有机溶剂、在非水性有机溶剂中的第一锂盐、与在非水性有机溶剂中的第二锂盐的聚合物基质。聚合物基质包含聚(偏二氟乙烯
‑
共聚
‑
六氟丙烯)。第一锂盐包含二氟(草酸根合)硼酸锂。第二锂盐包含双(三氟甲磺酰)亚胺锂。
[0018]非水性有机溶剂可包含碳酸亚丙酯与氟代碳酸乙烯酯的混合物。
[0019]第一锂盐在非水性有机溶剂中的浓度可为大于或等于大约0.5摩尔/升至小于或等于大约1.5摩尔/升。第二锂盐在非水性有机溶剂中的浓度可为大于或等于大约0.4摩尔/升至小于或等于大约1.0摩尔/升。第一锂盐在非水性有机溶剂中的浓度可大于第二锂盐在非水性有机溶剂中的浓度。
[0020]在组合时，非水性有机溶剂、第一锂盐与第二锂盐按重量计可构成凝胶聚合物电解质的大于或等于大约60%至小于或等于大约99.5%。聚合物基质按重量计可构成凝胶聚合物电解质的大于或等于大约0.5%至小于或等于大约40%。
[0021]电化学电池可进一步包含锂金属负极层和在锂金属负极层的面对表面上原位形成的界面层。锂金属负极层可电化学沉积在负极集流体的主要表面上。锂金属负极层的面对表面可与正极层的面对表面相对。界面层可沿多孔隔离件与锂金属负极层的面对表面之间的界面基本连续地延伸。
[0022]界面层可包含凝胶聚合物电解质的一种或多种组分的电化学还原产物。在此类情况下，电化学还原产物可包含含氟低聚物、含硼低聚物、双[N
‑
(三氟甲基磺酰亚氨基)]三氟甲磺酸锂、氟化锂、氧化锂、硫化锂、连二亚硫酸锂、亚硫酸锂、氮化锂或其组合。
[0023]凝胶聚合物电解质可以是自熄性的。
[0024]凝胶聚合物电解质可基本不含六氟磷酸锂。
[0025]公开了另一种循环锂离子的电化学电池。所述电化学电池包含正极集流体、设置
在正极集流体的主要表面上的正极层、负极集流体、电化学沉积在负极集流体的主要表面上的锂金属负极层、设置在正极层与锂金属负极层之间的多孔隔离件、和渗透正极层与多孔隔离件中的开放孔隙的凝胶聚合物电解质。正极层包含电活性材料粒子。负极集流体的主要表面与正极集流体的主要表面相对。凝胶聚合物电解质在正极集流体的主要表面与锂金属负极层之间基本连续地延伸。凝胶聚合物电解质包含渗透有非水性有机溶剂、在非水性有机溶剂中的第一锂盐与在非水性有机溶剂中的第二锂盐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于循环锂离子的电化学电池的凝胶聚合物电解质，所述凝胶聚合物电解质包含：渗透有非水性有机溶剂、在所述非水性有机溶剂中的第一锂盐、和在所述非水性有机溶剂中的第二锂盐的聚合物基质，其中所述聚合物基质包含聚(偏二氟乙烯
‑
共聚
‑
六氟丙烯)，所述第一锂盐包含二氟(草酸根合)硼酸锂，并且所述第二锂盐包含双(三氟甲磺酰)亚胺锂，其中所述凝胶聚合物电解质是自熄性的，并且其中所述凝胶聚合物电解质基本不含六氟磷酸锂。2.根据权利要求1所述的凝胶聚合物电解质，其中所述非水性有机溶剂包含第一溶剂与第二溶剂的混合物，所述第一溶剂包含碳酸亚丙酯，所述第二溶剂包含氟代碳酸乙烯酯，并且其中所述非水性有机溶剂中第一溶剂对第二溶剂的体积比为大于或等于大约0.5:9.5至小于或等于大约9.5:0.5。3.根据权利要求1所述的凝胶聚合物电解质，其中所述第一锂盐在所述非水性有机溶剂中的浓度为大于或等于大约0.05摩尔/升至小于或等于大约2.0摩尔/升，其中所述第二锂盐在所述非水性有机溶剂中的浓度为大于或等于大约0.05摩尔/升至小于或等于大约2.0摩尔/升，其中所述第一锂盐在所述非水性有机溶剂中的浓度大于所述第二锂盐在所述非水性有机溶剂中的浓度，并且其中所述第一锂盐与所述第二锂盐在非水性有机溶剂中的总浓度为大于或等于大约1.5摩尔/升至小于或等于大约4.0摩尔/升。4.根据权利要求1所述的凝胶聚合物电解质，其中所述凝胶聚合物电解质基本上由所述聚合物基质、所述非水性有机溶剂、所述第一锂盐与所述第二锂盐组成，并且其中所述第一锂盐基本上由二氟(草酸根合)硼酸锂组成，且所述第二锂盐基本上由双(三氟甲磺酰)亚胺锂组成，其中在组合时，所述非水性有机溶剂、所述第一锂盐与所述第二锂盐按重量计构成凝胶聚合物电解质的大于或等于大约60%至小于或等于大约99.5%，且其中所述聚合物基质按重量计构成所述凝胶聚合物电解质的大于或等于大约0.5%至小于或等于大约40%。5.循环锂离子的电化学电池, 所述电化学电池包含：正极集流体；设置在所述正极集流体上的正极层，所述正极层具有面对表面并包含电活性材料粒子；具有主要表面的负极集流体，所述负极集流体的主要表面与所述正极层的面对表面相对；设置在所述正极层与所述负极集流体之间的多孔隔离件；和渗透所述正极层与所述多孔隔离件中的开放孔隙的凝胶聚合物电解质，其中所述凝胶聚合物电解质包含渗透有非水性有机溶剂、在所述非水性有机溶剂中的第一锂盐、与在所述非水性有机溶剂中的第二锂盐的聚合物基质，其中所述聚合物基质包含聚(偏二氟乙烯
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共聚
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六氟丙烯)，所述第一锂盐包含二氟(草酸根合)硼酸锂，且所述第二锂盐包含双(三氟甲磺酰)亚胺锂，其中所述凝胶聚合物电解质是自熄性的，并且其中所述凝胶聚合物电解质基本不含六氟磷酸锂。6.根据权利要求5所述的电化学电池，其中所述非水性有机溶剂包含碳酸亚丙酯与氟代碳酸乙烯酯的混合物，所述第一锂盐在所述非水性有机溶剂中的浓度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：李喆，苏启立，刘海晶，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：