用于锂离子电池的润湿性添加剂制造技术

一种电池单元，该电池单元包括包含阴极活性材料的阴极；包含阳极活性材料的阳极；以及包含非水极性溶剂、锂盐和(R3SiO)3P(O)、(R3SiO)3P或它们中的任何两种或更多种的混合物的电解质；其中：R为C1至C4烷基；该阴极活性材料具有至少10mg/cm2的面密度和至少1.7g/cc的压实密度；该阳极活性材料具有至少5mg/cm2的面密度和至少1.3g/cc的压实密度；并且与不含该(R3SiO)3P(O)、该(R3SiO)3P或它们中的任何两种或更多种的该混合物的相同电池单元相比，该阴极和/或阳极的电导率增加。该阴极和/或阳极的电导率增加。该阴极和/或阳极的电导率增加。

【技术实现步骤摘要】
用于锂离子电池的润湿性添加剂
[0001]引言
[0002]本公开总体上涉及电解质以及它们对锂离子电池中的电极的润湿能力。具体地讲，电解质中掺入三(三甲基甲硅烷基)磷酸酯(TMSPa)和相关化合物作为添加剂以增加电解质对用于电动车辆应用的具有高能量密度的锂离子电池中的电极的润湿性。

技术实现思路

[0003]一种电池单元，该电池单元包括包含阴极活性材料的阴极；包含阳极活性材料的阳极；以及包含非水极性溶剂、锂盐和(R3SiO)3P(O)、(R3SiO)3P或它们中的任何两种或更多种的混合物的电解质；其中：R为C1至C4烷基；该阴极活性材料具有至少10mg/cm2的面密度和至少1.5g/cc的压实密度；该阳极活性材料具有至少5mg/cm2的面密度和至少1.3g/cc的压实密度；并且与不含该(R3SiO)3P(O)、该(R3SiO)3P或它们中的任何两种或更多种的该混合物的相同电池单元相比，该阴极和/或阳极的电导率增加。
[0004]在另一方面，制备锂离子电池单元的方法包括将(R3SiO)3P(O)、(R3SiO)3P或它们中的任何两种或更多种的混合物添加到电池单元的电解质中，其中与其中电解质不包含(R3SiO)3P(O)和/或(R3SiO)3P的具有相同组成的电池单元相比，电池单元在填充电解质之后在更短的时间内表现出开路电压的稳定，并且其中电解质包含锂盐和非水极性溶剂，并且其中R为C1‑
C4烷基。在一些实施方案中，R为甲基或乙基。在其他实施方案中，将(R3SiO)3P(O)、(R3SiO)3P或它们中的任何两种或更多种的混合物以大于0重量％至约2重量％添加到电解质中。
[0005]在另一方面，增加电解质对于锂离子电池单元中的阴极活性材料和/或阳极活性材料的润湿性的方法，该方法包括将(R3SiO)3P(O)、(R3SiO)3P或它们中的任何两种或更多种的混合物添加到电池单元的电解质中；其中电池单元包含具有至少10mg/cm2的面密度和至少1.5g/cc的压实密度的阴极活性材料；以及具有至少5mg/cm2的面密度和至少1.3g/cc的压实密度的阳极活性材料。在一些实施方案中，阴极活性材料为富锂阴极活性材料。
[0006]在其他方面，提供了一种包括本文所述的电池单元中的任一者的电动车辆。
附图说明
[0007]图1为根据实施例的TMSPa可以如何改善电解质的润湿性的示意图。
[0008]图2A和图2B为根据实施例的电极的表面上的电解质液滴的示意性侧视图，其中该液滴不含TMSPa(2A)并且含有TMSPa(2B)。
[0009]图3A和图3B为根据实施例的在电极的表面上扩散的电解质液滴的示意性俯视图，其中该液滴不含TMSPa(2A)并且含有TMSPa(2B)。
[0010]图4为根据实施例的锂离子电池的开路电压(OCV)对电解质填充后的时间的曲线图。
[0011]图5A和图5B为根据实施例的在含有TMSPa(5A)和不含TMSPa(5B)的电解质中阳极的循环的示意图。
[0012]图6为根据各种实施方案的电动车辆的横截面视图的图示。
[0013]图7为根据各种实施方案的例示性电池组的描绘。
[0014]图8为根据各种实施方案的例示性电池模块的描绘。
[0015]图9A、图9B和图9C为根据各种实施方案的各种电池的横截面图示。
具体实施方式
[0016]下文中描述各种实施方案。应当指出的是，具体的实施方案并不打算作为详尽的描述或作为对本文所讨论的更广泛方面的限制。结合特定实施方案描述的一个方面未必限于该实施方案，并且可以与任何其他实施方案一起实践。
[0017]如本文所用，“约”将为本领域普通技术人员所理解，并且将取决于其所使用的上下文而在一定程度上变化。如果使用本领域普通技术人员不清楚的术语，则在使用该术语的上下文中，“约”将意指该特定术语的至多加或减10％。
[0018]在描述要素的上下文中(特别是在所附权利要求书的上下文中)，术语“一种”和“一个”和“该”以及类似指示物的使用应被解释为涵盖单数和复数，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。除非本文中另有说明，否则本文中数值范围的列举仅旨在用作单独提及落入该范围内的每个单独值的速记方法，并且每个单独值被并入说明书中，如同其在本文中单独列举一样。本文所述的所有方法可以以任何合适的顺序进行，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。除非另有说明，否则本文所提供的任何和所有示例或示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅旨在更好地说明这些实施方案并且不对权利要求的范围造成限制。说明书中的语言不应被解释为指示任何未要求保护的要素为必要的。
[0019]锂离子电池在电动车辆应用中遇到的主要挑战之一是显著增加能量密度。增加电极的面积活性材料负载量和增加它们的压实密度是帮助实现该目标的典型方法。然而，电解质对电极的润湿性和锂离子的迁移率随后可能受损，导致低劣的功率性能和有害的锂电镀，特别是在低温操作期间。
[0020]现在已经发现，化合物如(O)P(OSiR3)3和(O)P(OSiR3)3改善了电解质对高能量密度锂离子电池中的厚电极和致密电极的润湿性。不受理论的束缚，据信此类化合物通过其与使锂离子溶剂化的电解质溶剂分子的相互作用来改善电解质对电极的润湿性并促进锂离子在电池单元的阳极中的固体电解质界面(“SEI”)和阴极中的阴极电解质界面(“CEI”)处的去溶剂化。该化合物降低了电解质在电极的表面上的接触角，从而促进电解质在表面上的扩散。该化合物促进在电解质填充过程之后的开路电压(“OCV”)稳定。此外，该化合物减少锂离子电池中的锂电镀。
[0021]在第一方面，提供了一种电池单元，该电池单元包括包含阴极活性材料的阴极、包含阳极活性材料的阳极以及电解质。电解质包括非水极性溶剂、锂盐和(R3SiO)3P(O)、(R3SiO)3P或它们中的任何两种或更多种的混合物，其中R为C1至C4烷基。随着装填量(mg/cm2)和填充密度(g/cc)增加，存在的(R3SiO)3P(O)和/或(R3SiO)3P能够使得或促进致密电极被液体电解质润湿。与不含(R3SiO)3P(O)、(R3SiO)3P或它们中的任何两种或更多种的混合物的相同电池单元相比，总体效果提供了阴极和/或阳极的电导率的增加。在一个示例中，阴极活性材料在集电器的单侧上表现出10mg/cm2‑
30mg/cm2范围内的面密度和/或1.7mg/cm2‑
3.5mg/cm2范围内的压实密度(例如，在电极的压延或辊压之后)。在一些实施方案中，可
以提供具有至少15mg/cm2的面密度和/或至少2.1g/cm2的压实密度的阴极活性材料。在其他实施方案中，可以提供具有至少20mg/cm2的面密度和/或至少2.4g/cm2的压实密度的阴极活性材料。在另外的实施方案中，阳极活性材料在集电器的单侧上表现出5mg/cm2‑
20mg/cm2范围内的面密度和/或1.3mg/cm2‑
2.5mg/cm2范围内的压实密本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池单元，所述电池单元包括：包含阴极活性材料的阴极；包含阳极活性材料的阳极；以及包含非水极性溶剂、锂盐和(R3SiO)3P(O)、(R3SiO)3P或它们中的任何两种或更多种的混合物的电解质；其中：R为C1至C4烷基；所述阴极活性材料具有至少10mg/cm2的面密度和至少1.7g/cm2的压实密度；所述阳极活性材料具有至少5mg/cm2的面密度和至少1.3g/cm2的压实密度；并且与不含所述(R3SiO)3P(O)、所述(R3SiO)3P或它们中的任何两种或更多种的所述混合物的相同电池单元相比，所述阴极和/或阳极的电导率增加。2.根据权利要求1所述的电池单元，其中所述(R3SiO)3P(O)、所述(R3SiO)3P或它们中的任何两种或更多种的所述混合物以大于0重量％至约2重量％存在于所述电解质中。3.根据权利要求1所述的电池单元，其中R为甲基或乙基。4.根据权利要求1所述的电池单元，其中电导率的增加为大于0mS/cm至约1mS/cm。5.根据权利要求1所述的电池单元，其中所述阴极活性材料面密度为10mg/cm2‑
30mg/cm2，并且所述压实密度为1.7mg/cm2‑
3.5mg/cm2。6.根据权利要求1所述的电池单元，其中所述阳极活性材料面密度为5mg/cm2‑
20mg/cm2，并且所述压实密度为1.3mg/cm2‑
2.5mg/cm2。7.根据权利要求1所述的电池单元，其中所述阴极活性材料面密度为20mg/cm2‑
30mg/cm2，并且所述压实密度为2.2mg/cm2‑
3.5mg/cm2。8.根据权利要求1所述的电池单元，其中所述阳极活性材料面密度为8mg/cm2‑
20mg/cm2，并且所述压实密度为1.5mg/cm2‑
2.5mg/cm2。9.根据权利要求1所述的电池单元，其中所述非水极性溶剂包括碳酸酯。10.根据权利要求1所述的电池单元，其中所述锂盐包括高氯酸锂、六氟磷酸锂、双(氟磺酰基)亚胺锂、双(三氟磺酰基)亚胺锂或它们中的任何两种或更多种的混合物。11.根据权利要求1所述的电池单元，其中所述锂盐以大于0M至约0.5M存在于所述电解质中。12.根据权利要求1所述的电池单元，其中所述阴极活性材料包括LiM
1x
M
2(x
‑
1)
PO4、LiCoO2、Li(Ni
a
Mn
b
Co
c
)O2、Li(Ni
a
Co

【专利技术属性】
技术研发人员：孙丽元，J，
申请(专利权)人：瑞维安知识产权控股有限责任公司，
类型：发明
国别省市：