【技术实现步骤摘要】
本公开涉及用于循环锂离子的电化学电池的凝胶聚合物电解质、半固态电化学电池和用于循环锂离子的电化学电池的凝胶聚合物电解质。
技术介绍
1、本部分提供了与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。
2、需要先进的能量存储装置和系统来满足各种产品的能量和/或功率要求，包括汽车产品，例如启-停系统(例如，12v启-停系统)、电池组-辅助系统、混合动力电动车辆(“hev”)和电动车辆(“ev”)。典型的锂-离子电池组包括两个电极以及电解质组分和/或隔离件。两个电极中的一个可以用作正电极或阴极，而另一个电极可以用作负电极或阳极。锂离子电池组也可包括各种端子和封装材料。可再充电的锂-离子电池组通过在负电极与正电极之间可逆地来回传递锂离子来运行。例如，锂离子可在电池组充电期间从正电极移动到负电极，并且在电池组放电时以相反方向移动。隔离件和/或电解质可设置在负电极和正电极之间。电解质适于在电极之间传导锂离子，并且与两个电极类似，可以是固体形式、液体形式或固液混合形式。在包括设置在固态电极之间的固态电解质层的固态电池组的情况中，固态电解质物理地隔离固态电极，使得不需要不同的隔离件。
3、半固体电池组具有优于包括隔离件和液体电解质的电池组的优点。这些优点可以包括具有较低自放电的较长保存期、较简单的热管理、对包装的减少的需要、以及在较宽温度窗内操作的能力。例如，半固体电解质通常是非挥发性的和不易燃的，以便允许电池在更严酷的条件下循环而不经历电势降低或热失控，其在使用液体电解质的情况下可以潜在发生。然而，半固体或凝胶电解质通常不能
技术实现思路
1、本部分提供了本公开的一般概述，而不是其全部范围或其所有特征的全面公开。
2、本公开涉及一种循环锂离子的电化学电池，并且更具体地讲，涉及一种包括凝胶聚合物电解质的电化学电池及其制备和使用方法。
3、在各个方面，本公开为一种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可包括聚合物主体、液体电解质和大于或等于约0.1重量%至小于或等于约10重量%的环丁烯砜添加剂。
4、在一个方面，凝胶聚合物电解质可进一步包含大于或等于约0.1 重量%至小于或等于约5 重量%的碳酸亚乙酯添加剂。碳酸亚乙酯添加剂可选自：碳酸乙烯基亚乙酯(vec)、氟代碳酸亚乙酯(fec)、碳酸亚乙烯酯及其组合。
5、在一个方面，环丁烯砜添加剂可包括3-环丁烯砜(3-sf)或可由以下结构之一表示：
6、
7、其中r1、r2、r3和r4独立地选自氢、直链或支链的烷基、直链或支链的烯基、直链或支链的烷氧基、直链或支链的醚基、苯基、具有直链或支链的烷基的单取代苯基、具有直链或支链的烷基的二取代苯基、具有直链或支链的烷基的三取代苯基、硝基、氰基和卤素基团，或其组合。
8、在一个方面，凝胶聚合物电解质可包含大于0 重量%至小于或等于约40 重量%的聚合物主体。所述聚合物主体可选自：聚(丙烯酸) (paa)、聚偏二氟乙烯(pvdf)、聚(乙烯醇) (pva)、聚环氧乙烷(peo)、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(pvdf-hfp)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、羧甲基纤维素(cmc)、聚丙烯腈(pan)、聚乙烯基吡咯烷酮(pvp)及其组合。
9、在一个方面，液体电解质可具有大于或等于约1.2m的锂盐浓度。
10、在一个方面，液体电解质可包括第一锂盐和第二锂盐。第一锂盐可包含锂阳离子(li+)和选自以下的阴离子：双(三氟甲磺酰基)亚胺(tfsi)、三氟甲磺酸根(三氟甲磺酸根)、双(氟磺酰基)亚胺(fsi-)、环二氟甲烷-1,1-双(磺酰基)亚胺(dmsi)、双(全氟乙磺酰基)亚胺(beti)、环六氟丙烷-1,1-双(磺酰基)亚胺(hpsi)及其组合。第二锂盐可包括锂阳离子(li+)和选自以下的阴离子：四氟硼酸根、双(草酸)硼酸根(bob)、四氰基硼酸根(bison)、二氟(草酸根合)硼酸根(dfob)、双(氟丙二酸根合)硼酸根(bfmb)及其组合。
11、在一个方面，第一锂盐的浓度可大于或等于约0.6m至小于或等于约2.0m，并且第二锂盐的浓度可大于或等于约0.6m至小于或等于约2.0m。
12、在一个方面，液体电解质可进一步包括第三锂。第三锂盐不同于第二锂盐，并且可包含锂阳离子(li+)和选自以下的阴离子：双(草酸)硼酸根(bob)、四氟硼酸根、四氰基硼酸根(bison)、二氟(草酸根合)硼酸根(dfob)、双(氟丙二酸根合)硼酸根(bfmb)及其组合。
13、在一个方面，第三锂盐的浓度可大于或等于约0.05m至小于或等于约1.0m。
14、在各个方面，本公开提供了一种半固态电化学电池。所述半固态电化学电池可包括第一电极、第二电极、以及物理地隔离所述第一电极和所述第二电极的隔离层。第一电极可包括正电活性材料。第二电极可包括负电活性材料。隔离层可包括凝胶聚合物电解质，该凝胶聚合物电解质包括聚合物主体、液体电解质、大于或等于约0.1 重量%至小于或等于约10 重量%的环丁烯砜添加剂、以及大于或等于约0.1重量%至小于或等于约5重量%的碳酸亚乙酯添加剂。碳酸亚乙酯添加剂可选自：碳酸乙烯基亚乙酯(vec)、氟代碳酸亚乙酯(fec)、碳酸亚乙烯酯及其组合。
15、在一个方面，半固态电化学电池可包括在第二电极与隔离层之间的界面处的固态电解质界面(sei)层。固态电解质界面(sei)层可具有大于或等于约10 nm至小于或等于约50 nm的平均厚度。固态电解质界面(sei)层可覆盖大于或等于约95%的第二电极的表面。
16、在一个方面，环丁烯砜添加剂可包括3-环丁烯砜(3-sf)或可由以下结构之一表示：
17、
18、其中r1、r2、r3和r4独立地选自氢、直链或支链的烷基、直链或支链的烯基、直链或支链的烷氧基、直链或支链的醚基、苯基、具有直链或支链的烷基的单取代苯基、具有直链或支链的烷基的二取代苯基、具有直链或支链的烷基的三取代苯基、硝基、氰基和卤素基团，或其组合。
19、在一个方面，液体电解质可包括第一锂盐、第二锂盐和第三锂盐。第二锂盐可不同于第一锂盐，并且第三锂盐可不同于第一锂盐和第二锂盐。第一锂盐可包含锂阳离子(li+)和选自以下的阴离子：双(三氟甲磺酰基)亚胺(tfsi)、三氟甲磺酸根(三氟甲磺酸根)、双(氟磺酰基)亚胺(fsi-)、环二氟甲烷-1,1-双(磺酰基)亚胺(dmsi)、双(全氟乙磺酰基)亚胺(beti)、环六氟丙烷-1,1-双(磺酰基)亚胺(hpsi)及其组合。第二锂盐可包括锂阳离子(li+)和选自以下的阴离子：四氟硼酸根、双(草酸)硼酸根(bob)、四氰基硼酸根(bison)、二氟(草酸根合)硼酸根(d本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种半固态电化学电池，包括：
2.根据权利要求1所述的半固态电化学电池，其中所述隔离层还包含：
3.根据权利要求1所述的半固态电化学电池，进一步包含：
4.根据权利要求1所述的半固态电化学电池，其中环丁烯砜添加剂包括3-环丁烯砜(3-SF)或由以下结构之一表示：
5.根据权利要求1所述的半固态电化学电池，其中所述液体电解质包含：
6.根据权利要求5所述的半固态电化学电池，其中所述第一锂盐的浓度大于或等于约0.6M至小于或等于约2.0M，所述第二锂盐的浓度大于或等于约0.6M至小于或等于约2.0M，并且所述第三锂盐的浓度大于或等于约0.05M至小于或等于约1.0M。
7.根据权利要求1所述的半固态电化学电池，其中所述凝胶聚合物电解质是第一凝胶聚合物电解质，所述第一电极还包括第二凝胶聚合物电解质，并且所述第二电极还包括第三凝胶聚合物电解质。
8.根据权利要求7所述的半固态电化学电池，其中所述第一电极还包括第一多个固态电解质颗粒，并且所述第二电极还包括第二多个固态电解质颗粒。
9.根据权
10.根据权利要求1所述的半固态电化学电池，其中所述隔离层还包括微孔聚合物隔离件，所述微孔聚合物隔离件具有大于或等于约5体积%至小于或等于约100体积%的孔隙率。
...【技术特征摘要】
1.一种半固态电化学电池，包括：
2.根据权利要求1所述的半固态电化学电池，其中所述隔离层还包含：
3.根据权利要求1所述的半固态电化学电池，进一步包含：
4.根据权利要求1所述的半固态电化学电池，其中环丁烯砜添加剂包括3-环丁烯砜(3-sf)或由以下结构之一表示：
5.根据权利要求1所述的半固态电化学电池，其中所述液体电解质包含：
6.根据权利要求5所述的半固态电化学电池，其中所述第一锂盐的浓度大于或等于约0.6m至小于或等于约2.0m，所述第二锂盐的浓度大于或等于约0.6m至小于或等于约2.0m，并且所述第三锂盐的浓度大于或等于约0.05m至小于或等于...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏启立，李喆，刘海晶，邢丽丹，全丽娇，
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：
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