CN116565305A - 聚合物共混物凝胶电解质 - Google Patents

聚合物共混物凝胶电解质 Download PDF

Info

Publication number
CN116565305A
CN116565305A CN202210113581.4A CN202210113581A CN116565305A CN 116565305 A CN116565305 A CN 116565305A CN 202210113581 A CN202210113581 A CN 202210113581A CN 116565305 A CN116565305 A CN 116565305A
Authority
CN
China
Prior art keywords
equal
lithium
gel electrolyte
less
polymer gel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210113581.4A
Other languages
English (en)
Inventor
B·R·弗里伯格
李喆
陆涌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GM Global Technology Operations LLC filed Critical GM Global Technology Operations LLC
Priority to CN202210113581.4A priority Critical patent/CN116565305A/zh
Priority to DE102022118606.7A priority patent/DE102022118606A1/de
Priority to US17/884,335 priority patent/US20230282881A1/en
Publication of CN116565305A publication Critical patent/CN116565305A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0565—Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0568—Liquid materials characterised by the solutes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0569—Liquid materials characterised by the solvents
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/46—Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0082—Organic polymers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本公开涉及聚合物共混物凝胶电解质。提供了一种用于循环锂离子的电化学电池的聚合物凝胶电解质。所述聚合物凝胶电解质包含聚合物共混物，所述聚合物共混物包含聚偏二氟乙烯‑六氟丙烯(PVDF‑HFP)和聚偏二氟乙烯(PVDF)，其中在聚合物共混物中PVDF‑HFP与PVDF的质量比大于或等于约1.5:1至小于或等于约19:1。此外，包含一种或多种增塑剂。

Description

聚合物共混物凝胶电解质
技术领域
本公开涉及一种用于循环锂离子的电化学电池的聚合物凝胶电解质、一种具有改善的容量保持率的循环锂离子的电化学电池和一种在循环锂离子的电化学电池的组件中形成聚合物凝胶电解质的方法。
背景技术
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。
本公开涉及用于锂离子电化学电池和电池组的具有增强的电化学性能的聚合物凝胶电解质。
电化学能量存储装置，例如锂离子电池组，可以用于各种产品，包括汽车产品，例如启停***(例如12V启停***)、电池组辅助***(“μBAS”)、混合动力电动车辆(“HEVs”)和电动车辆(“EVs”)。半固体和固态电池组具有优于包括液体电解质的电池组的优点，包括具有较低自放电的较长保存期限、较简单的热管理、对封装的减少的需要、以及在较宽温度窗内操作的能力。例如，半固体电解质和/或固态电解质通常是非挥发性的和不易燃的，并且因此允许电池在更严酷的条件下循环而不经历电位降低或热失控，其在使用液体电解质时可以潜在地发生。此外，这种固态电池组倾向于具有较长的保存期限，具有较低的自放电、较简单的热管理、对封装的减少的需要、以及在较宽的温度窗内操作的能力。
然而，固态电池组通常经历相对低的功率容量（capability）。例如，这种低功率容量可能是固态电极内和/或电极处的界面电阻以及由固态活性颗粒和/或固态电解质颗粒之间的有限接触或空隙空间引起的固态电解质层界面电阻的结果。因此，将期望开发高性能固态电池组材料和方法，其改善固态活性颗粒和/或固态电解质颗粒之间的接触和/或相互作用(例如，微界面)、固态电极和固态电解质层之间的接触和/或相互作用(例如，大界面)和/或减轻固态电池组内的空隙空间的影响。
此外，当在冷的温度下启动发动机时，所有的电池组都遭受减少的功率产生，其通常被称为冷启动安培(CCA)。例如，CCA评级（CCA rating）是指12伏电池组在保持至少7.2伏电压的同时在0°F下30秒可以输送的电流或安培数。因此，CCA评级越高，在低温时产生的电池组功率越大。因此，将期望开发高性能固态和/或半固体电池组设计及其制造方法，该电池组设计可以消除对使用液体电解质的需要，该液体电解质改善功率容量以及能量密度，尤其是在冷启动温度下。
发明内容
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。
本公开涉及一种用于循环锂离子的电化学电池的聚合物凝胶电解质。在一个方面，聚合物凝胶电解质包括聚合物共混物，该聚合物共混物包括聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)和聚偏二氟乙烯(PVDF)。在聚合物共混物中PVDF-HFP与PVDF的质量比可大于或等于约1.5:1至小于或等于约19:1。聚合物凝胶电解质还包括一种或多种增塑剂，其选自：碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸乙基甲基酯(EMC)、碳酸亚丙基酯(PC)、γ-丁内酯(GBL)、二乙二醇二甲醚(二甘醇二甲醚)、三乙二醇二甲醚(三甘醇二甲醚)、四乙二醇二甲醚(四甘醇二甲醚)、磷酸三乙酯(TEP)、1-丁基-3-甲基咪唑鎓-双(三氟甲磺酰)亚胺盐(BMIM-TFSI)、1-乙基-3-甲基咪唑鎓-双(三氟甲磺酰)亚胺盐(EMI-TFSI)、烷基吡咯烷鎓双(三氟甲磺酰)亚胺盐(PY-TFSI)、哌啶鎓双(三氟甲磺酰)亚胺盐(PP-TFSI)、N-烷基-N-丁基吡咯烷鎓双(三氟甲磺酰)亚胺盐(PYRA-TFSI)及其组合。聚合物凝胶电解质还包括一种或多种锂盐。
在一个方面，一种或多种锂盐独立地选自：双(三氟甲磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟磷酸锂(LiPF6)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、双(三氟甲磺酰)亚胺锂(LiTF)、双(氟磺酰)亚胺锂(LiN(FSO2)2) (LiSFI)、双(三氟甲磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、双(草酸根合)硼酸锂(LiBOB)及其组合。
在一个方面，聚合物凝胶电解质包含大于或等于约2重量%至小于或等于约40重量%的聚合物共混物，大于或等于约30重量%至小于或等于约95重量%的总量的一种或多种增塑剂，和大于或等于约3重量%至小于或等于约40重量%的总量的一种或多种锂盐。
在一个方面，聚合物凝胶电解质包含大于或等于约1.9重量%至小于或等于约37.5重量%的PVDF-HFP以及大于或等于约0.1重量%至小于或等于约25重量%的PVDF。
在一个方面，聚合物凝胶电解质包含大于或等于约4重量%至小于或等于约6重量%的聚合物共混物、大于或等于约74重量%至小于或等于约83重量%的一种或多种增塑剂、以及大于或等于约12重量%至小于或等于约21重量%的一种或多种锂盐。
在再一个方面，聚合物凝胶电解质包含大于或等于约28重量%至小于或等于约34重量%的碳酸亚乙酯(EC)，大于或等于约43重量%至小于或等于约51重量%的γ-丁内酯(GBL)，和任选地大于或等于约2重量%至小于或等于约3重量%的碳酸乙烯亚乙酯(VEC)。
在一个方面，一种或多种增塑剂选自：碳酸亚乙酯(EC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、γ-丁内酯(GBL)及其组合。
在一个方面，一种或多种增塑剂包含质量比为约1:1.5的碳酸亚乙酯(EC)和γ-丁内酯(GBL)。
在一个方面，PVDF-HFP与PVDF的质量比是约3:1。
在一个方面，聚合物凝胶电解质包含大于或等于约3重量%至小于或等于约7重量%的聚合物共混物，PVDF-HFP与PVDF的质量比为约3:1。聚合物凝胶电解质还包含大于或等于约74重量%至小于或等于约84重量%的一种或多种增塑剂。所述一种或多种增塑剂包括碳酸亚乙酯(EC)、γ-丁内酯(GBL)和任选的碳酸乙烯亚乙酯(VEC)，以及大于或等于约11重量%至小于或等于约21重量%的一种或多种锂盐。所述一种或多种锂盐包括双(三氟甲磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、四氟硼酸锂(LiBF4)和双(草酸根合)硼酸锂(LiBOB)。
本公开还涉及一种具有改善的容量保持率的循环锂离子的电化学电池。在一个方面，电化学电池包括包含正极电活性材料的正电极、包含负极电活性材料的负电极、设置在正电极和负电极之间的多孔中间层。电化学电池还包括聚合物凝胶电解质，该聚合物凝胶电解质包括聚合物共混物，该聚合物共混物包括聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)和聚偏二氟乙烯(PVDF)。在聚合物共混物中PVDF-HFP与PVDF的质量比是大于或等于约1.5:1至小于或等于约19:1。一种或多种增塑剂可存在于聚合物凝胶电解质中，并且选自：碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸乙基甲基酯(EMC)、碳酸亚丙基酯(PC)、γ-丁内酯(GBL)、二乙二醇二甲醚(二甘醇二甲醚)、三乙二醇二甲醚(三甘醇二甲醚)、四乙二醇二甲醚(四甘醇二甲醚)、磷酸三乙酯(TEP)、1-丁基-3-甲基咪唑鎓-双(三氟甲磺酰)亚胺盐(BMIM-TFSI)、1-乙基-3-甲基咪唑鎓-双(三氟甲磺酰)亚胺盐(EMI-TFSI)、烷基吡咯烷鎓双(三氟甲磺酰)亚胺盐(PY-TFSI)、哌啶鎓双(三氟甲磺酰)亚胺盐(PP-TFSI)、N-烷基-N-丁基吡咯烷鎓双(三氟甲磺酰)亚胺盐(PYRA-TFSI)及其组合。聚合物凝胶电解质还可包含一种或多种选自以下的锂盐：双(三氟甲磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟磷酸锂(LiPF6)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、双(三氟甲磺酰)亚胺锂(LiTF)、双(氟磺酰)亚胺锂(LiN(FSO2)2) (LiSFI)、双(三氟甲磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、双(草酸根合)硼酸锂(LiBOB)及其组合。
在一个方面，聚合物凝胶电解质包含在以下一个或多个中：
a)设置在正电极的表面上或正电极的孔内；
b)设置在负电极的表面上或负电极的孔内；
c)设置在多孔中间层的表面上或多孔中间层的孔内；或
d)作为涂层设置在固态颗粒的表面上。
在一个方面，聚合物凝胶电解质(a)设置在正电极的表面上或正电极的孔内。正电极包括选自以下的正极电活性材料：岩盐层状氧化物、尖晶石、聚阴离子阴极、锂-过渡金属氧化物、锂-硅合金化化合物、锂-锡合金化化合物、锂金属、锂合金、锂化的金属氧化物/硫化物、硫化锂、硫、及其组合。
在一个方面，聚合物凝胶电解质(b)设置在负电极的表面上或负电极的孔内。负电极包括选自以下的负极电活性材料：含碳材料、锂-硅合金化化合物、锂-锡合金化化合物、锂-钛酸盐氧化物、锂金属、锂合金及其组合。
在一个方面，聚合物凝胶电解质(c)设置在多孔中间层的表面上或多孔中间层的孔内。多孔中间层是以下之一：隔离件、包括聚合物纤维和/或玻璃纤维中的至少一种的非织造隔离件垫（mat）、包括聚烯烃的多孔聚合物隔离件膜、固态电解质中间层或自立式凝胶聚合物膜。
在一个方面，电化学电池还包括固态电解质颗粒。聚合物凝胶电解质可(d)作为涂层设置在固态电解质颗粒的表面上。
在一个方面，电化学电池还包括陶瓷颗粒。聚合物凝胶电解质可(d)作为涂层设置在陶瓷颗粒的表面上。
本公开还涉及一种在循环锂离子的电化学电池的组件中形成聚合物凝胶电解质的方法。该方法可包括将聚合物凝胶电解质的液体前体引入(i)待并入电化学电池中的组件的多孔组件的孔内；(ii)待并入电化学电池的组件中的颗粒上；或(i)和(ii)两者。液体前体包括：一种聚合物共混物，其包括聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)和聚偏二氟乙烯(PVDF)。在聚合物共混物中PVDF-HFP与PVDF的质量比大于或等于约1.5:1至小于或等于约19:1。液体前体还包含增塑剂，所述增塑剂选自：碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸乙基甲基酯(EMC)、碳酸亚丙基酯(PC)、γ-丁内酯(GBL)、二乙二醇二甲醚(二甘醇二甲醚)、三乙二醇二甲醚(三甘醇二甲醚)、四乙二醇二甲醚(四甘醇二甲醚)、磷酸三乙酯(TEP)、1-丁基-3-甲基咪唑鎓-双(三氟甲磺酰)亚胺盐(BMIM-TFSI)、1-乙基-3-甲基咪唑鎓-双(三氟甲磺酰)亚胺盐(EMI-TFSI)、烷基吡咯烷鎓双(三氟甲磺酰)亚胺盐(PY-TFSI)、哌啶鎓双(三氟甲磺酰)亚胺盐(PP-TFSI)、N-烷基-N-丁基吡咯烷鎓双(三氟甲磺酰)亚胺盐(PYRA-TFSI)及其组合。液体前体还包括锂盐和挥发性载体。方法还包括除去挥发性载体以形成设置在组件的至少一部分孔中或在颗粒上限定涂层的聚合物凝胶电解质。
在一个方面，将液体前体引入以下一个或多个中：
a)设置在正电极的表面上；
b)设置在正电极的孔内；
c)设置在负电极的表面上；
d)设置在负电极的孔内；
e)设置在隔离件的表面上；或
f)设置在隔离件的孔内。
在一个方面，聚合物凝胶电解质包含大于或等于约3重量%至小于或等于约7重量%的聚合物共混物。PVDF-HFP与PVDF的质量比为约3:1。聚合物凝胶电解质可具有大于或等于约74重量%至小于或等于约84重量%的一种或多种增塑剂。所述一种或多种增塑剂包括碳酸亚乙酯(EC)、γ-丁内酯(GBL)和任选的碳酸乙烯亚乙酯(VEC)。聚合物凝胶电解质还包含大于或等于约11重量%至小于或等于约21重量%的锂盐。一种或多种所述锂盐包括双(三氟甲磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、四氟硼酸锂(LiBF4)和双(草酸根合)硼酸锂(LiBOB)。
本发明公开了以下实施方案：
1 一种用于循环锂离子的电化学电池的聚合物凝胶电解质，所述聚合物凝胶电解质包含：
一种聚合物共混物，包含聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)和聚偏二氟乙烯(PVDF)，其中在聚合物共混物中PVDF-HFP与PVDF的质量比是大于或等于约1.5:1至小于或等于约19:1；
一种或多种增塑剂，所述增塑剂选自：碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸乙基甲基酯(EMC)、碳酸亚丙基酯(PC)、γ-丁内酯(GBL)、二乙二醇二甲醚(二甘醇二甲醚)、三乙二醇二甲醚(三甘醇二甲醚)、四乙二醇二甲醚(四甘醇二甲醚)、磷酸三乙酯(TEP)、1-丁基-3-甲基咪唑鎓-双(三氟甲磺酰)亚胺盐(BMIM-TFSI)、1-乙基-3-甲基咪唑鎓-双(三氟甲磺酰)亚胺盐(EMI-TFSI)、烷基吡咯烷鎓双(三氟甲磺酰)亚胺盐(PY-TFSI)、哌啶鎓双(三氟甲磺酰)亚胺盐(PP-TFSI)、N-烷基-N-丁基吡咯烷鎓双(三氟甲磺酰)亚胺盐(PYRA-TFSI)及其组合；以及
一种或多种锂盐。
2 根据实施方案1所述的聚合物凝胶电解质，其中所述一种或多种锂盐独立地选自：双(三氟甲磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟磷酸锂(LiPF6)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、双(三氟甲磺酰)亚胺锂(LiTF)、双(氟磺酰)亚胺锂(LiN(FSO2)2) (LiSFI)、双(三氟甲磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、双(草酸根合)硼酸锂(LiBOB)及其组合。
3 根据实施方案1所述的聚合物凝胶电解质，其中所述聚合物凝胶电解质包含大于或等于约2重量%至小于或等于约40重量%的聚合物共混物、大于或等于约30重量%至小于或等于约95重量%的总量的一种或多种增塑剂、以及大于或等于约3重量%至小于或等于约40重量%的总量的一种或多种锂盐。
4 根据实施方案1所述的聚合物凝胶电解质，其中所述聚合物凝胶电解质包含大于或等于约1.9重量%至小于或等于约37.5重量%的PVDF-HFP和大于或等于约0.1重量%至小于或等于约25重量%的PVDF。
5 根据实施方案1所述的聚合物凝胶电解质，其中所述聚合物凝胶电解质包含大于或等于约4重量%至小于或等于约6重量%的聚合物共混物、大于或等于约74重量%至小于或等于约83重量%的一种或多种增塑剂、以及大于或等于约12重量%至小于或等于约21重量%的一种或多种锂盐。
6 根据实施方案5所述的聚合物凝胶电解质，其中聚合物凝胶电解质包含大于或等于约28重量%至小于或等于约34重量%的碳酸亚乙酯(EC)，大于或等于约43重量%至小于或等于约51重量%的γ-丁内酯(GBL)，和任选地大于或等于约2重量%至小于或等于约3重量%的碳酸乙烯亚乙酯(VEC)。
7 根据实施方案1所述的聚合物凝胶电解质，其中所述一种或多种增塑剂选自：碳酸亚乙酯(EC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、γ-丁内酯(GBL)及其组合。
8 根据实施方案1所述的聚合物凝胶电解质，其中所述一种或多种增塑剂包含质量比为约1:1.5的碳酸亚乙酯(EC)和γ-丁内酯(GBL)。
9 根据实施方案1所述的聚合物凝胶电解质，其中PVDF-HFP与PVDF的质量比为约3:1。
10 根据实施方案1的聚合物凝胶电解质，其中聚合物凝胶电解质包含大于或等于约3重量%至小于或等于约7重量%的聚合物共混物，其中PVDF-HFP与PVDF的质量比为约3:1，大于或等于约74重量%至小于或等于约84重量%的一种或多种增塑剂，其中一种或多种增塑剂包含碳酸亚乙酯(EC)、γ-丁内酯(GBL)和任选的碳酸乙烯亚乙酯(VEC)，和大于或等于约11重量%至小于或等于约21重量%的一种或多种锂盐，其中一种或多种锂盐包含双(三氟甲磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、四氟硼酸锂(LiBF4)和双(草酸根合)硼酸锂(LiBOB)。
11 一种具有改善的容量保持率的循环锂离子的电化学电池，所述电池包括：
包含正极电活性材料的正电极；
包含负极电活性材料的负电极；
多孔中间层，设置在正电极和负电极之间；以及
一种聚合物凝胶电解质，包含：
一种聚合物共混物，包含聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)和聚偏二氟乙烯(PVDF)，其中在聚合物共混物中PVDF-HFP与PVDF的质量比是大于或等于约1.5:1至小于或等于约19:1；
一种或多种增塑剂，其选自：碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸乙基甲基酯(EMC)、碳酸亚丙基酯(PC)、γ-丁内酯(GBL)、二乙二醇二甲醚(二甘醇二甲醚)、三乙二醇二甲醚(三甘醇二甲醚)、四乙二醇二甲醚(四甘醇二甲醚)、磷酸三乙酯(TEP)、1-丁基-3-甲基咪唑鎓-双(三氟甲磺酰)亚胺盐(BMIM-TFSI)、1-乙基-3-甲基咪唑鎓-双(三氟甲磺酰)亚胺盐(EMI-TFSI)、烷基吡咯烷鎓双(三氟甲磺酰)亚胺盐(PY-TFSI)、哌啶鎓双(三氟甲磺酰)亚胺盐(PP-TFSI)、N-烷基-N-丁基吡咯烷鎓双(三氟甲磺酰)亚胺盐(PYRA-TFSI)及其组合；以及
一种或多种锂盐，其选自：双(三氟甲磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟磷酸锂(LiPF6)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、双(三氟甲磺酰)亚胺锂(LiTF)、双(氟磺酰)亚胺锂(LiN(FSO2)2) (LiSFI)、双(三氟甲磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、双(草酸根合)硼酸锂(LiBOB)及其组合。
12 根据实施方案11所述的电化学电池，其中所述聚合物凝胶电解质包括在以下一个或多个中：
e)设置在正电极的表面上或正电极的孔内；
f)设置在负电极的表面上或负电极的孔内；
g)设置在多孔中间层的表面上或多孔中间层的孔内；或
h)作为涂层设置在固态颗粒的表面上。
13 根据实施方案11所述的电化学电池，其中所述聚合物凝胶电解质(a)设置在正电极的表面上或正电极的孔内，其中所述正电极包含选自以下的正极电活性材料：岩盐层状氧化物、尖晶石、聚阴离子阴极、锂-过渡金属氧化物、锂-硅合金化化合物、锂-锡合金化化合物、锂金属、锂合金、锂化的金属氧化物/硫化物、硫化锂、硫、及其组合。
14 根据实施方案11所述的电化学电池，其中所述聚合物凝胶电解质(b)设置在所述负电极的表面上或孔内，其中所述负电极包含选自以下的负极电活性材料：含碳材料、锂-硅合金化化合物、锂-锡合金化化合物、锂-钛酸盐氧化物、锂金属、锂合金及其组合。
15 根据实施方案11所述的电化学电池，其中所述聚合物凝胶电解质(c)设置在多孔中间层的表面上或多孔中间层的孔内，其中所述多孔中间层是以下之一：隔离件、包含聚合物纤维和/或玻璃纤维中的至少一种的非织造隔离件毡、包含聚烯烃的多孔聚合物隔离件膜、固态电解质中间层或自立式凝胶聚合物膜。
16 根据实施方案11所述的电化学电池，其还包含固态电解质颗粒，其中所述聚合物凝胶电解质(d)作为涂层设置在固态电解质颗粒的表面上。
17 根据实施方案11所述的电化学电池，其还包含陶瓷颗粒，其中所述聚合物凝胶电解质(d)作为涂层设置在陶瓷颗粒的表面上。
18 一种在循环锂离子的电化学电池的组件中形成聚合物凝胶电解质的方法，所述方法包括：
将聚合物凝胶电解质的液体前体引入(i)待并入电化学电池中的组件的多孔组件的孔中；(ii)待并入电化学电池的组件中的颗粒上；或(i)和(ii)两者；其中所述液体前体包含：
一种聚合物共混物，包含聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)和聚偏二氟乙烯(PVDF)，其中在聚合物共混物中PVDF-HFP与PVDF的质量比是大于或等于约1.5:1至小于或等于约19:1；
增塑剂，其选自：碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸乙基甲基酯(EMC)、碳酸亚丙基酯(PC)、γ-丁内酯(GBL)、二乙二醇二甲醚(二甘醇二甲醚)、三乙二醇二甲醚(三甘醇二甲醚)、四乙二醇二甲醚(四甘醇二甲醚)、磷酸三乙酯(TEP)、1-丁基-3-甲基咪唑鎓-双(三氟甲磺酰)亚胺盐(BMIM-TFSI)、1-乙基-3-甲基咪唑鎓-双(三氟甲磺酰)亚胺盐(EMI-TFSI)、烷基吡咯烷鎓双(三氟甲磺酰)亚胺盐(PY-TFSI)、哌啶鎓双(三氟甲磺酰)亚胺盐(PP-TFSI)、N-烷基-N-丁基吡咯烷鎓双(三氟甲磺酰)亚胺盐(PYRA-TFSI)及其组合；
锂盐，和
挥发性载体；以及
除去所述挥发性载体以形成设置在所述组件的至少一部分孔中或在所述颗粒上限定涂层的聚合物凝胶电解质。
19 根据实施方案18所述的方法，其中将所述液体前体引入以下一个或多个中：
g)设置在正电极的表面上；
h)设置在正电极的孔内；
i)设置在负电极的表面上；
j)设置在负电极的孔内；
k)设置在隔离件的表面上；或
l)设置在隔离件的孔内。
20 根据实施方案18所述的方法，其中所述聚合物凝胶电解质包含大于或等于约3重量%至小于或等于约7重量%的聚合物共混物，其中PVDF-HFP与PVDF的质量比为约3:1，大于或等于约74重量%至小于或等于约84重量%的一种或多种增塑剂，其中所述一种或多种增塑剂包含碳酸亚乙酯(EC)、γ-丁内酯(GBL)和任选的碳酸乙烯亚乙酯(VEC)，和大于或等于约11重量%至小于或等于约21重量%的锂盐，其中一种或多种所述锂盐包含双(三氟甲磺酰)亚胺(LiTFSI)、四氟硼酸锂(LiBF4)和双(草酸根合)硼酸锂(LiBOB)。
从本文提供的描述中，进一步的应用领域将变得显而易见。本发明内容中的描述和具体实例仅意在用于说明的目的，而不意在限制本公开的范围。
附图说明
本文描述的附图仅用于举例说明所选实施方案而非所有可能实施方式的目的，并且不旨在限制本公开的范围。
图1是用于循环锂离子的电化学电池组电池的简化示意图。
图2是示出图1的电化学电池组电池中的组件的附加细节的截面图。
图3示出了形成根据本公开的某些方面的用于循环锂离子的电化学电池的具有凝胶聚合物电解质的电极的方法。
图4示出了根据本公开的某些方面在用于循环锂离子的电化学电池的固体颗粒上形成凝胶聚合物电解质涂层的方法。
图5示出了对三个纽扣测试电池在室温(例如，25℃)下以1C倍率充电时在不同放电倍率(1库仑(C)、2C、5C、10C)下的放电倍率性能进行比较的图表。更具体地说，图5示出了对在这些放电倍率下具有三种不同聚合物凝胶电解质的纽扣测试电池的容量保持率(%)vs.循环数的比较。
图6示出了比较具有三种不同聚合物凝胶电解质的纽扣测试电池的冷启动能力以显示在-18℃下的电压(V)vs.容量保持率(%)的图表。
图7示出了比较具有三种不同聚合物凝胶电解质的纽扣测试电池的高温性能的图表。更具体地说，图7显示了容量保持率(%)vs.循环。
在附图的几个视图中，相应的附图标记表示相应的组件。
具体实施方式
提供示例性实施方案从而使得本公开将为完全的，并使本公开将向本领域技术人员充分传达范围。阐述了许多具体细节，例如具体组成、组件、装置和方法的实例，以提供对本公开的实施方案的充分理解。对本领域技术人员将显而易见的是，不需要采用具体细节，示例性实施方案可以以许多不同的形式表现，并且它们都不应被解释为限制本公开的范围。在一些示例性实施方案中，没有详细描述公知的方法、公知的设备结构和公知的技术。
本文中所用的术语仅为了描述特定的示例性实施方案，并且无意作为限制。除非上下文清楚地另行指明，如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”可旨在也包括复数形式。术语“包含”、“包括”、“涵盖”和“具有”是可兼的，并且因此指定了所述特征、元件、组合物、步骤、整数、操作和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或加入。尽管开放式术语“包括”应被理解为用于描述和要求保护本文中所述的各种实施方案的非限制性术语，但在某些方面，该术语或可被理解成替代性地为更具限制性和局限性的术语，如“由……组成”或“基本由……组成”。由此，对叙述组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤的任意给定实施方案，本公开还具体包括由或基本由此类所叙述组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤组成的实施方案。在“由……组成”的情况下，替代实施方案排除任何附加的组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤，而在“基本由……组成”的情况下，从此类实施方案中排除了实质上影响基本和新颖特性的任何附加的组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤，但是不在实质上影响基本和新颖特性的任何组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤可以包括在实施方案中。
本文中描述的任何方法步骤、工艺和操作不应解释为必定要求它们以所论述或举例说明的特定次序执行，除非明确确定以一履行次序的形式进行。还要理解的是，除非另行说明，可采用附加或替代的步骤。
当组件、元件或层被提到在另一元件或层“上”，“啮合”、“连接”或“耦合”到另一元件或层上时，其可直接在另一组件、元件或层上，啮合、连接或耦合到另一组件、元件或层上，或可存在居间元件或层。相较之下，当元件被提到直接在另一元件或层上，“直接啮合”、“直接连接”或“直接耦合”到另一元件或层上时，可不存在居间元件或层。用于描述元件之间关系的其它词语应以类似方式解释(例如“在…之间”相对“直接在…之间”，“相邻”相对“直接相邻”等)。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关罗列项的任何和所有组合。
尽管术语第一、第二、第三等在本文中可用于描述各种步骤、元件、组件、区域、层和/或区段，但除非另行说明，这些步骤、元件、组件、区域、层和/或区段不应受这些术语限制。这些术语可仅用于将一个步骤、元件、组件、区域、层或区段与另一步骤、元件、组件、区域、层或区段进行区分。除非上下文清楚表明，术语如“第一”、“第二”和其它数值术语在本文中使用时并不暗示次序或顺序。因此，下文论述的第一步骤、元件、组件、区域、层或区段可以被称作第二步骤、元件、组件、区域、层或区段而不背离示例性实施方案的教导。
为了易于描述，在本文中可使用空间或时间上相对的术语，如“之前”、“之后”、“内”、“外”、“下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等描述如附图中所示的一个元件或特征与其它(一个或多个)元件或(一个或多个)特征的关系。空间或时间上相对的术语可旨在涵盖装置或***在使用或操作中在附图中所示的取向之外的不同取向。
在本公开通篇中，数值代表近似测量值或范围界限以涵盖与给定值的轻微偏差和大致具有所提及值的实施方案以及确切具有所提及值的实施方案。除了在详细描述最后提供的工作实例中之外，本说明书(包括所附权利要求)中的(例如量或条件)参数的所有数值应被理解为在所有情况中被术语“大约”修饰，无论在该数值前是否实际出现“大约”。“大约”是指所述数值允许一定的轻微不精确(在一定程度上接近该值的精确值；大致或合理地近似该值；几乎是)。如果在本领域中不以这种普通含义另行理解由“大约”提供的不精确性，那么本文所用的“大约”是指可由测量和使用此类参数的普通方法造成的至少偏差。例如，“大约”可包括小于或等于5%、任选小于或等于4%、任选小于或等于3%、任选小于或等于2%、任选小于或等于1%、任选小于或等于0.5%，和在某些方面任选小于或等于0.1%的偏差。
此外，范围的公开包括对在整个范围内的所有值和进一步细分范围的公开，包括对端点和在范围内或对范围所给出的子范围的公开。
现在将参照附图更充分地描述示例性实施方案。
本公开提供了聚合物凝胶电解质和制备此类聚合物凝胶电解质的方法。由于接触电阻降低，并入这种聚合物凝胶电解质的电化学电池表现出优于固体电解质颗粒的改进的电化学性能。如上所述，使用固体电解质颗粒的固态电池通常在颗粒-颗粒界面处遭受高接触电阻。这种接触电阻最终限制了实现快速充电和功率应用所需的倍率性能（capability）。目前可用的凝胶电解质似乎不能提供足够的低温启动性能和非流动半固体二者，而是替代性地需要一定量的流动液体电解质来实现足够的性能。如上所述，电化学电池中存在可流动液体电解质造成其自身的挑战，包括潜在的泄漏和降低的热稳定性。本公开设想了一种新的凝胶电解质组合物，其可以提供用于锂离子电池组的一种或多种电化学电池，所述凝胶电解质组合物是不流动/无流动液体电解质，但进一步实现期望的电化学性能，包括由期望的冷启动安培(CCA)所表现出的冷启动性能。
根据本公开提供的聚合物凝胶电解质组合物包括聚合物的共混物、至少一种液体增塑剂和至少一种锂盐。当并入电化学电池中时，聚合物的特定共混物可以协同地改善电化学性能，使其优于单独的任一聚合物组分。作为非限制性实例，聚合物凝胶电解质可直接嵌入电化学电池/电池组的多孔组件内，例如嵌入电极内或在电极上，以涂层的形式与固体颗粒组合使用，或注入传统多孔隔离件中。
在各个方面，用于循环锂离子的电化学电池的聚合物凝胶电解质包括聚合物的共混物，所述共混物充当包含锂盐的电解质的聚合物主体。特别地，聚合物共混物包括聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)和聚偏二氟乙烯(PVDF)。聚合物凝胶电解质包括至少一种锂盐，并且在某些方面包括不同锂盐的组合。聚合物凝胶电解质还具有至少一种增塑剂，并且在某些方面，具有不同增塑剂的组合。
在聚合物共混物中聚合物共混物具有PVDF-HFP与PVDF的质量比大于或等于约1.5:1至小于或等于约19:1，任选大于或等于约2:1至小于或等于约17:1，任选大于或等于约2:1至小于或等于约15:1，任选大于或等于约2:1至小于或等于约10:1，任选大于或等于约2:1至小于或等于约9:1，任选大于或等于约2:1至小于或等于约8:1，任选大于或等于约2:1至小于或等于约7:1，任选大于或等于约2:1至小于或等于约6:1，任选大于或等于约2:1至小于或等于约5:1，任选大于或等于约2.5:1至小于或等于约4:1，任选大于或等于约2.5:1至约小于或等于4.5:1，并且在某些方面，约3:1在聚合物共混物中。
在某些方面，一种或多种增塑剂选自：碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸乙基甲基酯(EMC)、碳酸亚丙基酯(PC)、γ-丁内酯(GBL)、二乙二醇二甲醚(二甘醇二甲醚)、三乙二醇二甲醚(三甘醇二甲醚)、四乙二醇二甲醚(四甘醇二甲醚)、磷酸三乙酯(TEP)、1-丁基-3-甲基咪唑鎓-双(三氟甲磺酰)亚胺盐(BMIM-TFSI)、1-乙基-3-甲基咪唑鎓-双(三氟甲磺酰)亚胺盐(EMI-TFSI)、烷基吡咯烷鎓双(三氟甲磺酰)亚胺盐(PY-TFSI)、哌啶鎓双(三氟甲磺酰)亚胺盐(PP-TFSI)、N-烷基-N-丁基吡咯烷鎓双(三氟甲磺酰)亚胺盐(PYRA-TFSI)及其组合。在某些方面，一种或多种增塑剂选自：碳酸亚乙酯(EC)、γ-丁内酯(GBL)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)及其组合。在一个变型中，一种或多种增塑剂包括以约1:1.5 (或4:6)的质量比存在的碳酸亚乙酯(EC)和γ-丁内酯(GBL)。
一种或多种锂盐可选自：双(三氟甲磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟磷酸锂(LiPF6)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、双(三氟甲磺酰)亚胺锂(LiTF)、双(氟磺酰)亚胺锂(LiN(FSO2)2) (LiSFI)、双(三氟甲磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、双(草酸根合)硼酸锂(LiBOB)及其组合。在某些变型中，一种或多种锂盐选自：双(三氟甲磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、四氟硼酸锂(LiBF4)、双(草酸根合)硼酸锂(LiBOB)及其组合。在一种变型中，一种或多种锂盐包括双(三氟甲磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、四氟硼酸锂(LiBF4)和双(草酸根合)硼酸锂(LiBOB)。
在某些方面，聚合物凝胶电解质包含大于或等于约2重量%至小于或等于约40重量%的聚合物共混物，大于或等于约30重量%至小于或等于约95重量%的总量的一种或多种增塑剂，和大于或等于约3重量%至小于或等于约40重量%的总重量的一种或多种锂盐。在某些变型中，聚合物凝胶电解质包含大于或等于约4重量%至小于或等于约6重量%的聚合物共混物、大于或等于约74重量%至小于或等于约83重量%的总量的一种或多种增塑剂、以及大于或等于约12重量%至小于或等于约21重量%的一种或多种锂盐。
在一个变型中，聚合物凝胶电解质包含大于或等于约3重量%至小于或等于约7重量%的聚合物共混物，任选地大于或等于约4重量%至小于或等于约6重量%，例如约5重量%的聚合物共混物，大于或等于约81重量%至小于或等于约83重量%的总量的一种或多种增塑剂，例如约82重量%的一种或多种增塑剂，和大于或等于约12重量%至小于或等于约14重量%的一种或多种锂盐，例如约13重量%的一种或多种锂盐。在一个实施方案中，聚合物凝胶电解质包含一种或多种增塑剂，如大于或等于约31重量%至小于或等于约34重量%的碳酸亚乙酯(EC)，例如约33重量%的EC，和大于或等于约48重量%至小于或等于约51重量%的γ-丁内酯(GBL)，例如约49重量%的GBL。这种增塑剂的EC与GBL的质量比为约1:1.5 (或4:6)。
在另一个变型中，聚合物凝胶电解质包含大于或等于约3重量%至小于或等于约7重量%的聚合物共混物，任选地大于或等于约4重量%至小于或等于约6重量%，例如约5重量%的聚合物共混物，大于或等于约74重量%至小于或等于约77重量%的总量的一种或多种增塑剂，例如约75.5重量%的一种或多种增塑剂，和大于或等于约12重量%至小于或等于约21重量%的一种或多种锂盐，例如约19.5重量%的一种或多种锂盐。在一个实施方案中，聚合物凝胶电解质包含一种或多种增塑剂，如大于或等于约28重量%至小于或等于约34重量%的碳酸亚乙酯(EC)，例如约29重量%的EC，大于或等于约43重量%至小于或等于约51重量%的γ-丁内酯(GBL)，例如约44重量%的GBL，以及任选地大于或等于约2重量%至小于或等于约3重量%的碳酸乙烯亚乙酯(VEC)，例如约2.5重量%的VEC。这种增塑剂的EC与GBL的比例为约1:1.5(或4:6)。
在某些变型中，聚合物凝胶电解质包含大于或等于约1.9重量%至小于或等于约37.5重量%的PVDF-HFP以及大于或等于约0.1重量%至小于或等于约25重量%的PVDF。在一个变型中，聚合物凝胶电解质包含大于或等于约3重量%至小于或等于约5重量%的PVDF-HFP，任选地大于或等于约3.25重量%至小于或等于约4.25重量%，任选地大于或等于约3.5重量%至小于或等于约4重量%，并且任选地约3.75重量%的PVDF-HFP。聚合物凝胶电解质还包括在聚合物凝胶电解质中的大于或等于约0.5重量%至小于或等于约2.5重量%的PVDF，任选地大于或等于约0.75重量%至小于或等于约2重量%的PVDF，任选地大于或等于约1重量%至小于或等于约1.5重量%，和任选地约1.25重量%的PVDF。这种聚合物共混物的PVDF-HFP与PVDF的质量比可以是约3:1。
在一个特定的变型中，聚合物凝胶电解质包含大于或等于约3重量%至小于或等于约7重量%的聚合物共混物，例如，任选地约5重量%，其中PVDF-HFP与PVDF的质量比是约3:1。聚合物凝胶电解质还包含大于或等于约74重量%至小于或等于约84重量%的一种或多种增塑剂，例如，任选地约75.5重量%或任选地约82重量%的一种或多种增塑剂。所述一种或多种增塑剂包含碳酸亚乙酯(EC)、γ-丁内酯(GBL)和任选的碳酸乙烯亚乙酯(VEC)。聚合物凝胶电解质还包含大于或等于约11重量%至小于或等于约21重量%的锂盐，例如，任选地约13重量%或任选地约19.5重量%。锂盐包括双(三氟甲磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、四氟硼酸锂(LiBF4)、双(草酸根合)硼酸锂(LiBOB)及其组合。
在一个变型中，聚合物凝胶电解质具有如下组成。聚合物共混物包含约5重量%的比例为3:1的PVDF-HFP和PVDF。约82%的增塑剂，其包括比例为约4:6的EC和GBL。锂盐以约12.8重量%的总量存在，具有约5.15重量%的LiTFSI (0.4M)、约5.15重量%的LiBF4 (0.4M)和约2.5重量%的LiBOB。
在另一个变型中，聚合物凝胶电解质具有如下组成。聚合物共混物包含约5重量%的比例为3:1的PVDF-HFP和PVDF。电解质还具有约75.5%的增塑剂，所述增塑剂包含73重量%的以约4:6的比例存在的EC和GBL。增塑剂还包含约2.5重量%的VEC。锂盐以约19.5重量%的总量存在，具有约9.25重量%的LiTFSI (0.8M)、约9.25重量%的LiBF4 (0.8M)和约1重量%的LiBOB。
聚合物凝胶电解质可具有离子传导率大于或等于约0.1 mS/Cm，任选大于或等于约0.5 mS/Cm，任选大于或等于约1 mS/Cm，任选大于或等于约2 mS/Cm，任选大于或等于约3mS/Cm，任选大于或等于约4 mS/Cm，任选大于或等于约5 mS/Cm，任选大于或等于约6 mS/Cm，任选大于或等于约7 mS/Cm，任选大于或等于约8 mS/Cm，并且任选大于或等于约9 mS/Cm。在某些变型中，聚合物凝胶电解质可具有大于或等于约0.1 mS/Cm至小于或等于约10mS/Cm的离子传导率。
在各个方面，这种聚合物凝胶电解质可被并入具有改善的容量保持率的循环锂离子的电化学电池中。如本文将进一步描述的，电化学电池包括包含正极电活性材料的正电极、包含负极电活性材料的负电极、和任选地设置在正电极和负电极之间的隔离件，例如多孔聚合物隔离件。在替代方面中，代替多孔聚合物隔离件或除多孔聚合物隔离件之外，可在正电极与负电极之间并入固态电解质层或自立式凝胶电解质膜以提供电绝缘/分离，同时促进离子在其间流动。
值得注意的是，根据本公开的某些方面制备的电化学电池和电池组可不含液体电解质，并且仅含有固态和/或半固体或凝胶电解质。虽然液体电解质最初用作前体以形成本公开的聚合物凝胶电解质，但是液体电解质例如通过经由氢键、范德华力等与聚合物共混物聚合物结合，被吸入聚合物主体中并且特别与聚合物主体相互作用。因此，液体电解质(包含增塑剂和锂盐)被结合并且不再流动，从而通过与周围的聚合物主体基质结合而用作凝胶电解质的一部分。结果，与在常规隔离件和电极的孔内流动的常规液体电解质相比，被并入的液体电解质提供了不流动的性质。通过用不在电池组内流动的不易燃的凝胶电解质代替液体电解质，根据本公开的某些方面提供的电池组的热稳定性被极大地增强。
作为背景，图1中示出了电化学电池(也称为电池组) 20的示例性和示意性说明。尽管所示的实例包括单个正电极或阴极和单个负电极或阳极，但是本领域技术人员将认识到，本公开还考虑了各种其它配置，包括具有一个或多个阴极和一个或多个阳极的那些配置，以及具有设置在其一个或多个表面上或与其一个或多个表面相邻的电活性层的各个集流体。
典型的锂离子电池组20包括与第二电极(例如正电极24或阴极)相对的第一电极(例如负电极22或阳极)和设置在其间的电绝缘且离子传导的中间层，如隔离件26和/或电解质30。尽管未显示，通常在锂离子电池包(battery pack)中，电池组或电池可以以堆叠或卷绕配置电连接以增加总输出。锂离子电池组通过在第一和第二电极之间可逆地传递锂离子来运行。例如，锂离子可在电池组充电期间从正电极24移动到负电极22，并且在电池放电时沿相反方向移动。电解质30适于传导锂离子，并且可以是凝胶（半固体）或固体形式。
当使用半液体/凝胶电解质时，隔离件26 (例如，微孔聚合物隔离件)可因此设置在两个电极22、24之间，并且可在隔离件26的至少一部分孔内包含电解质30，其也可存在于负电极22和正电极24的孔中。当使用固体电解质(由这里未示出的多个固态电解质颗粒形成)时，可省略微孔聚合物隔离件26。固态电解质颗粒也可混入负电极22和正电极24。在这里未示出的其它变型中，具有孔的自立式聚合物凝胶隔离件膜可用作多孔中间层/隔离件。
负电极集流体32可位于在或靠近负电极22，并且正电极集流体34可位于或靠近正电极24。可中断的外部电路40和负载装置42连接负电极22 (通过其集流体32)和正电极24(通过其集流体34)。
电池组20可以在放电期间通过可逆电化学反应产生电流，所述可逆电化学反应在外部电路40闭合(以连接负电极22和正电极24)并且负电极22具有比正电极低的电势时发生。正电极24和负电极22之间的化学电位差驱使在负电极22处的反应（例如嵌入锂的氧化）所产生的电子通过外部电路40前往正电极24。同时也在负电极22处产生的锂离子通过隔离件26中含有的电解质30转移前往正电极24。电子流过外部电路40，并且锂离子迁移通过含有电解质30的隔离件26，在正电极24处形成嵌入锂或合金化的锂。如上所述，电解质30通常也存在于负电极22和正电极24中。流经外部电路40的电流可以被利用并被引导通过负载装置42，直到负电极22中的锂被耗尽并且电池组20的容量减小。
通过将外部能量源连接到锂离子电池组20以逆转在电池组放电期间发生的电化学反应，电池组20可以在任何时间被充电或重新赋能。将外部电源连接到电池组20促进了在正电极24处的反应，例如，过渡金属离子的非自发氧化，从而产生电子和锂离子。锂离子从正电极24流动通过电解质30穿过隔离件26，为负电极24补充用于在下一次电池组放电事件期间使用的锂。因此，完全放电事件之后完全充电事件被认为是一个循环，其中锂离子在正电极24和负电极22之间循环。可用于对电池组20充电的外部能量源可根据电池组20的尺寸、构造和特定最终用途而变化，一些值得注意和示例性的外部能量源包括但不限于通过壁装电源插座连接到AC电网的AC-DC转换器和机动车辆交流发电机。
在许多锂离子电池组配置中，负电极集流体32、负电极22、隔离件26、正电极24和正电极集流体34中的每一个被制备为相对薄的层(例如，厚度从几微米到几分之一毫米或更小)并且被组装成以电并联布置连接的层以提供合适的电能和功率封装。负电极集流体32和正电极集流体34分别将自由电子收集并移动至外部电路40和从外部电路40收集并移动自由电子。
此外，如上所述，当使用液体或半液体电解质时，隔离件26通过设置在负电极22和正电极24之间而作为电绝缘体工作，以防止物理接触并因此防止短路的发生。隔离件26不仅在两个电极22、24之间提供物理和电屏障，而且在锂离子循环期间还可在开孔网络中含有电解质，以促进电池组20的功能。固态电解质层可起到类似的离子传导和电绝缘功能，但不需要隔离件26组件。
电池组20可以包括各个其它组件，虽然这里未示出，但所述组件对于本领域技术人员而言是已知的。例如，电池组20可包括壳体、垫圈、端子盖、极耳、电池组端子和可位于电池组20内的任何其它常规组件或材料，包括在负电极22、正电极24和/或隔离件26之间或周围。图1中显示的电池组20包括半固体电解质30，并且显示了电池组操作的代表性概念。然而，电池组20也可为包括固态电解质的固态电池组，如本领域技术人员已知的，固态电解质可具有不同的设计。
电极通常可以并入各种商业电池组设计中，例如棱柱形电池、卷绕圆柱形电池、纽扣电池、袋式电池或其它合适的电池形状。电池可以包括每个极性的单个电极结构或具有以并联和/或串联电连接组装的多个正电极和负电极的堆叠结构。特别地，电池组可以包括交替的正电极和负电极的堆叠，其中隔离件设置在其之间。虽然正极电活性材料可以用于一次或单次充电使用的电池组中，但所得电池组通常具有二次电池组在电池多次循环中使用所需的循环性质。
如上所述，电池组20的尺寸和形状可根据其所设计用于的特定应用而变化。例如，电池组供电的车辆和手持消费电子设备是两个实例，其中电池组20将很可能被设计成不同的尺寸、容量和功率输出规格。如果负载装置42需要，电池组20也可与其它类似的锂离子电池或电池组串联或并联连接，以产生更大的电压输出、能量和功率。因此，电池组20可以产生电流到作为外部电路40的一部分的负载装置42。当电池组20放电时，负载装置42可由通过外部电路40的电流供电。虽然电负载装置42可以是任何数量的已知电动装置，但是一些具体实例包括用于电动车辆的电动机、膝上型计算机、平板计算机、蜂窝电话和无绳电动工具或器具。负载装置42还可以是发电设备，其为了存储电能而对电池组20充电。
本技术涉及制造改进的电化学电池，尤其是锂离子电池组。在各种情况下，这种电池用于车辆或汽车运输应用(例如，摩托车、船、拖拉机、公共汽车、摩托车、移动房屋、野营车和坦克)。然而，本技术可用于广泛种类的其它工业和应用，包括航空航天组件、消费品、设备、建筑物(例如，房屋、办公室、棚和仓库)、办公设备和家具、以及工业设备机械、农业或农场设备、或重型机械，作为非限制性示例。
正电极24、负电极22和隔离件26可各自包括在其孔的至少一部分内的凝胶电解质30，其能够在负电极22和正电极24之间传导锂离子。然而，在锂离子电池组20中可使用能够在负电极22和正电极24之间传导锂离子的另外的合适电解质30（无论是固体、液体或凝胶形式的）。在某些替代性的方面，除了聚合物凝胶之外，电解质30还可包括固态电解质颗粒或非水性液体电解质溶液，所述电解质溶液包含溶解在流动(并且不与凝胶电解质中的聚合物主体共混物相互作用)的有机溶剂或有机溶剂混合物中的锂盐。然而，在某些方面，根据本公开制备的电化学电池不含流动的液体电解质以提供上述性能优点。
多孔隔离件26可包括包含聚合物纤维或玻璃纤维的非织造垫、包含聚烯烃如聚丙烯、聚乙烯的多孔聚合物膜，包括多层。非织造垫或聚合物膜可用陶瓷颗粒涂布。
在某些情况下，微孔聚合物隔离件包括聚烯烃。所述聚烯烃可以是均聚物(衍生自单一单体组分)或杂聚物(衍生自多于一种单体组分)，其可以是线性的或支化的。如果杂聚物衍生自两种单体组分，则聚烯烃可呈现任何共聚物链排列，包括嵌段共聚物或无规共聚物的那些。类似地，如果聚烯烃是由多于两种单体组分衍生的杂聚物，则它同样可以是嵌段共聚物或无规共聚物。在某些方面，聚烯烃可以是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、或PE和PP的共混物、或PE和/或PP的多层结构化多孔膜。市售的聚烯烃多孔隔离件膜26包括CELGARD®2500(单层聚丙烯隔离件)和CELGARD®2320(三层聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯隔离件)，可从CelgardLLC获得。
在某些方面，隔离件26还可包括包含一个或多个的陶瓷颗粒陶瓷涂层和耐热材料涂层。陶瓷涂层和/或耐热材料涂层可设置在隔离件26的一侧或多侧上。形成陶瓷层的材料可选自：氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)及其组合。耐热材料可选自：NOMEXTM芳族聚酰胺、ARAMID聚酰胺、以及其组合。
当隔离件26为微孔聚合物隔离件时，其可为单层或多层层合体，其可由干法或湿法制造。例如，在某些情况下，单层聚烯烃可形成整个隔离件26。在其它方面，隔离件26可以是在相对表面之间具有大量孔延伸的纤维膜，并且可具有例如小于毫米的平均厚度。然而，作为另一个实例，可组装相似或不相似的聚烯烃的多个离散层以形成微孔聚合物隔离件26。
隔离件26还可包含除了聚烯烃之外的其它聚合物，例如但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚酰胺、聚酰亚胺、聚(酰胺-酰亚胺)共聚物、聚醚酰亚胺和/或纤维素，或适于产生所需多孔结构的任何其它材料。聚烯烃层和任何其它任选的聚合物层可进一步作为纤维层包括在隔离件26中，以帮助为隔离件26提供合适的结构和孔隙率特性。在某些方面，隔离件26也可与陶瓷材料混合，或者其表面可涂布有陶瓷材料。例如，陶瓷涂层可包括氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)或其组合。考虑了用于形成隔离件26的各种常规可获得的聚合物和商业产品，以及可用于生产这种微孔聚合物隔离件26的许多制造方法。
代替传统的隔离件(虽然未示出)，可在负电极22和正电极24之间设置自立式弹性凝胶隔离件中间层。这种聚合物凝胶隔离件层可以是凝胶状固体(或半固体)电解质，其中电解质(例如溶剂中的盐)例如通过经由结合力与周围的聚合物基质相互作用而保持在基质或网络中。凝胶隔离件层可以是多孔的，并且可以在相反极性的电极之间提供电隔离，但是允许离子流动通过。（一个或多个）自立式的凝胶隔离件层可起到电绝缘体和离子导体二者的作用，并从而消除对传统多孔隔离件层的需要。自立式聚合物凝胶隔离件层可以是多孔的，但具有比常规聚烯烃隔离件相对更低的孔隙率。
在其它变型中，图1中的多孔隔离件26和电解质30可用既用作电解质又用作隔离件的固态电解质(SSE) (未示出)代替。SSE可设置在正电极24与负电极22之间。SSE促进锂离子的转移，同时机械地分离负电极22与正电极24并提供负电极22与正电极24之间的电绝缘。SSE可以是固态无机化合物或固态聚合物电解质。
作为非限制性实例，固态电解质颗粒可包括基于氧化物的固体电解质颗粒、基于硫化物的固体电解质、基于氮化物的固体电解质、基于氢化物的固体电解质、基于卤化物的固体电解质、基于硼酸盐的固体电解质、以及它们的组合。更具体地说，合适的固体电解质颗粒的实例包括石榴石型氧化物(例如Li7La3Zr2O12 (LLZO))、钙钛矿型(例如Li3xLa2/3- xTiO3)、NASICON型(例如Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3和Li1+xAlxGe2-X(PO4)3，其中0≤X≤2，LISICON型(例如Li2+2xZn1-xGeO4，其中0≤X≤1)、金属掺杂或异价(aliovalent)取代的氧化物固体电解质，例如Al掺杂或Nb掺杂的Li7La3Zr2O12、Sb掺杂的Li7La3Zr2O12、Ga取代的Li7La3Zr2O12、Cr和V取代的LiSn2P3O12、Al取代的钙钛矿、Li1+x+yAlxTi2-xSiyP3-yO12，其中0≤x≤2和0≤y≤3、基于硫化物的固体电解质，例如Li2S-P2S5体系、Li2S-P2S5-MOX体系，其中M是金属元素，例如锌(Zn)、锡(Sn)等，并且X是2、Li10GeP2S12(LGPS)、硫代-LISICON(Li3.25Ge0.25P0.75S4),Li3.4Si0.4P0.6S4、Li10GeP2S11.7O0.3、锂硫银锗矿Li6PS5X，其中X是卤素，如Cl、Br或I、Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3、Li9.6P3S12、Li7P3S11、Li9P3S9O3、Li10.35Ge1.35P1.65S12、Li10.35Si1.35P1.65S12、Li9.81Sn0.81P2.19S12、Li10(Si0.5Ge0.5)P2S12、Li10(Ge0.5Sn0.5)P2S12、Li10(Si0.5Sn0.5)P2S12、Li3.833Sn0.833As0.166S4、LiI-Li4SnS4和Li4SnS4、Li3N、Li7PN4、LiSi2N3、基于氢化物的固体电解质，如LiBH4、LiBH4–LiX，其中X是Cl、Br或I、LiNH2、Li2NH、LiBH4–LiNH2、Li3AlH6、基于卤化物的固体电解质LiI、Li3InCl6、Li2CdCl4、Li2MgCl4、Li2CdI4、Li2ZnI4、Li3OCl、基于硼酸盐的固体电解质，例如Li2B4O7、Li2O–B2O3–P2O5及其任何组合。除了在正电极22和负电极24之间形成电解质层之外，电极本身中可包括如上文所述那些的固体电解质颗粒(例如，与分布在聚合物粘合剂基质内的其它组分混合以形成复合电极)。
负电极22包括电活性材料，该电活性材料是能够用作锂离子电池组的负极端子的锂主体材料。负电极22可由能够用作锂离子电池组的负极端子的锂主体材料形成。负电极22可以是负极电活性材料层或者可以是多孔电极复合材料，并且包括负电极活性材料和任选的导电材料或其它填料，例如固态电解质颗粒，以及一种或多种聚合物粘合剂材料，以在结构上将锂主体电活性材料颗粒保持在一起。
在某些变型中，负电极22是由负极电活性材料形成的膜或层，所述负极电活性材料例如为含碳材料、石墨、锂-硅和含有硅的二元和三元合金和/或含锡合金、锂金属、锂金属的合金、以及其它接受锂的阳极材料。
在某些变型中，负电极活性材料包括含碳颗粒或含有碳的纤维。作为非限制性实例，合适的碳颗粒包括石墨、硬碳、软碳和石墨烯。其它实例包括硅、与石墨混合的硅、过渡金属(例如Sn)及其合金，例如Si-Sn、SiSnFe、SiSnAl、SiFeCo、SnO2、金属氧化物/硫化物(例如TiO2、FeS等)、锂-钛阳极材料，例如Li4+xTi5O12，其中0≤x≤3，包括钛酸锂(Li4Ti5O12)(LTO)，作为非限制性实例。因此，用于负电极22的负极电活性材料可选自：锂、含碳材料，如石墨、石墨烯、硬碳、软碳、含碳材料、锂-硅合金化化合物、锂-锡合金化化合物、锂金属、锂合金、金属氧化物、金属硫化物、锂-钛化合物、及其组合和其组合。
这种负极活性材料可任选地与提供电子传导路径的导电材料和/或至少一种改善负电极22的结构完整性的聚合物粘合剂材料混合。作为非限制性实例，负电极22可包括活性材料，该活性材料包括与聚合物粘合剂材料混合的电活性材料颗粒(例如石墨颗粒)。作为实例，聚合物粘合剂材料可选自聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、三元乙丙橡胶(EPDM)、羧甲氧基纤维素(CMC)、丁腈橡胶(NBR)、聚丙烯酸锂(LiPAA)、聚丙烯酸钠(NaPAA)、聚丙烯酸、聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯(PE)、聚酰胺、聚酰亚胺、藻酸钠、藻酸锂及其组合。
其它合适的导电材料可包括基于碳的材料或导电聚合物。作为非限制性实例，基于碳的材料可包括KETCHENTM黑、DENKATM黑、乙炔黑、炭黑、石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维等的颗粒。导电金属颗粒可包括镍、金、银、铜、铝等。导电聚合物的实例包括聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、聚吡咯等。在某些方面，可使用导电材料的混合物。如上所述，任选地，固态电解质颗粒可被并入到负电极22中。
复合负电极可包含负电极活性材料，其以电极的电活性材料的总重量 (不包括集流体的重量)的大于约60重量%，任选地大于或等于约65重量%，任选地大于或等于约70重量%，任选地大于或等于约75重量%，任选地大于或等于约80重量%，任选地大于或等于约85重量%，任选地大于或等于约90重量%存在，并且在某些变型中，以任选地大于或等于电极的电活性材料层的总重量的约95%存在。
粘合剂可以以电极的电活性材料层的总重量的大于或等于约1重量%至小于或等于约20重量%、任选地大于或等于约1重量%至小于或等于约10重量%、任选地大于或等于约1重量%至小于或等于约8重量%、任选地大于或等于约1重量%至小于或等于约7重量%、任选地大于或等于约1重量%至小于或等于约6重量%、任选地大于或等于约1重量%至小于或等于约5重量%、或任选地大于或等于约1重量%至小于或等于约3重量%存在于负电极22中。
在某些变型中，负电极22包含导电材料，其为负电极的电活性材料层的总重量的小于或等于约20重量%，任选地小于或等于约15重量%，任选地小于或等于约10重量%，任选地小于或等于约5重量%，任选地小于或等于约1重量%，或者任选地大于或等于约0.5重量%至小于或等于约8重量%。
负电极集流体32可以包含金属，例如，其可由铜(Cu)、镍(Ni)或其合金或本领域技术人员已知的任何其它合适的导电材料形成。
负电极集流体32和/或正电极集流体34可以是箔、狭缝网、多孔金属、金属的格栅或筛网、和/或编织网的形式。
在各个方面，正电极24可包括正极电活性材料，如基于锂的电活性材料，其可以充分地经历锂嵌入和脱嵌，或合金化和脱合金化，同时用作电池组的正极端子。正极电活性材料的实例包括选自以下的那些：层状氧化物(例如岩盐层状氧化物)、尖晶石、聚阴离子阴极、锂-过渡金属氧化物、锂化的金属氧化物/硫化物、硫化锂、硫、以及它们的组合。
可以用于形成正电极的电活性材料层的已知材料的一个示例性常见类别是层状锂过渡金属氧化物。例如，岩盐层状氧化物包括LiCoO2、LiNixMnyCo1-x-yO2(其中0≤x≤1，且0≤y≤1)、LiNixMnyAl1-x-yO2 (其中0＜x≤1，且0＜y≤1)、LiNixMn1-xO2(其中0≤x≤1)和Li1+ xMO2 (其中0≤x≤1)。合适的尖晶石正极电活性材料可包括LiMn2O4和LiNi0.5Mn1.5O4。聚阴离子阳离子可包括，例如，磷酸盐，如LiFePO4、LiVPO4、LiV2(PO4)3、Li2FePO4F、Li3Fe3(PO4)4或Li3V2(PO4)F3(用于锂离子电池组)，和/或硅酸盐，如LiFeSiO4(用于锂离子电池组)。也考虑了任何其它过渡金属氧化物正极电活性材料。低电压正极电活性材料可包括锂化的金属氧化物/硫化物(例如，LiTiS2)、硫化锂、硫等。在某些方面，正极固态电活性颗粒可以是掺杂的(例如，通过铝和/或镁)。在某些其它方面，正极电活性材料可具有设置在每个颗粒表面上的涂层。例如，涂层可以是设置在电活性材料上的含碳、含氧化物(例如氧化铝，LiNbO3)、含氟化物、含氮化物的或聚合物薄涂层。涂层可为离子传导的，并且任选地是导电的。在替代的变型中，涂层也可在形成之后施加在复合电极(电活性材料层)上。
正极电活性材料可以是颗粒或粉末组合物。正极电活性材料颗粒可以与聚合物粘合剂和导电材料混合，如以上在负电极22的上下文中所述的那些。可使用与以上在负电极22的负极电活性材料颗粒和其它组分的上下文中所述的类似量的正极电活性材料颗粒、导电材料和粘合剂，并且为了简洁，本文将不重复。
正电极集流体34可由铝或本领域技术人员已知的任何其它适当的导电材料形成。它可具有以上在负电极集流体32的上下文中的所述形式中的任何。
在所有处理(包括固结和压延)完成之后，无论负电极22或正电极24，复合电活性材料层的孔隙率都可被认为是由孔限定的空隙体积相对于电活性材料层的总体积的分数。孔隙率可大于或等于按体积计的约15%至小于或等于按体积计的约50%，任选地大于或等于按体积计的20%至小于或等于按体积计的约40%，并且在某些变型中，任选地大于或等于按体积计的25%至小于或等于按体积计的约35%。
在本公开的某些方面，正电极24和负电极22中的至少一个根据本教导的某些原理修改。例如，本公开提供了一种循环锂离子的具有改善的容量保持率的电化学电池，其具有包含正极电活性材料的正电极、包含负极电活性材料的负电极、和任选地设置在正电极和负电极之间的隔离件、以及如上所述的聚合物凝胶电解质，该聚合物凝胶电解质包含PVDF-HFP和PVDF的聚合物共混物、一种或多种增塑剂、和一种或多种锂盐。聚合物凝胶电解质可包括在以下一个或多个中：设置在正电极的表面上或正电极的孔内；设置在负电极的表面上或负电极的孔内；设置在隔离件的表面上或隔离件的孔内，或作为涂层设置在最终并入电化学电池的组件中的固态颗粒(例如，并入电极中的电活性材料颗粒或固态电解质颗粒)的表面上。
图2示出了这种构造的实例，其中图1的电池组20示出了负电极22、正电极24和隔离件26组件的附加细节。所示的负电极22是多孔复合电极，其包括多个负极电活性颗粒50和多个二次颗粒52，作为实例，其可包括导电颗粒(例如，炭黑)和/或固态电解质颗粒。多个负极电活性颗粒50和多个二次颗粒52分布在聚合物粘合剂基质54中。在各个颗粒和聚合物粘合剂基质54之间限定的孔和开口可至少部分或完全用根据本公开的某些方面制备的聚合物凝胶电解质56填充。以这种方式，聚合物凝胶电解质56被示出填充负电极22中的孔。
由于电化学电池/电池组20中的组件内的颗粒之间的颗粒间孔隙率(例如，生坯形式的电池组20可具有大于或等于约0体积%至小于或等于约30体积%的固态电解质颗粒间孔隙率)，多个负极电活性颗粒50和多个二次颗粒52之间的直接接触可比可比较的非固态电池组中的液体电解质和固态电活性颗粒之间的接触低得多。在各个方面，例如图2所示，本公开可提供设置在开孔中的聚合物凝胶电解质56。聚合物凝胶电解质56可设置在电池组的组件内，以便润湿多个负极电活性颗粒50和多个二次颗粒52之间的界面和/或填充它们之间的空隙空间，作为非限制性实例，其可降低颗粒间孔隙率并改善离子接触和/或实现更高的热稳定性。替代性地或除了填充多孔组件的孔之外，聚合物凝胶电解质也可作为电极或隔离件上的涂层或作为单独固体颗粒上的涂层存在。电池组20可包含大于或等于约0重量%至小于或等于约30重量%，并且在某些方面，大于或等于约5重量%至小于或等于约20重量%的聚合物凝胶电解质。
替代性地或除此之外，负电极22可具有包含聚合物凝胶电解质的表面涂层58。设置在负电极22的孔中和/或形成表面涂层58的聚合物凝胶电解质56可具有相同或不同的组成。
正电极24被示出为多孔复合电极，其包括多个正极电活性颗粒60和多个二次颗粒62，其可包括例如导电颗粒(例如，炭黑)和/或固态电解质颗粒。多个正极电活性颗粒60和多个二次颗粒62分布在聚合物粘合剂基质64中。在各个颗粒和聚合物粘合剂基质64之间限定的孔和开口可至少部分或完全用根据本公开的某些方面制备的聚合物凝胶电解质66填充。以这种方式，聚合物凝胶电解质66被示出填充正电极24中的孔。
替代性地或除此之外，正电极24可具有包含聚合物凝胶电解质的表面涂层68。设置在正电极24的孔中和/或形成表面涂层68的聚合物凝胶电解质66可具有相同或不同的组成。
隔离件26被示出为微孔聚合物层70 (尽管可以是多层聚合物层，如先前上文所述)，其具有至少部分或完全填充有根据本公开的某些方面制备的聚合物凝胶电解质72的孔和开口。以这种方式，聚合物凝胶电解质72被示出填充隔离件26中的孔。如将理解的，虽然未示出，但在负电极22和正电极24之间的层是固态电解质或自立式聚合物凝胶膜的其它变型中，在这些结构中限定的孔同样可填充有聚合物凝胶电解质。替代性地或另外，隔离件26可具有设置在第一表面74或者第二表面76上的一个或多个表面涂层(图2中未示出)。表面涂层可包含聚合物凝胶电解质。填充隔离件24的孔和/或形成表面涂层的聚合物凝胶电解质72可具有相同或不同的组成。
因此，根据本公开的某些方面，聚合物凝胶电解质可包含在电化学电池中的以下一个或多个中：
a)涂布在正电极的表面上；
b)作为孔填料设置在正电极的孔中；
c)涂布在负电极的表面上；
d)作为孔填料设置在负电极的孔中；
e)涂布在隔离件的表面上；
f)作为孔填料设置在隔离件的孔中；和/或
g)涂布在一个或多个颗粒上，例如电活性颗粒、固态电解质颗粒、导电颗粒、陶瓷颗粒等，并且并入电池组的各个组件中。
例如，固体颗粒可以是其上设置有聚合物凝胶电解质作为涂层的无离子传导（non-ion conducting）陶瓷填料颗粒，例如二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、二氧化钛(TiO2)、氧化镁(MgO)、氧化锌(ZnO)等。
在某些方面，本公开内容考虑在多孔介质内，例如在多孔电极、固体电解质颗粒层、非织造垫或隔离件等的开孔内原位凝胶化的方法。聚合物凝胶固体结构可以通过将聚合物凝胶前体注入到固体颗粒层或基材的孔中来制造。
在一个变型中，提供了一种在循环锂离子的电化学电池的组件中形成聚合物凝胶电解质的方法。该方法可包括将聚合物凝胶电解质的液体前体引入(i)待并入电化学电池中的多孔组件的孔中；(ii)待并入电化学电池的组件中的固体颗粒上；或(i)和(ii)两者。液体前体包括聚合物共混物，该聚合物共混物包括聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)和聚偏二氟乙烯(PVDF)、至少一种增塑剂、以及至少一种锂盐，如先前以上所描述的。前体还包含挥发性载体。
挥发性载体可以是溶剂，其可以从前体中除去，并且可加入以降低粘度。值得注意的是，挥发性载体与一种或多种增塑剂的区别在于，一种或多种增塑剂保留在聚合物凝胶电解质中，而挥发性载体在加工过程中被除去。因此，挥发性载体可以是具有相对低沸点的溶剂。例如，溶剂可具有小于或等于约150℃的沸点，并且在某些方面，任选地小于或等于约100℃。任选的稀释溶剂可包括，仅举例，碳酸二甲酯(DMC)、碳酸亚乙酯、乙酸乙酯、乙腈、丙酮、甲苯、碳酸亚丙基酯、碳酸二乙酯、1,2,2-四氟乙基、2,2,3,3-四氟丙基醚、二甲基甲酰胺、二甲亚砜、以及它们的组合。
因此，方法包括除去挥发性载体以形成设置在组件的至少一部分孔中的聚合物凝胶电解质，或在一个或多个固体颗粒上形成涂层。
在各个方面，本公开提供了图3所示的制备用于电池组的组件的方法，该电池组具有类似于图2所示那些的聚合物凝胶电解质。在图3中，方法100通常可包括如120所示，使具有开孔的多孔结构，例如具有多个孔104的多孔复合电极102，与聚合物凝胶电解质前体溶液110接触。值得注意的是，电极仅仅是说明性的，并且多孔结构可以是隔离件或上文先前描述的其它基材。多孔结构限定了整体结构，并且可包括多个固体颗粒，所述固体颗粒结合在聚合物基质中或融合在一起，或者是整体材料，如多孔隔离件或膜。方法100包括使多孔复合电极102与聚合物凝胶电解质前体溶液110接触，使得其吸入或渗入到开孔104的一部分中。例如，前体溶液110可以以逐滴、喷雾或刮刀涂布法（doctor-blading applicationmethod）添加到多孔复合电极102，以便用前体溶液110浸渍孔104。例如，前体溶液110可基本上填充在聚合物粘合剂内和在固态电活性颗粒和/或固态电解质颗粒之间限定的空隙空间或孔。前体溶液110包括液体形式的PVDF-HFP和PVDF的聚合物共混物、一种或多种增塑剂、一种或多种锂盐、以及挥发性载体的混合物，如上所述。
在122处，将挥发性载体基本上从前体溶液110中除去，这可在环境条件下进行足够的持续时间完成，或者通过施加热和/或负压以加速溶剂除去过程。在步骤124中，在除去挥发性载体之后，在至少一部分孔104中形成聚合物凝胶电解质130，以限定最终电极132。对于其它组件可重复该方法，并且然后可将具有聚合物凝胶电解质130的最终电极132并入并组装至电化学电池和/或电池组。步骤120和122可同时或连续发生。
作为非限制性实例，在某些变型中，聚合物凝胶电解质前体溶液可通过首先将PVDF-HFP与PVDF以3:1的重量比的聚合物共混物(5重量%或约0.16g)混合在一种挥发性载体(例如，DMC，95重量%或约3g)中来制备。在混合聚合物共混物和挥发性载体之后，加入增塑剂和锂盐，并且再次搅拌混合物并充分混合以形成聚合物凝胶电解质前体溶液。例如，将电解质溶液加入到聚合物共混物和挥发性载体中。将约1.5g电解质溶液加入，所述电解质溶液具有约5.15重量%的LiTFSI (0.4M)、5.15重量%的LiBF4(0.4M)和2.5重量%的LiBOB并入87.2重量%的增塑剂混合物-EC和GBL以4:6的比例。
在图4所示的另一个变型中，方法150通常可包括，如170所示，使多个固体颗粒152与聚合物凝胶电解质前体溶液160接触。方法150包括使暴露表面固体颗粒152与聚合物凝胶电解质前体溶液160接触，以促进在固体颗粒152上形成涂层。例如，前体溶液160可通过逐滴、喷雾、刮刀或浴涂布方法（bath application method）等添加到多个固体颗粒152，以使暴露表面与前体溶液160接触。前体溶液160与上述那些相同，包括液体形式的PVDF-HFP和PVDF的聚合物共混物、一种或多种增塑剂、一种或多种锂盐和挥发性载体的混合物，如上所述。
在172处，将挥发性载体基本上从前体溶液160中除去，其可在环境条件下进行足够的持续时间完成，或者通过施加热和/或负压以加速溶剂除去过程。在除去挥发性载体之后，在步骤174，在每个相应的固体颗粒152上形成聚合物凝胶电解质涂层180，以形成多个涂布颗粒182。然后，每个涂布的颗粒182可并入到电池组的组件中，例如并入电极或隔离件中。步骤170和172可同时或连续发生。
在某些其它方面，提供了在包括循环锂离子的多个电化学电池的电池组中形成聚合物凝胶电解质的原位方法。该方法可包括将聚合物凝胶电解质的液体前体引入多个电化学电池的每一个中。多个电化学电池可容纳在袋中。每个电化学电池可包括包含正极电活性材料的多孔正电极、包含负极电活性材料的负电极、以及设置在负电极和正电极之间的电绝缘但离子传导的中间层，该中间层可以是多孔隔离件、固态电解质层或自立式凝胶膜等。液体前体包含聚合物共混物、一种或多种增塑剂、一种或多种锂盐和挥发性载体，所述聚合物共混物包含聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)和聚偏二氟乙烯(PVDF)。在聚合物共混物中PVDF-HFP与PVDF的质量比是大于或等于约1.5:1至小于或等于约19:1。增塑剂选自：碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸乙基甲基酯(EMC)、碳酸亚丙基酯(PC)、γ-丁内酯(GBL)、二乙二醇二甲醚(二甘醇二甲醚)、三乙二醇二甲醚(三甘醇二甲醚)、四乙二醇二甲醚(四甘醇二甲醚)、磷酸三乙酯(TEP)、1-丁基-3-甲基咪唑鎓-双(三氟甲磺酰)亚胺盐(BMIM-TFSI)、1-乙基-3-甲基咪唑鎓-双(三氟甲磺酰)亚胺盐(EMI-TFSI)、烷基吡咯烷鎓双(三氟甲磺酰)亚胺盐(PY-TFSI)、哌啶鎓双(三氟甲磺酰)亚胺盐(PP-TFSI)、N-烷基-N-丁基吡咯烷鎓双(三氟甲磺酰)亚胺盐(PYRA-TFSI)及其组合。液体流入电化学电池中的组件内的开孔，例如，正电极、负电极和/或多孔中间层中的开孔。然后，可除去挥发性载体以形成设置在至少一部分孔中的聚合物凝胶电解质。因此，在电化学电池内(例如，在袋中)在正电极、负电极和/或多孔中间层的孔中形成聚合物凝胶电解质的网络。袋可以以常规方式密封并并入到电池组中。
值得注意的是，根据本公开的某些方面制备的电池组可不含流动的液体电解质，并且仅含有固态和/或半固体或凝胶电解质。以这种方式，本公开提供了若干非限制性优点，包括（相对于可流动液体电解质）（通过使用增塑聚合物凝胶而不是传统的液体流动电解质来）降低或消除电解质泄漏的风险、增加的热稳定性、和/或由于降低的接触电阻而（相对于固体电解质颗粒）改善的电化学性能。
在以下非限制性实施例中进一步示出了当前技术的某些特征。
实施例
实施例1
如下制备纽扣电池。制备了具有复合正电极/阴极的各个纽扣电池，所述复合正电极/阴极具有44重量%的LiMn0.7Fe0.3PO4(LMFP-D50为8.9μm，容量147 mAh/g (1C)，BET：14.8m2/g)、44重量%的LiMn2O4 (LMO-D50为8.4μm，容量102 mAh/g (1C)，BET：0.5m2/g)、5重量%的LATP固态电解质、3重量%的Super PTM导电碳黑颗粒和4重量%的PVDF粘合剂。将所有组分在NMP溶剂中混合在一起以形成浆料，并且调节溶剂的量以得到约45%的固含量，随后在铝箔上流延。然后将浆料涂布在集流体表面上，随后进行热处理和压延。
负电极/阳极具有93重量%的石墨(D50为5.5μm，335 mAh/g (1C)，BET＜3.4m2/g)，1重量%的LLZO固态电解质，2重量%的Super PTM导电炭黑颗粒，和4重量%的PVDF粘合剂。将所有组分在NMP溶剂中混合在一起以形成浆液，并且调节溶剂的量以得到约45%的固含量。然后将浆料涂布在集流体表面上，随后进行热处理和压延。
将20微米厚的非织造垫隔离件设置在阴极层和阳极层之间。
接下来，制备三种不同的聚合物凝胶电解质前体组合物。将每种聚合物凝胶电解质前体引入压延的正电极和负电极以及非织造垫隔离件的孔中。将具有100% PVDF-HFP组合物以5重量%与95重量%液体电解质混合的对比聚合物凝胶电解质(样品200)引入压延的正电极和负电极以及隔离件的孔中。液体电解质具有以下组成：0.4M LITFSI、EC/GBL=4:6重量比中的0.4M LiBF4和2.5重量%或0.18M LiBOB。制备以下：第二聚合物凝胶电解质(样品210)，其具有50% PVDF-HFP和50重量% PVDF的组合物以5重量%与95重量%液体电解质混合，同样其中液体电解质具有以下组成：0.4M LITFSI、EC/GBL=4:6重量比中的0.4M LiBF4和2.5重量%或0.18M的LiBOB。最后，制备：根据本公开的某些方面制备的聚合物凝胶电解质(样品220)，其具有75% PVDF-HFP和25重量% PVDF的组合物以5重量%与95重量%液体电解质混合，同样其中液体电解质具有以下组成：0.4M LITFSI、EC/GBL =4:6重量比中的0.4MLiBF4和2.5重量%或0.18M的LiBOB。应注意的是，100%的PVDF不会促进形成凝胶电解质。
图5是y轴(230)上的容量保持率(%)vs. x轴(232)上的循环数的图。放电倍率性能是在25℃下在以1C的C-倍率下充电和以1C、2C、5C和10C放电期间测量的。可以看出，与样品200中的100% PVDF-HFP相比，当在室温下以5C和10C的高倍率放电时，在凝胶电解质中的样品220（具有75% PVDF-HFP和25重量% PVDF的聚合物共混物）具有优异的容量保持率。有趣的是，具有50% PVDF-HFP和50重量% PVDF的聚合物共混物的样品210表现得比具有100%PVDF-HFP的对比样品200差。
图6示出了测试冷启动性能（cold crack）的电池组纽扣电池。冷启动性能通过在25℃下将电池充电至100%充电状态，然后在-18℃下以1C放电来评价。冷启动性能显示为标记为240的y轴上的电压(V)vs. 标记为242的x轴上的容量保持率(%)。在该测试中，在凝胶电解质中具有75% PVDF-HFP和25重量% PVDF的聚合物共混物的样品220比具有50% PVDF-HFP和50重量% PVDF的聚合物共混物的样品210表现更好，后者比样品200中的100% PVDF-HFP表现更好。
图7显示了具有三种不同组合物的纽扣电池的高温性能。测试在45℃下进行，以1C循环约0至100 SOC。绘制了y轴(250)上的容量保持率(%)vs. x轴(252)上的循环数。在该测试中，在凝胶电解质中具有75% PVDF-HFP和25重量% PVDF的聚合物共混物的样品220在所有循环下比具有50% PVDF-HFP和50重量% PVDF的聚合物共混物的样品210和具有100%PVDF-HFP的样品200中的任一个都表现得更好。可以看出，在某些循环下(在20和60之间)，具有50% PVDF-HFP和50重量% PVDF的样品210的容量保持率比具有100% PVDF-HFP的样品200差。
虽然不局限于任何特定理论，但据信某些凝胶电解质，例如具有75% PVDF-HFP和25重量% PVDF (约3:1质量比)的共混物的那些，为电化学电池性能提供了意料之外且协同的益处。
为了说明和描述的目的，已经提供了实施例的上述描述。其不是穷举的或限制本公开。特定实施例的各个元件或特征通常不限于该特定实施例，而是在适用的情况下是可互换的，并且可以在所选实施例中使用，即使没有具体示出或描述。同样的也可以许多方式变化。这样的变化不应被认为是脱离本公开，并且所有这样的修改旨在被包括在本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种用于循环锂离子的电化学电池的聚合物凝胶电解质，所述聚合物凝胶电解质包含：
一种聚合物共混物，包含聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)和聚偏二氟乙烯(PVDF)，其中在聚合物共混物中PVDF-HFP与PVDF的质量比是大于或等于约1.5:1至小于或等于约19:1；
一种或多种增塑剂，所述增塑剂选自：碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸乙基甲基酯(EMC)、碳酸亚丙基酯(PC)、γ-丁内酯(GBL)、二乙二醇二甲醚(二甘醇二甲醚)、三乙二醇二甲醚(三甘醇二甲醚)、四乙二醇二甲醚(四甘醇二甲醚)、磷酸三乙酯(TEP)、1-丁基-3-甲基咪唑鎓-双(三氟甲磺酰)亚胺盐(BMIM-TFSI)、1-乙基-3-甲基咪唑鎓-双(三氟甲磺酰)亚胺盐(EMI-TFSI)、烷基吡咯烷鎓双(三氟甲磺酰)亚胺盐(PY-TFSI)、哌啶鎓双(三氟甲磺酰)亚胺盐(PP-TFSI)、N-烷基-N-丁基吡咯烷鎓双(三氟甲磺酰)亚胺盐(PYRA-TFSI)及其组合；以及
一种或多种锂盐。
2.根据权利要求1所述的聚合物凝胶电解质，其中所述一种或多种锂盐独立地选自：双(三氟甲磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟磷酸锂(LiPF6)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、双(三氟甲磺酰)亚胺锂(LiTF)、双(氟磺酰)亚胺锂(LiN(FSO2)2) (LiSFI)、双(三氟甲磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、双(草酸根合)硼酸锂(LiBOB)及其组合。
3.根据权利要求1所述的聚合物凝胶电解质，其中所述聚合物凝胶电解质包含大于或等于约2重量%至小于或等于约40重量%的聚合物共混物、大于或等于约30重量%至小于或等于约95重量%的总量的一种或多种增塑剂、以及大于或等于约3重量%至小于或等于约40重量%的总量的一种或多种锂盐，并且所述聚合物凝胶电解质包含大于或等于约1.9重量%至小于或等于约37.5重量%的PVDF-HFP和大于或等于约0.1重量%至小于或等于约25重量%的PVDF。
4.根据权利要求1所述的聚合物凝胶电解质，其中所述聚合物凝胶电解质包含大于或等于约4重量%至小于或等于约6重量%的聚合物共混物、大于或等于约74重量%至小于或等于约83重量%的一种或多种增塑剂、以及大于或等于约12重量%至小于或等于约21重量%的一种或多种锂盐，和大于或等于约28重量%至小于或等于约34重量%的碳酸亚乙酯(EC)，大于或等于约43重量%至小于或等于约51重量%的γ-丁内酯(GBL)，和任选地大于或等于约2重量%至小于或等于约3重量%的碳酸乙烯亚乙酯(VEC)。
5.根据权利要求1所述的聚合物凝胶电解质，其中所述一种或多种增塑剂选自：碳酸亚乙酯(EC)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、γ-丁内酯(GBL)及其组合。
6.根据权利要求1所述的聚合物凝胶电解质，其中所述一种或多种增塑剂包含质量比为约1:1.5的碳酸亚乙酯(EC)和γ-丁内酯(GBL)。
7.根据权利要求1所述的聚合物凝胶电解质，其中PVDF-HFP与PVDF的质量比为约3:1。
8.根据权利要求1所述的聚合物凝胶电解质，其中聚合物凝胶电解质包含大于或等于约3重量%至小于或等于约7重量%的聚合物共混物，其中PVDF-HFP与PVDF的质量比为约3:1，大于或等于约74重量%至小于或等于约84重量%的一种或多种增塑剂，其中一种或多种增塑剂包含碳酸亚乙酯(EC)、γ-丁内酯(GBL)和任选的碳酸乙烯亚乙酯(VEC)，和大于或等于约11重量%至小于或等于约21重量%的一种或多种锂盐，其中一种或多种锂盐包含双(三氟甲磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、四氟硼酸锂(LiBF4)和双(草酸根合)硼酸锂(LiBOB)。
9.一种具有改善的容量保持率的循环锂离子的电化学电池，所述电池包括：
包含正极电活性材料的正电极；
包含负极电活性材料的负电极；
多孔中间层，设置在正电极和负电极之间；以及
权利要求1的聚合物凝胶电解质。
10.根据权利要求9所述的电化学电池，其中所述聚合物凝胶电解质包括在以下一个或多个中：
e)设置在正电极的表面上或正电极的孔内；
f)设置在负电极的表面上或负电极的孔内；
g)设置在多孔中间层的表面上或多孔中间层的孔内；或
h)作为涂层设置在固态颗粒的表面上。
CN202210113581.4A 2022-01-30 2022-01-30 聚合物共混物凝胶电解质 Pending CN116565305A (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210113581.4A CN116565305A (zh) 2022-01-30 2022-01-30 聚合物共混物凝胶电解质
DE102022118606.7A DE102022118606A1 (de) 2022-01-30 2022-07-26 Gelelektrolyte mit polymermischung
US17/884,335 US20230282881A1 (en) 2022-01-30 2022-08-09 Polymer blend gel electrolytes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210113581.4A CN116565305A (zh) 2022-01-30 2022-01-30 聚合物共混物凝胶电解质

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116565305A true CN116565305A (zh) 2023-08-08

Family

ID=87160843

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210113581.4A Pending CN116565305A (zh) 2022-01-30 2022-01-30 聚合物共混物凝胶电解质

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230282881A1 (zh)
CN (1) CN116565305A (zh)
DE (1) DE102022118606A1 (zh)

Also Published As

Publication number Publication date
DE102022118606A1 (de) 2023-08-03
US20230282881A1 (en) 2023-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10566652B2 (en) Lithium metal battery with hybrid electrolyte system
CN111384399B (zh) 用于锂金属电极的保护性涂层
US11527745B2 (en) Methods of pre-lithiating electrodes
US11784010B2 (en) Electrode including capacitor material disposed on or intermingled with electroactive material and electrochemical cell including the same
US20210083294A1 (en) Electrode additives and coatings for minimizing cathode transition metal dissolution
CN112447409A (zh) 包括含硫电容器的电化学电池
CN114914531A (zh) 用于固态电池组的凝胶电解质
CN113130850A (zh) 使用盐添加剂形成含硫电极的方法
US20220166017A1 (en) Electrodes and electrochemical cells including a dendrite inhibitor protective coating
US11728490B2 (en) Current collectors having surface structures for controlling formation of solid-electrolyte interface layers
CN114388774A (zh) 过锂化的阴极材料
CN114597346A (zh) 电化学电池的厚电极
US20220181629A1 (en) Elastic binding polymers for electrochemical cells
US20230006201A1 (en) Over-lithiated cathode materials and methods of forming the same
CN117174496A (zh) 用于电容器辅助电池组的电解质添加剂
CN116666728A (zh) 用于固态电池组的固态中间层
CN117154341A (zh) 用于固态电池组的聚合物阻挡件
CN115939504A (zh) 用于固态电池组的凝胶电解质体系
CN114597484A (zh) 制造双极固态电池组的原位胶凝方法
US20230282881A1 (en) Polymer blend gel electrolytes
US20230019313A1 (en) Lithium alloy reservoir for use in electrochemical cells that cycle lithium ions
US20230253617A1 (en) Polymeric gel electrolytes for high-power batteries
US20240014440A1 (en) Gel polymer electrolyte with sulfolene additive
US20220367848A1 (en) Double-sided electrodes and electrochemical cells including the same
CN115775915A (zh) 用于高功率固态电池组的聚合物凝胶电解质体系

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination