[發明專利]鋰離子蓄電池

有效

• 申請號: 201010625043.0
• 申請日: 2010-12-17
• 公開（公告）號: CN102130361A
• 公開（公告）日: 2011-07-20
• 發明（設計）人: I·C·哈拉萊;S·J·哈里斯;T·J·富勒
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M2/16
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 曹小剛;李連濤

技術領域

技術領域通常涉及二次鋰離子蓄電池和制備、使用它的方法。

背景技術

二次或者可再充電的鋰離子蓄電池是眾所周知的，并且經常用于多種固定式和便攜式設備，例如在消費電子、汽車和航天工業中遇到的這些。鋰離子類蓄電池由于各種原因已經獲得了普及，包括但不限于，相對高的能量密度，當與其他類型的可再充電蓄電池相比一般不出現任何記憶效應，相對低的內阻，以及不使用時低的自放電率。

鋰離子蓄電池通常通過可逆地在負極(有時稱作陽極)和正極(有時稱作陰極)之間傳遞鋰離子工作。所述負極和正極位于微孔聚合物分隔體的相對側，其中微孔聚合物分隔體被浸泡在適合傳導鋰離子的電解質溶液中。負極和正極每一個還被集流器容納。與所述兩個電極相關的集流器通過可中斷的外部電路連接，所述外部電路允許電流在兩個電極間傳遞以電平衡相關鋰離子的遷移。用來生產鋰離子蓄電池的這些各種部件的材料相當廣泛。但通常，負極典型地包括鋰插入主體材料，正極典型地包括基于鋰的活性材料，其可以在低于負極的插入主體材料的能量狀態下貯存鋰金屬，電解質溶液典型地含有溶解于非水溶劑的鋰鹽。

鋰離子蓄電池，或者多個串聯或并聯的鋰離子蓄電池，可以用來向相關負載設備可逆地供電。對開始于蓄電池放電的一個電力周期的簡單討論在這方面是有意義的。

作為開始，在放電過程中，鋰離子蓄電池的負極包含高濃度的插入的鋰而正極相對貧乏。在這種環境下負極和正極之間封閉的外部電路的建立引起插入的鋰從負陽極的提取。然后提取的鋰分解成鋰離子和電子。鋰離子被離子傳導電解質溶液通過中間的聚合物分隔體的微孔從負極運送到正極，同時，電子通過外部電路從負極傳導到正極(在集流器的幫助下)以平衡整個電化學電池。通過外部電路的電子流可以被利用并提供給負載設備直致負極中的插入的鋰的水平降到可工作的水平以下或者用電需求停止。

在部分或全部可用容量放電后，鋰離子蓄電池可以被再充電。為了給鋰離子蓄電池充電或重新供電，將外部電源連接到正極和負極以驅動蓄電池放電電化學反應逆轉。即，在充電過程中，外部電源提取正極中存在的插入的鋰以產生鋰離子和電子。鋰離子被電解質溶液攜帶通過分隔體返回并且電子通過外部電路返回，二者都朝向負極。鋰離子和電子最終在負極處重新結合，因此為負極補給插入的鋰以供以后的蓄電池放電。

鋰離子蓄電池在它們的使用壽命中經歷這種重復的電力循環的能力使它們成為有吸引力和可靠的電源。但是，鋰離子蓄電池技術不斷地需要創新發展和貢獻，以幫助提高這一技術領域和其它相關技術領域。

發明內容

本發明的一個示例性實施方案是用于鋰離子蓄電池的微孔聚合物分隔體，其中一種或多種螯合劑可以連接其上。所述一種或多種螯合劑可以與金屬陽離子絡合但不與鋰離子牢固地絡合，使得在所述鋰離子蓄電池工作過程中，鋰離子跨過所述微孔聚合物分隔體的移動基本不受影響。

本發明的另一個示例性實施方案是鋰離子蓄電池，其可以包括負極、正極和位于負極和正極之間的微孔聚合物分隔體。所述負極可以包含鋰主體材料和聚合物粘合劑材料。所述正極可以包含基于鋰的活性材料和聚合物粘合劑材料。一種或多種螯合劑可以連接到微孔聚合物分隔體、負極的粘合劑材料或正極的粘合劑材料的至少一種上。所述一種或多種螯合劑可以和金屬陽離子絡合但不與鋰離子牢固地絡合，使得鋰離子在負極和正極之間的移動基本不受影響。

本發明的另一個示例性實施方案是鋰離子蓄電池，其可以包含負極，正極，連接負極和正極的可中斷的外部電路，位于負極和正極之間的連接有一種或多種螯合劑的微孔聚合物分隔體，以及能夠傳導浸入負極、正極和微孔聚合物分隔體中的鋰離子的電解質溶液。微孔聚合物分隔體可以包含聚乙烯或聚丙烯的至少一種，并且具有包含所述螯合劑的側基或不溶性聚合物結合基團。螯合劑可以與從正極浸出的金屬陽離子絡合。此外，螯合劑可以包含如下的至少一種：冠醚、多齒配體(podand)、套索醚、杯芳烴、杯冠化合物(calixcrown)、或者這些螯合劑的兩種或更多種的混合物。

本發明進一步體現在如下方面：

1、用于鋰離子蓄電池中的微孔聚合物分隔體，包含：

一種或多種連接到所述微孔聚合物分隔體的螯合劑，其中所述一種或多種螯合劑與金屬陽離子絡合但不與鋰離子牢固地絡合，使得在所述鋰離子蓄電池的工作過程中鋰離子跨過所述微孔聚合物分隔體的移動基本不受影響。

2、根據方面1所述的微孔聚合物分隔體，其中所述一種或多種螯合劑包含如下中的至少一種：冠醚、多齒配體、套索醚、杯芳烴、杯冠化合物、或者這些螯合劑的兩種或更多種的混合物。