[發(fā)明專利]包含氧化還原梭添加劑的可再充電鋰離子電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201580050272.5
• 申請日: 2015-07-17
• 公開（公告）號: CN107078345B
• 公開（公告）日: 2020-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: T·F·瓜爾;M·M·格雷戈里;N·R·布爾斯碼;R·A·波立克;N·莫蒂默
• 申請（專利權(quán)）人: 密歇根州立大學(xué)理事會
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M10/0567;H01M10/42
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所 11247
• 代理人: 唐秀玲;林柏楠

可再充電鋰離子電池具有電池容量并且包含具有再充電電位的正極和負(fù)極。可再充電鋰離子電池還包含載電荷電解質(zhì)。載電荷電解質(zhì)包含載電荷介質(zhì)和鋰鹽。可再充電鋰離子電池還包含具有以下結(jié)構(gòu)的氧化還原梭：

相關(guān)申請交叉引用

本專利申請要求2014年7月18日提交的美國臨時專利申請No.62/026,212的優(yōu)先權(quán)和所有權(quán)益，通過引用將其公開內(nèi)容全部結(jié)合到本文中。

發(fā)明領(lǐng)域

本公開內(nèi)容一般性地涉及可再充電鋰離子電池。更具體而言，本公開內(nèi)容涉及包含特定氧化還原梭(shuttle)的鋰離子電池。

背景

可再充電鋰離子電池可顯示出優(yōu)異的充電-放電循環(huán)壽命，很少或者不顯示記憶效果，以及高比能和體積能。然而，鋰離子電池通常顯示出不能循環(huán)壽命不劣化而耐受再充電至制造商推薦的電荷電位端點(diǎn)以上的電位。再充電至制造商推薦的電荷電位端點(diǎn)以上的電位通常描述為過充電。過充電通常在迫使電流通過電池且提供的電荷超過電池的電荷儲存容量時發(fā)生。鋰離子電池的過充電可導(dǎo)致電池組件的化學(xué)和電化學(xué)降解、快速的溫度提高，并且還可觸發(fā)電池中的自加速反應(yīng)。

為對抗這些問題，使用氧化還原梭。氧化還原梭為結(jié)合到鋰離子電池中用于過充電保護(hù)的化合物。一般而言，氧化還原梭可以在輕微高于鋰離子電池的正極的工作電位的電位下可逆地電化學(xué)氧化。氧化還原梭的使用容許鋰離子電池在小于氧化還原梭的氧化還原電位的電壓范圍內(nèi)正常操作。如果鋰離子電池充電至超過其正常電池容量的水平(即“過充電”)，則電壓首先提高至氧化還原梭的氧化還原電位，并激活氧化還原機(jī)制，其在唯一的活性組分輸送過多電荷通過鋰離子電池而進(jìn)行，同時使損害最小化。該機(jī)制的使用抑制過充電。

研究和開發(fā)確定了關(guān)于氧化還原梭的各種選擇。然而，確定具有高氧化還原電位和足夠使用壽命的梭候選物證明是困難的。許多氧化還原梭傾向于隨時間過去而化學(xué)降解或者妨礙正常電池操作，由此變得無用。因此，需要改進(jìn)的機(jī)會。

發(fā)明概述

本公開內(nèi)容提供可再充電鋰離子電池，其具有電池容量且包含具有再充電電位的正極和負(fù)極。可再充電鋰離子電池還包含載電荷電解質(zhì)。載電荷電解質(zhì)包含載電荷介質(zhì)和鋰鹽。除以上外，可再充電鋰離子電池還包含具有以下結(jié)構(gòu)的氧化還原梭：

在該結(jié)構(gòu)中，X為共價鍵(使得中心環(huán)為5元環(huán))、硫原子(S)，或者與R⁶鍵合的氮原子(N-R⁶)。此外，R¹、R²、R³、R⁴、R⁵、R⁶、R⁷、R⁸、R⁹和R¹⁰各自獨(dú)立地為烷基、鹵代烷基(例如單-、二-或三-鹵代)、全鹵代烷基、酰基、酰氧基、乙酰基、鹵代乙酰基、烷芳基、烷氧基、乙酰氨基、酰氨基、芳基、芳烷基、烷基羧基、芳基羧基、烷基磺酰基、苯甲酰基、氨基甲酰基、羧基、氰基、甲酰基、鹵素基團(tuán)、鹵代乙酰氨基、鹵代酰基、鹵代烷基磺酰基、鹵代芳基、甲基磺酰氧基、硝基、烷基醚基團(tuán)、三烷基銨烷基、磷酸根基團(tuán)、膦酸根基團(tuán)，或者烷基膦酸根基團(tuán)，且其中R³和R⁴中的一個任選為氫原子。

發(fā)明詳述