[發明專利]有機鋰電池

有效

• 申請號: 201580065015.9
• 申請日: 2015-11-30
• 公開（公告）號: CN107251287B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 馬爾戈·勒屈耶;馬克·德尚;若埃爾·戈比謝;菲利普·普瓦扎;多米尼克·居約馬爾;伯納德·萊斯特雷茨
• 申請（專利權）人: 布魯技術公司;法國國家科學研究中心;南特大學
• 主分類號: H01M4/60
• 分類號: H01M4/60;H01M10/052;H01M10/0565;H01M10/0568
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 樊曉煥;金小芳

本發明涉及具有高能量密度和高功率密度的有機鋰電池領域。特別地，本發明涉及一種有機鋰電池及其制造方法，該有機鋰電池包括由氧化還原有機化合物制得的正極以及含有高濃度鋰鹽的電解質。

本發明涉及有機鋰電池技術領域，該有機鋰電池具有高的能量 密度和功率密度。特別地，本發明涉及包括基于氧化還原有機化合物 的正極和包含高濃度鋰鹽的電解質的有機鋰電池及其制造方法。

鋰電池已經成為包括便攜應用的很多設備中必不可少的部件， 這些便攜應用特別例如為移動電話、電腦和輕量級設備；或者略重的 應用，例如兩輪交通工具(自行車、輕型摩托車)或四輪交通工具(電 動或混合動力汽車)。人們還對鋰電池進行了廣泛的研究以用于固定 能量存儲的領域。

鋰金屬電池包括至少一個負極和至少一個正極，在二者之間放 置有浸漬了液體電解質或者固體聚合物電解質的隔離物，該電解質本 身既提供電極的物理隔離作用又提供鋰離子傳輸作用。負極由鋰金屬 片或鋰合金片(任選地通過集電體負載)構成；正極由負載有電極材 料的集電體構成，所述電極材料包含至少一種能夠可逆地嵌入鋰離子 的正極活性材料、任選的作為粘合劑的聚合物(例如聚(偏二氟乙烯) 或PVDF)和/或任選的產生電子傳導性的試劑(例如炭黑)。液體 電解質例如由在選擇的溶劑的溶液中的鋰鹽(例如LiBF₄、LiClO₄， LiPF₆等)構成，以優化離子的傳輸和解離。常規電解質溶劑(例如 碳酸丙烯酯、γ-丁內酯、環丁烷、二甲氧基乙烷、四氫呋喃、1,3-二 氧戊環等)在標準條件下，在約1-1.5mol/l的鋰鹽下飽和。隔離物 通常由不傳導電子的多孔材料構成，例如基于聚烯烴(例如聚乙烯) 或基于纖維(例如玻璃纖維或木纖維)的聚合物材料。

在電池的運行期間，鋰離子通過電解質從一個電極傳遞到另一 個電極。在電池放電期間，一定量的鋰與來自電解質的正極活性材料 反應，并且等量的鋰從負極的活性材料引入電解質中，因此鋰的濃度 在電解質中保持恒定。通過外部電路由負極提供電子以補償鋰向正極 中的嵌入。充電期間，發生相反的現象。

選擇鋰電池的各種成分以便以盡可能低的成本生產具有高能量 密度、具有良好循環穩定性并且能夠安全運行的電池。

由于歷史原因，也是由于電化學性能的原因，目前商業化的技 術基于實際上僅僅只使用了無機電極材料，它們主要基于過渡金屬， 例如Co、Mn、Ni或Fe。然而，這些無機電極材料(例如LiCoO₂、 LiMnO₄、LiFePO₄、LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂、LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂、LiNi_0.5Mn_1.5O₄等)顯示出許多缺點，例如電池爆炸的風險、毒性高、回收 困難、成本高和/或比容量低。此外，這些無機材料通常由地質(即 不可再生)來源的資源制備，并且在其工藝中是耗能的。鑒于對電池 的生產量預測(鋰離子電池每年數十億臺)，從長遠來看，沒有這些 無機電極材料的風險很大。此外，沒有任何現有技術符合要求，而且 歐洲級的新環境標準也在不斷出現(參見http://ec.europa.eu/environ ment/waste/batteries/，官方指示2006/66/EC)。