[發明專利]包括聚合物單離子導體涂層的負電極

有效

• 申請號: 201710149719.5
• 申請日: 2017-03-14
• 公開（公告）號: CN107275576B
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: M·蔡;L·楊;Q·肖;X·黃;M·W·維爾布魯格
• 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: H01M4/134
• 分類號: H01M4/134;H01M4/36;H01M4/62;H01M10/05;H01M10/0525;H01M10/054
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 韋欣華;楊思捷

一種負電極，其包括金屬基體和形成于金屬基體表面上的聚合物單離子導體涂層。金屬基體選自由鋰、鈉和鋅組成的組。聚合物單離子導體涂層由i)磺化的基于四氟乙烯的含氟聚合物?共聚物的金屬鹽或ii)具有初始聚合物骨架和連接到所述初始聚合物骨架的側接金屬鹽基團的聚合物金屬鹽形成。

技術領域

本發明涉及一種包括聚合物單離子導體涂層的負電極。

背景技術

二次或者可充電金屬離子電池經常被用于許多固定式和便攜式設備，例如在消費類電子產品、汽車/機動車、醫療設備、機械、機器人和航空航天工業所遇到的那些。二次或者可充電金屬離子電池的實例包括鋰基電池、鈉基電池和鋅基電池。在機動車工業中，金屬離子電池可以適用于電動車輛，例如混合電動車輛(HEV)、電池電動車輛(BEV)、插入式HEV、以及增程式電動車輛(EREV)。鋰類電池由于各種原因已經獲得了普及，包括相對高的能量密度，高功率容量，與其它種類的可充電電池相比時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。鋰電池在其有用的壽命期間進行重復功率循環的能力，使他們成為一個有吸引力和可靠的電源。

發明內容

一種負電極，包括金屬基體和形成于金屬基體表面上的聚合物單離子導體涂層。金屬基體選自由鋰、鈉和鋅組成的組。聚合物單離子導體涂層由i)磺化的基于四氟乙烯的含氟聚合物-共聚物的金屬鹽或者ii)具有初始聚合物骨架和連接到初始聚合物骨架的側接金屬鹽基團的聚合物金屬鹽形成。

附圖說明

通過參照以下詳細的說明和附圖，本發明實例的特征將變得清楚，其中相同的附圖標記對應于相似但可能不相同的部件。為了簡明起見，具有前述功能的附圖標記或特征可以結合示出它們的其他附圖進行說明或可以不說明。

圖1是本文所公開的負電極的一個實例的示意圖；

圖2A是本文所公開的電化學電池的一個實例的示意圖；

圖2B是本文所公開的電化學電池的另一個實例的示意圖；

圖3是示出針對兩個實例聚合物單離子導體的比電導率(以mS·cm^-1為單位)對1000/T(K^-1)的圖表；以及

圖4是示出包括鋰電極和形成于鋰電極之一的表面上的聚合物單離子導體涂層的電化學電池的循環性能(電壓(V)對以秒為單位的時間)的圖表。

具體實施方式

鋰、鈉和鋅全都是合適的負電極材料，部分是因為他們各自的高比容量(例如，鋰為～3860mAh/g，鈉為1165mAh/g，鋅為820mAh/g)。然而，這些材料的每種在電池循環過程中都容易形成枝晶。枝晶是薄的導電纖絲，其可以縮短電池續航，降低電池的不當使用耐受性，并減少電池的整體壽命。

在本文所公開的實例中，枝晶生長通過分別在鋰、鈉或鋅金屬基體表面上形成基本均勻分布的鋰、鈉或鋅而抑制。聚合物單離子(Li⁺、Na⁺或Zn⁺)導體形成為金屬基體上的涂層。聚合物單離子導體由i)磺化的基于四氟乙烯的含氟聚合物-共聚物的金屬鹽或ii)具有初始聚合物骨架和連接到初始聚合物骨架的側接金屬鹽基團的聚合物金屬鹽形成。在磺化的基于四氟乙烯的含氟聚合物-共聚物的實例中，金屬鹽形成于每個側接基團的端部。在聚合物金屬鹽的實例中，金屬鹽基團連接到沿聚合物骨架的特定位置。金屬基體上聚合物單離子導體的涂層將金屬鹽基團的陽離子-聚陰離子相對均勻地定位在金屬基體上。

相對/基本上均勻分布的陽離子使得在電池循環過程中電流能分布相對/基本上均勻。已經發現，當使用本文所公開的實例聚合物單離子(Li⁺、Na⁺或Zn⁺)導體使電流分布相對/基本上均勻時，枝晶生長能夠得到抑制。