[發明專利]高能量密度鋰金屬聚合物電池

有效

• 申請號: 201780018337.7
• 申請日: 2017-03-17
• 公開（公告）號: CN109075338B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 雷諾·布歇;馬克·德尚
• 申請（專利權）人: 布魯技術公司;格勒諾布爾綜合理工學院
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M10/052;H01M10/0565;H01M4/38;H01M4/40
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 孫微;金小芳

1.鋰金屬聚合物電池，包括：

-至少一個負極，其包含鋰金屬或鋰金屬合金，

-至少一個正極，其包含至少一種活性材料、至少一種嵌段共聚物P₁和至少一種產生電子傳導性的試劑，所述活性材料的相對于Li⁺/Li的電位等于或高于4V，所述正極任選地由集流體負載，和

-至少一種固體聚合物電解質，其包含：

*至少一種嵌段共聚物P₁，或

*至少一種鋰鹽和至少一種基于聚(氧化乙烯)的聚合物材料，其選自聚苯乙烯-聚(氧化乙烯)嵌段共聚物、聚苯乙烯-聚(氧化乙烯)-聚苯乙烯嵌段共聚物、與增強劑結合的聚(氧化乙烯-統計共聚-氧化丙烯)統計共聚物、與增強劑結合的聚(氧化乙烯-統計共聚-氧化丁烯)統計共聚物以及與增強劑結合的聚(氧化乙烯)，

所述增強劑選自纖維素納米原纖維、陶瓷納米顆粒和氟化聚合物或共聚物，

所述鋰金屬聚合物電池的特征在于：

*所述正極的活性材料選自橄欖石型活性材料，其選自式LiT_tT'_1-tPO₄的物質，其中0＜t＜1，并且T和T'不同，T和T'選自Fe、Mn、Co、Ni和Ti，以及式LiMg_yMn_1-yPO₄的物質，其中0＜y≤0.2，以及

*所述嵌段共聚物P₁為AB型二嵌段共聚物或BAB型三嵌段共聚物，其中A嵌段為數均分子量小于或等于100kDa的未取代的聚氧化乙烯鏈；而B嵌段為這樣的陰離子聚合物，其能夠由一種或多種乙烯基單體經下式(I)的磺?；?三氟甲基磺?；?酰亞胺鋰(TFSILi)鹽的陰離子取代而獲得：

其中*表示式(I)的所述陰離子與所述乙烯基單體之間經由共價鍵、具有1至5個碳原子的直鏈烷基鏈或具有1至5個碳原子的直鏈烷氧基鏈連接的連接點，并且

*所述正極的嵌段共聚物P₁的乙烯基單體為選自苯乙烯磺?；?三氟甲基磺?；?酰亞胺鋰及其衍生物的芳香族乙烯基單體。

2.根據權利要求1所述的電池，其特征在于，所述正極和所述固體聚合物電解質的嵌段共聚物P₁的A嵌段包含225至2250個氧化乙烯單元。

3.根據權利要求1或2所述的電池，其特征在于，所述正極和所述固體聚合物電解質的嵌段共聚物P₁的A嵌段的平均分子量為10kDa至60kDa。

4.根據權利要求1或2所述的電池，其特征在于，所述固體聚合物電解質的嵌段共聚物P₁的乙烯基單體為選自苯乙烯磺?；?三氟甲基磺?；?酰亞胺鋰的芳香族乙烯基單體及其衍生物。

5.根據權利要求1或2所述的電池，其特征在于，所述正極的嵌段共聚物P₁選自P(STFSILi)-b-PEO-b-P(STFSILi)型的三嵌段共聚物。

6.根據權利要求5所述的電池，其特征在于，所述正極的嵌段共聚物P₁中，P(STFSILi)/PEO比率為50重量％至70重量％。

7.根據權利要求1或2所述的電池，其特征在于，所述固體聚合物電解質的嵌段共聚物P₁的乙烯基單體為非芳香族乙烯基單體，其選自磺?；?三氟甲基磺酰基)酰亞胺丙烯酸鋰、磺酰基(三氟甲基磺?；?酰亞胺甲基丙烯酸鋰、磺酰基(三氟甲基磺?；?酰亞胺丙烯酰胺鋰、磺?；?三氟甲基磺?；?酰亞胺甲基丙烯酰胺鋰、乙烯-磺酰基(三氟甲基磺?；?酰亞胺鋰、丙烯-磺?；?三氟甲基磺?；?酰亞胺鋰、二烯-磺酰基(三氟甲基磺酰基)酰亞胺鋰和馬來酰亞胺-磺?；?三氟甲基磺?；?酰亞胺鋰。

8.根據權利要求1或2所述的電池，其特征在于，所述固體聚合物電解質包含至少一種嵌段共聚物P₁，并且不包含除如權利要求1中所定義的式(I)的物質之外的鋰鹽，所述式(I)的物質通過其陰離子接枝到B嵌段上。