[發(fā)明專利]用于鋰離子電池的前驅(qū)體材料及制造鋰離子電池的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811518167.1
• 申請日: 2018-12-12
• 公開（公告）號: CN109994770B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 莎拉·阿布阿里;鄭富林;傅麗
• 申請（專利權(quán)）人: 納米及先進(jìn)材料研發(fā)院有限公司
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M10/0565;H01M10/058
• 代理公司: 深圳宜保知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44588
• 代理人: 王琴;曹玉存

一種用于鋰離子電池的前驅(qū)體材料及制造鋰離子電池的方法，該前驅(qū)體材料是可UV固化的和可印刷的，且能夠兼作隔膜紙和固態(tài)電解質(zhì)。前驅(qū)體材料包括溶解在一種或多種有機(jī)溶劑中的鋰鹽，重量百分比含量為約4％至約10％的可UV固化的單體，UV光引發(fā)劑，重量百分比含量為小于前驅(qū)體材料的約5％的一種或多種基體離子導(dǎo)電聚合物，以及陶瓷粉末。前驅(qū)體材料在被固化的情況下具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，以起到防止鋰離子電池陰極和鋰離子電池陽極之間電短路的隔膜紙的作用。它還具有足夠的導(dǎo)電性，以起到鋰離子電池的電解質(zhì)的作用。所提供的制造方法通過印刷可以允許形成具有復(fù)雜形狀的電池。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及可印刷的用作固態(tài)電解質(zhì)的前驅(qū)體材料，更具體地，涉及一種用于鋰離子電池的可印刷的用作固態(tài)電解質(zhì)的前驅(qū)體材料，該鋰離子電池?zé)o需隔膜紙。

背景技術(shù)

關(guān)于高性能鋰離子電池的需求不斷增加。新型柔性且可穿戴電子產(chǎn)品的發(fā)展推動了對更小型電池的研究。該產(chǎn)業(yè)的一個(gè)關(guān)注點(diǎn)是，開發(fā)具有高安全性的、尤其適于高溫情況下的柔性電池。特別需要指出的是，傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)的安全性問題已經(jīng)廣受關(guān)注，在高溫情況下，電解液滲漏可能會導(dǎo)致火災(zāi)或引起爆炸。因此，已經(jīng)有人對作為液態(tài)電解質(zhì)的替代品的固態(tài)電解質(zhì)進(jìn)行了研究。以往，聚合物電解質(zhì)主要是固態(tài)聚合物膜。這些聚合物膜需要額外的活化步驟，該步驟中，在組裝成電池之前，將膜浸漬在液態(tài)電解質(zhì)中。另一種方法使用具有更好濕潤性的粘性聚合物電解質(zhì)；但是，在沒有隔膜紙的情況下，其機(jī)械強(qiáng)度不足以防止陰極和陽極之間的短路。另外，固態(tài)電解質(zhì)較低的離子導(dǎo)電性和潤濕性可能導(dǎo)致使用固態(tài)電解質(zhì)的電池性能下降。

美國專利號4,792,504使用含有液體的聚合物網(wǎng)絡(luò)作為固態(tài)電解質(zhì)。它包括交聯(lián)的PEO網(wǎng)絡(luò)、金屬鹽和偶極性溶劑。在選擇合適的溶劑以溶解聚合物和金屬鹽之后，需要進(jìn)行固化步驟來蒸發(fā)聚合物溶劑，以獲得在室溫下具有2×10^-5S/cm的低離子電導(dǎo)率的電解質(zhì)膜。

美國專利號8,889,301公開了一種包含嵌段共聚物的凝膠聚合物電解質(zhì)，該嵌段共聚物具有用于離子流動的凝膠區(qū)域和用于機(jī)械支撐的剛性區(qū)域；它包括溶解在溶劑中的Li鹽。為合成嵌段共聚物，需要進(jìn)行多種不同且復(fù)雜的加工處理。通過壓縮成型可以獲得最終的薄膜，并且可以通過將該層凝膠聚合物電解質(zhì)夾在正極和負(fù)極之間來組裝電池。

WO2013169370公開了一種固態(tài)電解質(zhì)膜，其包含多八面體的硅倍半氧烷-苯基₇(BF₃Li)₃（polyoctahedral silsesquioxane-phenyl₇(BF₃Li)₃）和PEO的混合物。由于最終產(chǎn)品是硬質(zhì)固態(tài)薄膜，因此不能用作可印刷電解質(zhì)，并且其離子導(dǎo)電率在環(huán)境溫度下也較低。

2015年，李等人在《納米快報(bào)》2015年15卷第5168-5177頁發(fā)表了一種使用紫外線固化電解質(zhì)的固態(tài)形狀的鋰離子電池。電解質(zhì)基質(zhì)與陰極電極和陽極電極混合，這可以改善鋰離子傳輸?shù)倪\(yùn)動情況。所有陽極、陰極和電解質(zhì)都是用模版印制，每次印刷后進(jìn)行UV照射步驟。所有步驟都需要在手套箱內(nèi)進(jìn)行，使得處理過程變得困難。因?yàn)殡娊赓|(zhì)基質(zhì)與陰極糊和陽極糊混合，所以該工藝過程會更復(fù)雜。

NEI公司開發(fā)了聚合物基固態(tài)電解質(zhì)和無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)，其包括超離子導(dǎo)電氧化物或硫化物基材料。第一組是固態(tài)聚合物薄膜，鋰離子電導(dǎo)率接近10^-4S/cm，而第二組在室溫下的鋰離子電導(dǎo)率達(dá)到10^-4-10^-2S/cm。然而，無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)的生產(chǎn)成本非常高。

SEEO公司推出了一種固態(tài)電解質(zhì)DryLyte，它是一種聚合物基層，先涂在電極表面上，然后進(jìn)行熱固化處理。

離子材料公司已開發(fā)出包含與導(dǎo)電聚合物混合的離子化合物的固態(tài)聚合物電解質(zhì)膜，其室溫離子電導(dǎo)率為1.3×10^-3S/cm。