[發明專利]用于鋰金屬二次電池的保護鋰陽極的聚合物層及制造方法

在審

• 申請號: 201880038657.3
• 申請日: 2018-03-29
• 公開（公告）號: CN110915049A
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 潘寶飛;賀慧;阿茹娜·扎姆;張博增
• 申請（專利權）人: 納米技術儀器公司
• 主分類號: H01M10/052
• 分類號: H01M10/052;H01M10/0569;H01M2/02
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 艾娟;鄭霞

提供了一種鋰二次電池，所述鋰二次電池包括陰極、陽極以及布置在所述陰極與所述陽極之間的電解質或隔膜?電解質組件，其中所述陽極包括：(a)鋰或鋰合金的箔或涂層；以及(b)布置在所述箔/涂層與所述電解質(或隔膜?電解質組件)之間的高彈性聚合物的薄層，所述高彈性聚合物具有不小于2％的可恢復拉伸應變、在室溫下不小于10^?6S/cm的鋰離子電導率、以及從1nm至10μm的厚度，其中所述高彈性聚合物含有交聯的聚合物鏈網絡，所述交聯的聚合物鏈網絡在所述交聯的聚合物鏈網絡中具有醚鍵、腈衍生的鍵、過氧化苯甲酰衍生的鍵、環氧乙烷鍵、環氧丙烷鍵、乙烯醇鍵、氰基?樹脂鍵、三丙烯酸酯單體衍生的鍵、四丙烯酸酯單體衍生的鍵、或其組合。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2017年4月12日提交的美國專利申請號15/485,934的優先權，所述專利申請通過援引并入本文。

技術領域

本發明涉及具有鋰金屬層(呈薄的鋰的箔、涂層或片的形式)作為陽極活性材料的可再充電鋰金屬電池及其制造方法的領域。

背景技術

鋰離子和鋰(Li)金屬電芯(包括鋰-硫電芯、Li-空氣電芯等)被認為是用于電動車輛(EV)、混合電動車輛(HEV)和便攜式電子裝置，如膝上型計算機和手機的有前途的電源。與作為陽極活性材料的任何其他金屬或金屬插層化合物(除Li_4.4Si外)相比，鋰金屬具有最高的容量(3,861mAh/g)。因此，通常，可再充電Li金屬電池具有比鋰離子電池顯著更高的能量密度。

在歷史上，可再充電鋰金屬電池是使用具有高比容量的非鋰化化合物如TiS₂、MoS₂、MnO₂、CoO₂、和V₂O₅作為陰極活性材料生產的，這些陰極活性材料與鋰金屬陽極耦合。當電池放電時，鋰離子從鋰金屬陽極溶解并且通過電解質轉移到陰極，并且因此陰極變得鋰化。不幸的是，在循環時，鋰金屬導致枝晶的形成，最終引起電池中的不安全狀況。因此，在二十世紀九十年代早期停止了這些類型的二次電池的生產，取而代之的是鋰離子電池。

即使現在，對于EV、HEV和微電子裝置應用而言，循環穩定性和安全性問題依然是妨礙Li金屬電池進一步商業化的主要因素。這些問題主要是由于Li在重復充電-放電循環或過充電期間形成枝晶結構的高傾向性，導致內部電短路和熱失控。已經進行了許多嘗試來解決與枝晶有關的問題，如以下簡要概述的：

Fauteux等人[D.Fauteux等人,“Secondary Electrolytic Cell andElectrolytic Process[二次電解池和電解工藝]”，美國專利號5,434,021，1995年7月18日]將保護性表面層(例如多核芳烴和聚環氧乙烷的混合物)施加到金屬陽極，這使金屬離子從金屬陽極能夠轉移到電解質并返回。表面層也是電子導電的，所以在電沉積期間(即在電池再充電期間)，離子將被均勻地吸引回到金屬陽極上。Alamgir等人[M.Alamgir等人“Solid polymer electrolyte batteries containing metallocenes[含有金屬茂的固體聚合物電解質電池]”，美國專利號5,536,599，1996年7月16日]使用二茂鐵來防止基于固體聚合物電解質的可再充電電池中的化學過充電和枝晶形成。