[發明專利]水溶液鋰離子電池及用于其中的電極與電極的制造方法

有效

• 申請號: 201910070603.1
• 申請日: 2019-01-24
• 公開（公告）號: CN110085802B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 吳弘俊;吳乃立;朱哲緯;林玉祥;張瑜修
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M10/36
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

一種水溶液鋰離子電池及用于其中的電極與電極的制造方法，其中，所述電極包括集電器、涂物層以及復合膜層。涂物層設置于集電器的至少一表面，且所述涂物層包括活性物質。復合膜層則設置于涂物層的一表面。復合膜層包括第一層與第二層，其中，第一層介于第二層與涂物層的所述表面之間，且第一層和第二層具有不同的水接觸角。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種水溶液鋰離子電池及用于其中的電極與電極的制造方法。

背景技術

目前，市售的鋰離子電池大多使用有機電解質。然而采用此類有機電解質的電池有其安全上的顧慮。由于人們對于儲能裝置的能量密度與功率密度需求與日俱增，進而導致有機電解質必須承受更大級數的工作電壓與工作電流。然而，以常見的酯類電解質溶劑為例，此種酯類電解質溶劑具有可燃與易于反應的化學特性，因此當鋰離子電池在大電流、長時間與高溫環境狀況下使用時，電解質可能會汽化、氧化，甚至燃燒；同時，作為最廣泛應用于鋰離子電池的溶質鹽類：六氟磷酸鋰(LiPF₆)，也存在熱穩定性差、遇水易分解及與高毒性等缺點。

因此，目前許多研究都開始探討鋰離子電池采用水溶液電解質的可能性。水溶液電解質具有高安全性、環境友善、低成本、高離子傳導率等優點。然而，采用水溶液電解質所面臨的最大問題在于水分子的工作電壓窗極小(1.23V)，一旦超過范圍即會產生水的分解反應，如此小的工作電壓范圍無法使水溶液鋰離子電池滿足當今高蓄電效能的需求。

近來有以雙(三氟甲磺酰基)亞胺鋰(Lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide，簡稱LiTFSI)作為溶質的水溶液用作電解質應用于鋰離子電池，此種電解質具有高溶解度的特性，當濃度高到21m(重量摩爾濃度：摩爾/千克)時，能使水溶液電解液工作電壓范圍從原先的1.23V擴大至到3V。然而，采用高濃度LiTFSI電解質擴大工作電壓的同時，卻也面臨了高成本的問題。

發明內容

本發明一方面提供一種水溶液鋰離子電池的電極，能擴大工作電壓窗，在低濃度水溶液電解質中就能達到傳統高濃度水溶液電解質的功效。

本發明另一方面提供一種水溶液鋰離子電池，能提升電池內部的離子遷移率、電導率并減少電量衰退。

本發明又一方面提供一種水溶液鋰離子電池的電極的制造方法，能在抑制產氫反應方面具有較佳效果，且具有良好的充放電可逆性與穩定性。

本發明的水溶液鋰離子電池的電極包括集電器、涂物層與復合膜層。涂物層設置于集電器的至少一表面，且所述涂物層包括活性物質。復合膜層則設置于涂物層的一表面，所述復合膜層包括第一層與第二層，其中第一層介于第二層與涂物層的所述表面之間，且所述第一層的水接觸角大于所述第二層的水接觸角。

本發明的水溶液鋰離子電池包括陰極、陽極、水溶液電解質以及置于陰極與陽極之間的隔離膜，其中，所述陽極是上述水溶液鋰離子電池的電極。

本發明的水溶液鋰離子電池的電極的制造方法包括提供集電器、在所述集電器的至少一表面上形成涂物層以及在所述涂物層的一表面上形成復合膜層。所述復合膜層包括第一層與第二層，其中所述第一層與所述第二層中至少一層是通過浸漬所形成，且所述第一層的水接觸角大于所述第二層的水接觸角。

基于上述，本發明提出具有極性不同的兩層結構的復合膜層，并將此復合膜層用于電極中，通過與具有活性物質的涂物層接觸的為水接觸角較大的第一層，并搭配外層為水接觸角較小的第二層，來抑制產氫反應(hydrogen evolution reaction，簡稱HER)，并提升水溶液鋰離子電池的工作電壓窗，進而穩定水溶液鋰離子電池的反應、抑制不可逆反應，延長循環壽命。另外，本發明提出的方法能擁有更好的抑制產氫效果，并得到充放電可逆性、穩定性以及循環效能較佳的電極。

附圖說明

圖1A為本發明實施例一的一種水溶液鋰離子電池的電極的剖面示意圖；