[發明專利]基于鈦酸鋰的鋰離子電池的混合電解質設計

在審

• 申請號: 201910795273.2
• 申請日: 2019-08-27
• 公開（公告）號: CN110875494A
• 公開（公告）日: 2020-03-10
• 發明（設計）人: 文卡塔拉馬尼·阿南丹;安德魯·羅伯特·德雷斯;丹尼爾·默里;馬修·丹林格
• 申請（專利權）人: 福特全球技術公司
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/0562;H01M10/0525
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 王秀君;魯恭誠

本公開提供“基于鈦酸鋰的鋰離子電池的混合電解質設計”。根據一個或多個實施例，鋰離子電池包括：陽極，其包括鈦酸鋰(LTO)粒子和固體電解質粒子，它們被配置為在其間形成界面層；陰極，其包括活性材料、電子導體和非固體電解質；以及離子導電且液體不可滲透的固體電解質隔板。所述固體電解質隔板與所述陽極和陰極直接接觸并介于其間，并且被配置為通過將所述非固體電解質與所述LTO粒子隔離來防止所述非固體電解質的還原。

技術領域

本公開涉及一種鋰離子電池，并且更具體地涉及用于減少鋰離子電池中的析氣的組分。

背景技術

常規的基于鈦酸鋰(LTO)的鋰離子電池使用液體電解質。在某些狀況(諸如電壓和溫度異常)下，鈦酸鋰(LTO)電池中的液體電解質可以在活性材料的界面層(interphaselayer)處發生反應以釋放由于液體電解質的還原而產生的熱量和氣體。如果電池單元內部的壓力變得太高，則氣體可能排放到周圍環境中并可能形成燃料-空氣混合物。可以由火花或由通過電解質與電極材料之間的反應產生的熱量點燃燃料-空氣混合物。此外，當使用液體電解質時的‘析氣’會使電池的功率密度和循環穩定性惡化。析氣的速率和量受各種參數的影響，所述參數包括電解質溶劑類型、電解質溶質類型、電解質中的水痕、電池的溫度和荷電狀態。

在鋰離子電池中發生析氣的主要區域是LTO-電解質界面層。為了解決析氣問題，可以將添加劑(諸如例如用于降低可燃性的阻燃劑)添加到電解質中。然而，這些添加劑可能是昂貴的并且可能顯著降低電池單元性能。另外，一些添加劑可能與活性材料不具有化學穩定性，并且在某些情況下可能不起作用。另外，盡管已提出了LTO上的碳或陶瓷涂層以及電解質的有機添加劑有助于減少界面層處的析氣，但是涂層和添加劑通常在高溫狀況下無效。

發明內容

根據一個或多個實施例，鋰離子電池包括：陽極，其包括鈦酸鋰(LTO)粒子和固體電解質粒子，它們被配置為在其間形成界面層；陰極，其包括活性材料、電子導體和非固體電解質；以及離子導電且液體不可滲透的固體電解質隔板。所述固體電解質隔板與所述陽極和陰極直接接觸并介于其間，并且被配置為通過將所述非固體電解質與所述LTO粒子隔離來防止所述非固體電解質的還原。

根據至少一個實施例，所述固體電解質隔板相對于所述非固體電解質可能是不可滲透的。在一些實施例中，所述陽極還可以包括碳。在一個或多個實施例中，所述LTO材料粒子可以是還原LTO。在一些實施例中，所述固體電解質粒子可以是聚合物電解質粒子。在至少一個實施例中，所述固體電解質隔板可以是聚合物電解質隔板。在其他實施例中，所述固體電解質粒子和所述固體電解質隔板可以是聚合物電解質。在一個或多個實施例中，所述非固體電解質可以是液體電解質。在其他實施例中，所述非固體電解質可以是凝膠電解質。

根據一個或多個實施例，一種電池包括離子導電且液體不可滲透的固體電解質隔板；以及陽極和陰極，它們在所述隔板的相對側上并與所述隔板直接接觸。所述陰極包括非固體電解質，并且所述陽極包括還原的鈦酸鋰粒子和固體電解質粒子，它們被配置為在其間形成界面層。所述隔板被布置為將所述非固體電解質與所述界面層隔離以防止所述非固體電解質的還原。

根據至少一個實施例，所述固體電解質可以是聚合物電解質。在一個或多個實施例中，所述固體電解質可以是無機電解質。在一些實施例中，所述固體電解質隔板可以是聚合物電解質。根據一個或多個實施例，所述固體電解質隔板相對于所述非固體電解質可能是不可滲透的。在某些實施例中，所述非固體電解質可以是液體電解質。

根據一個或多個實施例，一種形成鋰離子電池的方法包括：提供陽極，所述陽極具有鈦酸鋰(LTO)粒子和固體電解質粒子，它們被配置為在其間形成界面層；提供包括非固體電解質的陰極；以及通過由與所述陽極和陰極直接接觸并介于其間的離子導電且液體不可滲透的固體電解質隔板將所述非固體電解質與所述LTO粒子隔離來防止所述非固體電解質的還原。