[發明專利]改進鋰離子電池中的離子液體電解質的性能的方法

在審

• 申請號: 201980076545.1
• 申請日: 2019-10-09
• 公開（公告）號: CN113169294A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: S-H·李;A·海斯特
• 申請（專利權）人: 科羅拉多大學董事會
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M4/36;H01M10/052;H01M10/0568
• 代理公司: 北京市聯德律師事務所 11361
• 代理人: 黃大正;張來光

描述了改進儲能裝置的性能的方法。方法可以包括提供儲能裝置，該儲能裝置可以是鋰離子電池。提供的儲能裝置可以包括電極和室溫離子液體電解質。室溫離子液體電解質可以包括鋰鹽，其中室溫離子液體中鋰鹽的濃度大于1.2M，比如2.4M至3.0M。方法還可以包括對提供的儲能裝置進行充電和放電。描述的其他方法包括提供包括電極和室溫離子液體電解質的儲能裝置，將儲能裝置加熱到高于環境溫度(例如，45℃)的溫度和對儲能裝置進行充電和放電。其他方法包括使用高鋰鹽濃度的室溫離子液體電解質和對儲能裝置進行加熱。

相關申請的交叉引用

本申請要求2018年10月9日提交的名稱為“METHODS TO IMPROVE PERFORMANCE OFIONIC LIQUID ELECTROLYTES IN LITHIUM-ION BATTERIES”的美國臨時專利申請號62/743,426的權益和優先權，其全部內容通過引用并入本文。名稱為“Ionic Liquid-EnabledHigh-Energy Li-Ion Batteries”的美國專利申請公開號2018/0006294和名稱為“StableSilicon-Ionic Liquid Interface Lithium-Ion Batteries”的美國專利申請公開號2017/0338474的全部內容也通過引用并入本文。

技術領域

本申請涉及改進鋰離子電池中的離子液體電解質的性能的方法，并且更具體地涉及至少改進鋰離子電池的高循環(充電/放電)倍率下的性能、長期(整體)循環性能或二者。

背景技術

盡管常規有機電解質溶液易于因熱失控(thermal runaway)而自燃，但是已經證明室溫離子液體(在本文也簡稱為離子液體)是一種更安全且電化學性能更優越的電解質替代品。離子液體電解質不僅是不易燃且不揮發的，而且在許多高能電極材料上形成良好的鈍化層，從而有效地保護那些材料免于循環誘導的衰減(cycling-induceddegradation)，并且使得能夠更充分地利用活性材料。然而，由于與有機電解質相比，其粘度較高并且離子電導率較低，因此大多數離子液體電解質在高充電和放電倍率下的性能較差。因此，差的倍率容量(rate capability)通常被認為是離子液體電解質的主要缺點之一。

因此，需要改進鋰離子電池中的離子液體電解質的性能的方法。

附圖說明

圖1是示出根據本文所述的各種實施方案的改進儲能裝置性能的方法的流程圖。

圖2A和2B是示出先前已知的儲能裝置的循環性能的曲線圖。

圖3A和3B是示出根據本文所述的各種實施方案的儲能裝置的循環性能的曲線圖。

圖4是示出根據本文所述的各種實施方案的儲能裝置的離子電導率和鋰離子轉移數測量值的曲線圖。

圖5是示出根據本文所述的各種實施方案的改進儲能裝置性能的方法的流程圖。

圖6A和6B是示出根據本文所述的各種實施方案的儲能裝置的循環性能的曲線圖。

圖7是示出根據本文所述的各個實施方案的改進儲能裝置性能的方法的流程圖。

具體實施方式

本文描述了用于改進鋰離子電池中的離子液體電解質的性能的方法的各種實施方案。在一些實施方案中，方法包括在離子液體電解質中使用高濃度的鋰鹽，以顯著地增加離子液體電解質在高充電/放電倍率下的動力學容量。在一些實施方案中，方法包括在循環期間使用環境加熱，以改進離子液體電解質的整體循環性能。在一些實施方案中，高鋰鹽濃度和環境加熱二者被用于改進離子液體電解質性能。

參照圖1，根據本文所述的各種實施方案的用于改進鋰離子電池中的離子液體電解質的性能的方法100一般包括：提供儲能裝置的步驟110，該儲能裝置包括具有增加的鋰鹽濃度的室溫離子液體電解質；和對儲能裝置進行充電和放電的步驟120。