[發明專利]用于最小化陰極過渡金屬溶解的電極添加劑和涂層

在審

• 申請號: 202010978927.8
• 申請日: 2020-09-17
• 公開（公告）號: CN112531138A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 肖興成;劉津;J.徐;蔡梅;曾曙明
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M4/139;H01M4/62;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 徐厚才;楊思捷

本申請涉及用于最小化陰極過渡金屬溶解的電極添加劑和涂層。提供了包含電極活性材料和陶瓷氫氟酸(HF)清除劑的電極。所述陶瓷氫氟酸(HF)清除劑包括M₂SiO₃、MAlO₂、M₂O?Al₂O₃?SiO₂或其組合，其中M為鋰(Li)、鈉(Na)或其組合。還提供了制造所述電極的方法。

技術領域

本申請涉及包含電極活性材料和陶瓷氫氟酸(HF)清除劑的電極以及制造所述電極的方法。

背景技術

本部分提供了與本公開相關的背景信息，其不一定是現有技術。

電化學能量存儲裝置，例如鋰離子蓄電池(batteries)，可用于各種產品中，包括汽車產品，例如起停系統(例如12V起停系統)，蓄電池輔助系統(μBAS)，混合動力電動車輛(HEV)和電動車輛(EV)。典型的鋰離子蓄電池包括兩個電極、隔離件和電解質。鋰離子蓄電池還可包括各種端子和封裝材料。在電化學電池(cells)中，例如在鋰離子蓄電池中，兩個電極中的一個充當正電極或陰極，另一個電極充當負電極或陽極。常規可再充電鋰離子蓄電池通過在負電極和正電極之間可逆地來回傳遞鋰離子來工作。例如，鋰離子可在蓄電池充電期間從正電極移動到負電極，并在蓄電池放電時以相反方向移動。隔離件和/或電解質可設置在負電極和正電極之間。電解質適于在電極之間傳導鋰離子(或在鈉離子蓄電池的情況下傳導鈉離子)并且與兩個電極一樣可以是固體形式、液體形式或固-液雜化形式。在包括設置在固態電極之間的固態電解質的固態蓄電池的情況中，固態電解質物理地分離電極從而不需要單獨的隔離件。

鋰離子蓄電池通常包括陰極活性材料和液體電解質，所述陰極活性材料包括過渡金屬(例如LiMnO₂)，所述液體電解質包括例如在碳酸酯基有機溶劑中的LiPF₆。然而，尤其是在從約40℃到約60℃的升高的溫度，電解質中的水可以與 LiPF₆反應生成HF、LiF和H₃PO₄。HF可以與陰極活性材料反應，引起過渡金屬離子(例如Mn²⁺)的釋放。這種過渡金屬離子釋放現象被稱為過渡金屬溶解。作為過渡金屬溶解的結果，過渡金屬離子可以沉淀回到陰極上或遷移到并變得沉積在陽極上，導致陰極活性材料損失、容量衰減、對固體電解質界面層的破壞和/或阻斷鋰嵌入到負電極中。因此，為了清除HF，已經用陶瓷材料SiO₂和Al₂O₃涂覆隔離件。所述SiO₂和Al₂O₃與HF反應分別生成水合物SiF₄?XH₂O和AlF₃?XH₂O。然而，在升高的溫度，水分子從所述水合物釋放，促進LiPF₆的進一步水解。因此，需要在升高的溫度不釋放水的HF清除劑。

發明內容

本部分提供了本公開的一般概述，而不是其全部范圍或其所有特征的全面公開。

在各個方面中，本申請的技術提供了包含電極活性材料和陶瓷氫氟酸(HF)清除劑的電極，其中所述陶瓷HF清除劑包括M₂SiO₃、MAlO₂、M₂O-Al₂O₃-SiO₂或其組合，其中M為鋰(Li)、鈉(Na)或其組合。

在一個方面中，所述陶瓷HF清除劑包括 Li₂SiO₃、LiAlO₂、Li₂O-Al₂O₃-SiO₂ 或其組合。