[發明專利]具有陰離子導電聚合物的可再充電蓄電池

有效

• 申請號: 202011211648.5
• 申請日: 2020-11-03
• 公開（公告）號: CN112886135B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: S·卡耶;W·A·布拉夫;M·N·勒克亞諾瓦;G·E·洛夫內斯
• 申請（專利權）人: 蘋果公司
• 主分類號: H01M50/414
• 分類號: H01M50/414;H01M50/44;H01M50/463;H01M10/28
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 黃倩

本發明描述了蓄電池，該蓄電池包括陰極材料和陽極材料，以及將該陰極材料與該陽極材料分開的聚合物材料。該聚合物材料具有至少約50mS/cm的氫氧根離子電導率，以及至少約10:1的氫氧根離子與至少一種類型的金屬離子的擴散比率。本發明還描述了制造蓄電池的方法，該方法包括在該蓄電池的第一電極和第二電極之間形成聚合物材料層。在附加方法中，將該聚合物材料涂覆在該蓄電池的電極中的至少一個電極上。在另外的方法中，將該聚合物材料與電極材料中的至少一種電極材料混合以制造摻入到該電極中的復合電極材料。

相關專利申請的交叉引用

本申請要求2019年11月13日提交的美國申請序列號16/683088的部分繼續申請的優先權的權益，該美國申請序列號16/683088是2019年11月12日提交的美國申請序列號16/613094的部分繼續申請，該美國申請序列號16/613094是2018年5月17日提交的國際申請PCT/US2018/033218的國家階段申請，該國際申請PCT/US2018/033218要求2017年5月19日提交的美國申請序列號62/508487的權益。這些專利申請的整個公開內容據此以引用方式并入以用于所有目的。

技術領域

本發明技術涉及蓄電池和蓄電池部件。更具體地講，本技術涉及在可再充電蓄電池單元設計中的聚合物摻入。

背景技術

在蓄電池供電的設備中，電極離子擴散可與容量損失和電極劣化相關聯。為了保持足夠的電解質移動，分隔件設計可包括可加劇這些問題的孔隙度水平。需要改善的設計。

發明內容

本技術涉及儲能設備，該儲能設備包括蓄電池單元和蓄電池，可包括具有各種形狀的鋅堿性蓄電池或鋰離子蓄電池，該鋅堿性蓄電池或鋰離子蓄電池包括卷繞單元和堆疊單元，該堆疊單元可為或包括雙極性蓄電池以及在任何取向(例如包括垂直和水平)堆疊的蓄電池。這些設備可以包括基于電流通過該單元部件的z方向傳輸而配置的集電器，盡管基于xy方向的電流傳輸配置的集電器也可以受益于本設計，以及卷繞型、圓柱形、棱柱形和其他蓄電池構型。該單元可包括許多特征部和材料構型，如將在整個公開內容中描述的。

本技術的儲能設備、蓄電池單元和蓄電池可包括第一集電器和第二集電器。蓄電池可包括與第一集電器耦接的陽極材料。蓄電池可包括與第二集電器耦接的陰極材料。該蓄電池還可包括耦接在該陰極材料與該陽極材料之間的聚合物材料。該聚合物材料的特征可在于陽離子主鏈。該聚合物材料可被配置為選擇性地提供跨聚合物材料的陰離子傳輸，同時限制跨聚合物材料的陽離子傳輸。

在一些實施方案中，該聚合物材料進一步被配置為提供氫氧根陰離子跨聚合物材料的傳輸，同時限制含金屬的陰離子絡合物跨聚合物材料的傳輸。該蓄電池還可包括定位在陽極材料和陰極材料之間的分隔件。該聚合物材料可與該分隔件耦接。該聚合物材料可定位在該分隔件和該陽極材料之間，或者可定位在該分隔件和該陰極材料之間。在示例性蓄電池中，陽極材料可包括含鋅材料，并且陰極材料可包括含錳材料，但也可使用金屬的其他組合。例如，陰極材料可包括氫氧化鎳，α二氧化錳，δ二氧化錳，γ二氧化錳或氧化銀，以及可在相似電位下工作的其他金屬氧化物和氫氧化物材料。該蓄電池還可包括KOH溶液作為蓄電池的電解質。該聚合物材料可被配置為提供氫氧根離子在聚合物材料上的分布，并且可被配置為限制大于氫氧根的含金屬離子或陰離子分子行進跨過或穿過聚合物材料。該聚合物材料可在聚合物材料的側向區域處與第一集電器或第二集電器耦接。該聚合物材料的特征可在于小于0.1mm的厚度。該聚合物材料的特征可在于水相對于金屬離子的擴散比率大于1000。在一些實施方案中，聚合物材料可被官能化以包括與陽離子主鏈締合的氫氧根陰離子。

本技術還涵蓋包括陽極活性材料的蓄電池單元。該蓄電池單元可包括陰極活性材料。蓄電池單元可包括定位在陽極活性材料與陰極活性材料之間的分隔件。該單元還可包括與陽極活性材料或陰極活性材料中的至少一者混合的粘結劑。該粘結劑可包括聚合物材料，該聚合物材料被配置為選擇性地提供跨聚合物材料的陰離子傳輸，同時限制跨聚合物材料的陽離子傳輸。