[发明专利]锂离子蓄电池

说明书

技术领域

技术领域通常涉及二次锂离子蓄电池和制备、使用它的方法。

背景技术

二次或者可再充电的锂离子蓄电池是众所周知的，并且经常用于多种固定式和便携式设备，例如在消费电子、汽车和航天工业中遇到的这些。锂离子类蓄电池由于各种原因已经获得了普及，包括但不限于，相对高的能量密度，当与其他类型的可再充电蓄电池相比一般不出现任何记忆效应，相对低的内阻，以及不使用时低的自放电率。

锂离子蓄电池通常通过可逆地在负极(有时称作阳极)和正极(有时称作阴极)之间传递锂离子工作。所述负极和正极位于微孔聚合物分隔体的相对侧，其中微孔聚合物分隔体被浸泡在适合传导锂离子的电解质溶液中。负极和正极每一个还被集流器容纳。与所述两个电极相关的集流器通过可中断的外部电路连接，所述外部电路允许电流在两个电极间传递以电平衡相关锂离子的迁移。用来生产锂离子蓄电池的这些各种部件的材料相当广泛。但通常，负极典型地包括锂插入主体材料，正极典型地包括基于锂的活性材料，其可以在低于负极的插入主体材料的能量状态下贮存锂金属，电解质溶液典型地含有溶解于非水溶剂的锂盐。

锂离子蓄电池，或者多个串联或并联的锂离子蓄电池，可以用来向相关负载设备可逆地供电。对开始于蓄电池放电的一个电力周期的简单讨论在这方面是有意义的。

作为开始，在放电过程中，锂离子蓄电池的负极包含高浓度的插入的锂而正极相对贫乏。在这种环境下负极和正极之间封闭的外部电路的建立引起插入的锂从负阳极的提取。然后提取的锂分解成锂离子和电子。锂离子被离子传导电解质溶液通过中间的聚合物分隔体的微孔从负极运送到正极，同时，电子通过外部电路从负极传导到正极(在集流器的帮助下)以平衡整个电化学电池。通过外部电路的电子流可以被利用并提供给负载设备直致负极中的插入的锂的水平降到可工作的水平以下或者用电需求停止。

在部分或全部可用容量放电后，锂离子蓄电池可以被再充电。为了给锂离子蓄电池充电或重新供电，将外部电源连接到正极和负极以驱动蓄电池放电电化学反应逆转。即，在充电过程中，外部电源提取正极中存在的插入的锂以产生锂离子和电子。锂离子被电解质溶液携带通过分隔体返回并且电子通过外部电路返回，二者都朝向负极。锂离子和电子最终在负极处重新结合，因此为负极补给插入的锂以供以后的蓄电池放电。

锂离子蓄电池在它们的使用寿命中经历这种重复的电力循环的能力使它们成为有吸引力和可靠的电源。但是，锂离子蓄电池技术不断地需要创新发展和贡献，以帮助提高这一技术领域和其它相关技术领域。

发明内容

本发明的一个示例性实施方案是用于锂离子蓄电池的微孔聚合物分隔体，其中一种或多种螯合剂可以连接其上。所述一种或多种螯合剂可以与金属阳离子络合但不与锂离子牢固地络合，使得在所述锂离子蓄电池工作过程中，锂离子跨过所述微孔聚合物分隔体的移动基本不受影响。

本发明的另一个示例性实施方案是锂离子蓄电池，其可以包括负极、正极和位于负极和正极之间的微孔聚合物分隔体。所述负极可以包含锂主体材料和聚合物粘合剂材料。所述正极可以包含基于锂的活性材料和聚合物粘合剂材料。一种或多种螯合剂可以连接到微孔聚合物分隔体、负极的粘合剂材料或正极的粘合剂材料的至少一种上。所述一种或多种螯合剂可以和金属阳离子络合但不与锂离子牢固地络合，使得锂离子在负极和正极之间的移动基本不受影响。

本发明的另一个示例性实施方案是锂离子蓄电池，其可以包含负极，正极，连接负极和正极的可中断的外部电路，位于负极和正极之间的连接有一种或多种螯合剂的微孔聚合物分隔体，以及能够传导浸入负极、正极和微孔聚合物分隔体中的锂离子的电解质溶液。微孔聚合物分隔体可以包含聚乙烯或聚丙烯的至少一种，并且具有包含所述螯合剂的侧基或不溶性聚合物结合基团。螯合剂可以与从正极浸出的金属阳离子络合。此外，螯合剂可以包含如下的至少一种：冠醚、多齿配体(podand)、套索醚、杯芳烃、杯冠化合物(calixcrown)、或者这些螯合剂的两种或更多种的混合物。

本发明进一步体现在如下方面：

1、用于锂离子蓄电池中的微孔聚合物分隔体，包含：

一种或多种连接到所述微孔聚合物分隔体的螯合剂，其中所述一种或多种螯合剂与金属阳离子络合但不与锂离子牢固地络合，使得在所述锂离子蓄电池的工作过程中锂离子跨过所述微孔聚合物分隔体的移动基本不受影响。

2、根据方面1所述的微孔聚合物分隔体，其中所述一种或多种螯合剂包含如下中的至少一种：冠醚、多齿配体、套索醚、杯芳烃、杯冠化合物、或者这些螯合剂的两种或更多种的混合物。