[发明专利]锂离子电池

说明书

一种锂离子电池包括正极和负极，以及在电解质溶液中浸泡并设置在电极之间的纳米孔或微孔聚合物隔膜。包括至少两种不同的螯合剂并选择它们与以下离子络合：i)两种或更多种不同的过渡金属离子；ii)呈两种或更多种不同氧化态的过渡金属离子；或iii)，i)和ii)两者。所述至少两种不同的选择的螯合剂以足以在电池操作期间不影响锂离子移动穿过隔膜的方式与过渡金属离子络合。螯合剂：溶解或分散于电解质溶液中；接枝到隔膜的聚合物上；附着在负极和/或正极的粘合剂材料；设置在隔膜的孔内；涂覆在隔膜的表面上；和/或涂覆在电极的表面上。

技术领域

本公开大体上涉及锂离子电池。

背景技术

二次或可充电锂离子电池在例如消费电子、汽车和航空航天工业中遇到的许多固定和便携式设备中使用。锂离子类电池由于各种原因而得到普及，包括相对较高的能量密度、当与其他类型的可再充电电池相比时普遍地没有任何记忆效应、相对较低的内部电阻，以及不使用该电池时的低自放电率。锂电池在其使用寿命内经历反复充电-放电循环的能力使其成为有吸引力和可靠的电能源。

发明内容

锂离子电池包括包含粘合剂材料的正极、包括粘合剂材料的负极和浸泡在电解质溶液中的纳米孔或微孔聚合物隔膜，该纳米孔或微孔聚合物隔膜可操作地设置在正极和负极之间。电池中包含至少两种不同的螯合剂，并选择与以下离子络合：i)两种或更多种不同的过渡金属离子；ii)呈两种或更多种不同氧化态的过渡金属离子；或者iii)，i)和ii)两者。所述至少两种不同的选择的螯合剂以足以在锂离子电池操作期间不影响锂离子移动穿过纳米孔或微孔聚合物隔膜的方式与过渡金属离子络合。螯合剂为以下各者中的至少一者：溶解在电解质溶液中；作为替代侧基接枝到纳米孔或微孔聚合物隔膜的聚合物上；可操作地设置在隔膜的孔内；附着在负极的粘合剂材料；附着在正极的粘合剂材料；涂覆在隔膜的表面上；涂覆在负极的表面上；以及涂覆在正极的表面上。所述至少两种不同的螯合剂选自由多胺、硫醇和有机酸的碱金属盐组成的群组的分子形式的离子阱；用有机酸的碱金属盐官能化的聚合物；用含氮化学基团官能化的聚合物；用两个或多个官能团官能化的聚合物；用环状结构官能化的聚合物，所述环状结构其选自由以下组成的群组：冠醚、氮杂冠醚、穴醚、套索冠醚、杯芳烃、杯芳冠醚及其组合。

附图说明

通过参考以下详细描述和附图，本公开的实施例的特征将变得显而易见，其中相同的附图标记对应于相似但尽可能不相同的部件。为简明起见，具有在前描述功能的附图特性或特征可能未必会结合出现了它们的其它附图再作描述。

图1是用本文公开的聚合螯合剂的实施例形成的多孔隔膜的实施例的示意性横截面视图；

图2是包括涂覆有本文公开的聚合螯合剂的实施例的多孔隔膜的实施例的示意性横截面视图；

图3是包括涂覆有本文公开的聚合螯合剂的实施例的多孔膜的结构的正极的实施例的示意性横截面视图；

图4是放电状态下的锂离子电池的一个实施例的示意性立体图，其中电池的多孔隔膜包括本文公开的螯合剂的一个实施例；

图5是放电状态下的锂离子电池的一个实施例的示意性立体图，其中电池的多孔隔膜包括涂覆有本文公开的聚合螯合剂的实施例的多孔隔膜；

图6是放电状态下的锂离子电池的一个实施例的示意性立体图，其中电池的多孔隔膜包括涂覆有本文公开的聚合螯合剂的实施例的多孔隔膜；

图7是示出相比于两种Li_xMn₂O₄(LMO)粉末溶解的锰阳离子的相同相互关系的用于一组Mn²⁺参考溶液的集成电子顺磁共振(EPR)光谱(Y轴)和锰离子的总浓度(以ppm为单位的以原子吸收光谱(AAS)进行的测量)之间的相互关系的图表；