[发明专利]高能量密度锂金属聚合物电池

权利要求书

1.锂金属聚合物电池，包括：

-至少一个负极，其包含锂金属或锂金属合金，

-至少一个正极，其包含至少一种活性材料、至少一种嵌段共聚物P₁和至少一种产生电子传导性的试剂，所述活性材料的相对于Li⁺/Li的电位等于或高于4V，所述正极任选地由集流体负载，和

-至少一种固体聚合物电解质，其包含：

*至少一种嵌段共聚物P₁，或

*至少一种锂盐和至少一种基于聚(氧化乙烯)的聚合物材料，其选自聚苯乙烯-聚(氧化乙烯)嵌段共聚物、聚苯乙烯-聚(氧化乙烯)-聚苯乙烯嵌段共聚物、与增强剂结合的聚(氧化乙烯-统计共聚-氧化丙烯)统计共聚物、与增强剂结合的聚(氧化乙烯-统计共聚-氧化丁烯)统计共聚物以及与增强剂结合的聚(氧化乙烯)，

所述增强剂选自纤维素纳米原纤维、陶瓷纳米颗粒和氟化聚合物或共聚物，

所述锂金属聚合物电池的特征在于：

*所述正极的活性材料选自橄榄石型活性材料，其选自式LiT_tT'_1-tPO₄的物质，其中0＜t＜1，并且T和T'不同，T和T'选自Fe、Mn、Co、Ni和Ti，以及式LiMg_yMn_1-yPO₄的物质，其中0＜y≤0.2，以及

*所述嵌段共聚物P₁为AB型二嵌段共聚物或BAB型三嵌段共聚物，其中A嵌段为数均分子量小于或等于100kDa的未取代的聚氧化乙烯链；而B嵌段为这样的阴离子聚合物，其能够由一种或多种乙烯基单体经下式(I)的磺酰基(三氟甲基磺酰基)酰亚胺锂(TFSILi)盐的阴离子取代而获得：

其中*表示式(I)的所述阴离子与所述乙烯基单体之间经由共价键、具有1至5个碳原子的直链烷基链或具有1至5个碳原子的直链烷氧基链连接的连接点，并且

*所述正极的嵌段共聚物P₁的乙烯基单体为选自苯乙烯磺酰基(三氟甲基磺酰基)酰亚胺锂及其衍生物的芳香族乙烯基单体。

2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述正极和所述固体聚合物电解质的嵌段共聚物P₁的A嵌段包含225至2250个氧化乙烯单元。

3.根据权利要求1或2所述的电池，其特征在于，所述正极和所述固体聚合物电解质的嵌段共聚物P₁的A嵌段的平均分子量为10kDa至60kDa。

4.根据权利要求1或2所述的电池，其特征在于，所述固体聚合物电解质的嵌段共聚物P₁的乙烯基单体为选自苯乙烯磺酰基(三氟甲基磺酰基)酰亚胺锂的芳香族乙烯基单体及其衍生物。

5.根据权利要求1或2所述的电池，其特征在于，所述正极的嵌段共聚物P₁选自P(STFSILi)-b-PEO-b-P(STFSILi)型的三嵌段共聚物。

6.根据权利要求5所述的电池，其特征在于，所述正极的嵌段共聚物P₁中，P(STFSILi)/PEO比率为50重量％至70重量％。

7.根据权利要求1或2所述的电池，其特征在于，所述固体聚合物电解质的嵌段共聚物P₁的乙烯基单体为非芳香族乙烯基单体，其选自磺酰基(三氟甲基磺酰基)酰亚胺丙烯酸锂、磺酰基(三氟甲基磺酰基)酰亚胺甲基丙烯酸锂、磺酰基(三氟甲基磺酰基)酰亚胺丙烯酰胺锂、磺酰基(三氟甲基磺酰基)酰亚胺甲基丙烯酰胺锂、乙烯-磺酰基(三氟甲基磺酰基)酰亚胺锂、丙烯-磺酰基(三氟甲基磺酰基)酰亚胺锂、二烯-磺酰基(三氟甲基磺酰基)酰亚胺锂和马来酰亚胺-磺酰基(三氟甲基磺酰基)酰亚胺锂。

8.根据权利要求1或2所述的电池，其特征在于，所述固体聚合物电解质包含至少一种嵌段共聚物P₁，并且不包含除如权利要求1中所定义的式(I)的物质之外的锂盐，所述式(I)的物质通过其阴离子接枝到B嵌段上。