[发明专利]用于高电压锂离子电池的基于聚(酮)的聚合物电解质

说明书

已经合成了新的基于聚(酮)的聚合物。当这些聚合物与电解质盐混合时，此类聚合物电解质在锂电池电芯中显示出优异的电化学氧化稳定性。它们的稳定性以及它们优异的离子传导性质使它们尤其适于作为高能量密度锂电池电芯中的电解质。

发明背景。

发明领域

本发明一般涉及用于锂电池的电解质，更具体涉及尤其适于在阴极中和在高电压下使用的电解质。

越来越多的锂电池制造商正在使用下一代阴极材料如NCA（锂镍钴铝氧化物）、NCM（锂镍钴锰氧化物）和高能量NCM（HE-NCM-富镁的锂镍钴锰氧化物）以利用其潜在的高重量能量密度（高达300-500 Wh/kg）、其良好的倍率性能及其长期稳定性。用此类氧化物阴极材料制成的电芯通常在比用橄榄石阴极材料如LFP（磷酸铁锂）制成的电芯（例如3.6-3.8V）更高的电压（例如高达4.7 V）下运行。在LFP电芯的较低电压下稳定的电解质可能难以在更高电压下运行，尤其是在阴极中。氧化形式的降解可能导致在电芯寿命早期的容量下降。

因此，需要开发尤其良好适于在下一代阴极材料的高电压条件下运行的电解质。

发明概述

在本发明的一个实施方案中，描述了一种聚合物。该聚合物包括下式所述的基于酮的聚合物结构：

其中a为1至10的整数；b为1至10的整数；且n为1至1000的整数。每个Z和Z₁独立地选自：

其中c为0至10的整数；每个R₁独立地选自氢、甲基、乙基、丙基和异丙基；并且每个R独立地选自：

其中d、e和f是整数，并且每个整数独立地为0至10；并且每个X独立地选自氢、氟、甲基、乙基、异丙基和三氟甲基。

在本发明的一些实施方案中，本文中描述的任何聚合物与电解质盐混合并可以用作聚合物电解质。

在本发明的一些实施方案中，本文中描述的任何聚合物电解质进一步包括陶瓷电解质粒子。

在一些设置中，本文中描述的任何聚合物是交联的，并可以或可以不与电解质盐混合用作聚合物电解质。

在本发明的一个实施方案中，正电极包括正电极活性材料；以及包含本文中所述的任何电解质的阴极电解质。正电极活性材料粒子与阴极电解质混合在一起。该阴极电解质还可以包括固体聚合物电解质。该阴极电解质还可以包括陶瓷电解质粒子。该阴极电解质可以是交联的。该阴极电解质可以含有为锂盐的电解质盐。

所述正电极活性材料可以是磷酸铁锂、锂金属磷酸盐、五氧化二钒、锂镍钴铝氧化物、锂镍钴锰氧化物、富镁的锂镍钴锰氧化物、锂锰尖晶石、锂镍锰尖晶石及其组合中的任一种。

在本发明的另一实施方案中，电化学电芯包括配置为吸收和释放锂离子的阳极；包含阴极活性材料粒子、电子导电添加剂和第一阴极电解质的阴极；与阴极外表面相邻的集流体；和阳极与阴极之间的隔板区域，该隔板区域包含配置为促进锂离子在阳极与阴极之间来回移动的隔板电解质。该第一阴极电解质可以包括任何本文中描述的电解质。该第一阴极电解质还可以含有陶瓷电解质粒子。该第一阴极电解质可以是交联的。该电解质盐可以是锂盐。

该第一阴极电解质和/或该隔板电解质还可以含有固体聚合物电解质。在一种布置中，该第一阴极电解质与该隔板电解质是相同的。

在一种布置中，在阴极与隔板区域之间存在覆盖层。该覆盖层包括第二阴极电解质，其可以是任何本文中公开的电解质。该第一阴极电解质与该第二阴极电解质可以是或不是相同的。

该阳极可以含有锂金属、锂合金、钛酸锂、石墨和硅中的任一种。

附图概述