[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，以及浸泡在电解质溶液中、位于正极和负极之间的纳米多孔或微孔聚合物隔膜。还包括螯合剂，用于在锂离子电池工作期间与过渡金属离子相络合而不影响锂离子穿过隔膜的运动。螯合剂为：溶解在电解质溶液中；作为取代侧基接枝到隔膜的聚合物上；附着于负极和/或正极的粘合剂材料上；涂覆于隔膜的表面；和/或涂覆于负极和/或正极的的表面。螯合剂选自：呈分子形式的离子阱，其选自聚胺、硫醇以及有机酸的碱金属盐；有机酸的碱金属盐官能化的聚合物；含氮官能团官能化的聚合物；两种或更多官能团官能化的聚合物。

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用于许多固定和便携式装置中，例如在消费性电子产品、汽车和航空工业中遇到的那些装置。锂离子类电池由于以下种种原因而受到欢迎，包括：相对较高的能量密度，当与其他种类的可充电电池相比时普遍缺乏任何记忆效应，相对低的内阻，以及在未使用时相对低的自放电速率。锂电池在其有用的寿命期间经历重复的充电放电循环的能力使得其成为有吸引力且可靠的电能来源。

发明内容

锂离子电池包括正极、负极以及浸泡在电解质溶液中的纳米多孔或微孔聚合物隔膜，正极包括粘合剂材料，负极包括粘合剂材料，纳米多孔或微孔聚合物隔膜操作性地设置在正极与负极之间。一种或多种螯合剂被包含在电池中，以足以不影响在锂离子电池工作期间锂离子在纳米多孔或微孔聚合物隔膜上的移动的方式来与过渡金属离子络合。螯合剂为以下至少一种：溶解在电解质溶液中；接枝到纳米多孔或微孔聚合物隔膜的聚合物上作为取代侧基；操作性地设置在隔膜的孔内；附接到负极的粘合剂材料；附接到正极的粘合剂材料；涂覆在隔膜表面上；涂覆在负极的表面上；以及涂覆在正极的表面上。螯合剂选自：分子形式的离子阱，其选自由聚胺、硫醇以及有机酸的碱金属盐组成的组；有机酸的碱金属盐官能化的聚合物；含氮化学基团官能化的聚合物；以及两种或两种以上官能团官能化的聚合物。

附图说明

本公开的实例的特征将通过参考以下详细描述和附图而变得显而易见，其中相同的附图标记对应于类似(尽管可能不相同)的部件。为了简洁性，可能结合或不结合先前所述功能出现的其他附图来描述具有先前所述功能的附图标记或特征。

图1是多孔隔膜的一个实例的示意性横截面图，该多孔隔膜由本文所公开的高分子螯合剂的一个实例形成；

图2是多孔隔膜的一个实例的示意性横截面图，该多孔隔膜包括涂覆有本文所公开的高分子螯合剂的一个实例的多孔薄膜的多孔膜；

图3是正极的一个实例的示意性横截面图，该正极包括涂覆有本文所公开的高分子螯合剂的一个实例的多孔薄膜的结构；

图4是在放电状态时的锂离子电池的一个实例的示意性立体图，其中该电池的多孔隔膜包括本文所公开的螯合剂的一个实例；

图5是放电状态时的锂离子电池的另一实例的示意性立体图，其中电池的隔膜包括涂覆有本文所公开的高分子螯合剂的一个实例的多孔薄膜的多孔膜；

图6是在放电状态时的锂离子电池的又一实例的示意性立体图，其中电池的电极包括涂覆有本文所公开的高分子螯合剂的一个实例的多孔薄膜的结构；

图7A至7D是示出比放电容量(以mAh/g计，左侧Y轴)和法拉第效率(库伦效率或“电流效率”)(右侧Y轴)作为在C/5速率、30℃(图 7A和7C)和55℃(图7B和7D)温度下的循环期间LMO-Li(图7A和 7B)和LMO-石墨(图7C和7D)纽扣电池的循环数(X轴)的函数的曲线图，该纽扣电池含有功能性和基准隔膜，插图中的直方图示出了100个循环之后在负极上发现的以ppm计的锰量(归一化成LMO的质量，即每毫克LMO的微克Mn)；

图8是示出针对处于初始状态和来自循环电池的功能性隔膜的对照性 FTIR光谱(以任意单位计的透射率与以cm^-1计的波数)的曲线图；