[发明专利]盐混合物作为锂-凝胶电池中的添加剂的用途

说明书

本发明涉及包含硝酸根阴离子(NOsupgt;3‑/supgt;)的第一盐和包含硝酸根之外的其他阴离子的第二盐同时作为可再充电的锂‑金属‑凝胶电池中的离子传导性促进剂的用途，其中第一盐和第二盐中的至少一者为锂盐。本发明还涉及包含所述第一盐和所述第二盐的混合物的锂‑凝胶电池，涉及包含此类混合物的非水性凝胶电解质，并且涉及包含所述混合物的锂电池用正电极。

本发明涉及锂电池的一般技术领域。

更具体而言，本发明涉及硝酸根离子在不包含多硫离子的可再充电的锂-金属-凝胶电池中作为共存阴离子的用途。特别地，本发明涉及同时使用包含硝酸根阴离子(NO^3-)的第一盐和包含除硝酸根之外的其他阴离子的第二盐作为可再充电的锂-金属-凝胶电池中的离子传导性促进剂，其中第一盐和第二盐中的至少一者为锂盐。本发明还涉及包含所述第一盐和所述第二盐的混合物的锂-凝胶电池，涉及包含此类混合物的非水性凝胶电解质，并且涉及包含所述混合物的锂电池正电极。

锂电池尤其适用于机动车辆并且适用于电能的固定式储存。

在锂电池中，锂-金属-聚合物(或LMP)电池为“全固态”电池，通常呈叠加薄膜的组件的形式，其由四种功能膜构成：i)由锂金属或锂合金制成的负电极(阳极)，其在电池放电期间提供锂离子；ii)传导锂离子的固体聚合物电解质；iii)由电极活性材料构成的正电极(阴极)，电极活性材料充当锂离子嵌入到其中的容器，以及iv)与正电极接触的集电体，其提供电连接。

固体聚合物电解质通常由基于聚环氧乙烷(PEO)的聚合物和至少一种锂盐构成；正电极通常由工作电位相对于Li⁺/Li小于4V的材料构成，例如金属氧化物(例如V₂O₅、LiV₃O₈、LiCoO₂、LiNi_yMn_xCo_zO₂(x+y+z＝1)，(例如x、y、z分别为1/3、1/3、1/3的化合物和x、y、z分别为0.6、0.2、0.2的化合物)、LiNiO₂、LiMn₂O₄和LiNi_0.5Mn_0.5O_2……)或LiMPO₄型磷酸盐，其中M表示选自由Fe、Mn、Co、Ni和Ti组成的组中的金属阳离子，或这些阳离子的组合，例如LiFePO₄，并且还包括碳和聚合物；并且集电体通常由金属箔构成。通过锂盐在用于固体电解质的聚合物中的溶解确保离子的传导性。

锂电池、特别是LMP电池，具有若干优点。

首先，LMP电池的质量密度达到大约120Wh/kg至180Wh/kg，即能量密度为汽车的铅酸电池的能量密度(30Wh/kg至50Wh/kg)的至少2.5倍。LMP电池不具有记忆效应，因此无需像一些其他技术(Ni-Cd)的情况中一样，在对LMP电池充电之前将其完全放电。最后，LMP电池的电压与锂离子电池的电压相同(约3.4V)，因此LMP电池不需要任何维护，并且具有接近10年的使用寿命，这从商业观点来看是有利的，并且这使LMP电池与需要电力牵引的应用相关。

然而，LMP电池具有一个主要缺点。为了使用LMP电池，它们必须维持在约60℃至80℃的温度，这意味着几乎必须通过在车辆不行驶时将车辆与电源连接而使车辆保持充电。如果不这样做，则LMP电池会因温度维持问题而在几天内耗尽。

克服该问题的一种解决方案是使用锂电池，正如在LMP电池中那样，该锂电池包括由锂金属箔或锂合金构成的负电极以及由能够嵌入锂离子的材料制成的正电极，但在该电池中，用凝胶电解质(锂-金属-凝胶电池)替代了聚合物电解质。这些电池的工作温度确实低于LMP电池的工作温度，特别是工作温度为约0℃至60℃。然而，在这些电池的工作期间，在负电极的表面会形成锂泡沫。这种锂泡沫是由于在负电极上的电沉积的品质较差而导致的，其结果是会影响这种电池的使用寿命，这尤其是由于锂电极的表面上的钝化层缺乏坚固性所致。