CN109428123A - 制造锂离子电池组电池的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造锂离子电池的方法。使非水液体电解质溶液与锂离子交换的沸石材料的颗粒接触足够的时间以从液体电解质溶液中除去水分子。此后，可以将液体电解质溶液引入电化学电池组件中并气密密封在电池壳体内以形成锂离子电池组电池。

Description

制造锂离子电池组电池的方法
技术领域
本公开内容总体上涉及锂离子电池组电池，并且更具体地，涉及制造锂离子电池组电池的方法。
背景技术
电池是通过电化学还原-氧化(氧化还原)反应将化学能转化为电能的装置。在二次电池或充电电池中，这些电化学反应是可逆的，这允许电池经历多次充电和放电循环。
二次锂离子电池由电化学电池构成，所述电化学电池包括负电极、正电极和用于在负电极和正电极之间传导锂离子的电解质。用液体电解质溶液润湿的多孔隔板被夹在电极之间，以使电极彼此物理分离和电绝缘，同时允许自由离子流动。负电极和正电极中的每一个通常承载在金属集电器上或连接到金属集电器。集电器可以通过可中断的外部电路彼此连接，在电池的充电和放电期间，电子可以通过该可中断的外部电路从一个电极传递到另一个电极，而锂离子通过电化学电池以相反的方向迁移。
在袋型锂离子电池组电池中，每个集电器包括扁平金属片，该扁平金属片具有涂覆有正电极或负电极材料的层的相对的主面以及从其延伸的未涂覆的突片。多个负电极材料涂覆的集电器和多个正电极材料涂覆的集电器交替地一个堆叠在另一个上，并且其间设置有共同延伸的多孔隔板层。与每个负电极材料涂覆的集电器相关联的未涂覆的突片聚集在一起并通过固态接头彼此附接并附接到负电极端子。同样地，与每个正电极材料涂覆的集电器相关联的未涂覆的突片聚集在一起并通过固态接头彼此附接并附接到正电极端子。此后，涂覆的集电器和多孔隔板层的堆叠体用液体电解质渗透并气密密封在柔性壳体或袋内，使得仅负电极端子和正电极端子的远端在袋的外部延伸。负电极端子和正电极端子的远端可以并联或串联电连接到一个或多个其他电池组电池以形成电池模块，电池模块又可以串联或并联电连接到一个或多个其他电池模块以形成电池组。
发明内容
一种制造锂离子电池组电池的方法。可以提供非水液体电解质溶液。电解质溶液可以包含锂盐和非水非质子有机溶剂。可以使液体电解质溶液与微孔锂离子交换的沸石材料的颗粒接触足够的时间以从液体电解质溶液中除去水分子。此后，可以将液体电解质溶液引入电化学电池组件中。电化学电池组件可以包括多个交替的正电极层和负电极层，并且具有以面对面接触介于正电极层和负电极层的相对面之间的多孔隔板层。可以将液体电解质溶液引入电化学电池组件中，使得液体电解质溶液渗透多孔隔板层并润湿正电极层和负电极层的相对面。
锂离子交换的沸石材料可以具有孔开口，其配置成选择性地从液体电解质溶液中吸附水分子，而不从液体电解质溶液中除去有机溶剂分子。
在将液体电解质溶液引入电化学电池组件之前，可以使液体电解质溶液与锂离子交换的沸石材料的颗粒接触足够的时间以从液体电解质溶液中除去氢氟酸分子。
在一种形式中，可以通过在将液体电解质溶液引入电化学电池组件之前，将液体电解质溶液与锂离子交换的沸石材料的颗粒在气密密封的容器中混合来使液体电解质溶液与锂离子交换的沸石材料的颗粒接触。
在另一种形式中，可以通过将锂离子交换的沸石材料的颗粒涂覆在流通基板的壁表面上并使液体电解质溶液通过流通基板的内部通道流动来使液体电解质溶液与锂离子交换的沸石材料的颗粒接触。
锂离子交换的沸石材料可以具有其直径或宽度在3埃至7埃的范围内的孔开口。
锂离子交换的沸石材料可以具有由8元环、9元环、10元环、12元环或其组合限定的孔开口。如此，锂离子交换的沸石材料可以包括具有选自如下的框架类型的至少一种脱水沸石材料：ABW、ACO、AEI、AEL、AEN、AFI、AFN、AFO、AFR、AFS、AFT、AFX、AFY、AHT、APC、APD、ASV、ATN、ATO、ATS、ATT、ATV、AWO、AWW、BEA、BEC、BIK、BOG、BPH、BRE、CAN、CAS、CDO、CGF、CGS、CHA、-CHI、CON、CZP、DAC、DDR、DFO、DFT、EAB、EDI、EMT、EON、EPI、ERI、ESV、EUO、EZT、FAU、FER、GIS、GME、GON、GOO、HEU、IFR、IHW、IMF、ISV、ITE、ITH、ITW、IWR IWV、IWW、JBW、KFI、LAU、LEV、LOV、LTA、LTL、MAZ、MEI、MEL、MER、MFI、MFS、MON、MOR、MOZ、MSE、MTT、MTF、MTW、MWW、NAB、NAT、NES、NPO、NSI、OBW、OFF、OSI、OWE、-PAR、PAU、PHI、PON、RHO、-RON、RRO、RSN、RTE、RTH、RWR、RWY、SAO、SAS、SAT、SAV、SBE、SBS、SBT、SFE、SFF、SFG、SFO、SIV、SOS、SSY、STF、STI、STT、SZR、TER、THO、TON、TSC、TUN、UEI、UFI、USI、VET、VNI、VSV、WEI、-WEN、YUG、ZON，以及其组合。
在一种形式中，锂离子交换的沸石材料可以包括至少一种脱水沸石材料，所述至少一种脱水沸石材料呈现出在1∶1至2∶1的范围内的Si：Al比并且具有选自如下的框架类型：ABW、AFG、ANA、BIK、CAN、EDI、FAU、FRA、GIS、GME、JBW、LAU、LEV、LIO、LOS、LTA、LTN、NAT、PAR、PHI、ROG、SOD、WEN、THO、TSC，以及其组合。在另一种形式中，锂离子交换的沸石材料可以包括至少一种脱水沸石材料，所述至少一种脱水沸石材料呈现出在2∶1至5∶1的范围内的Si：Al比并且具有选自如下的框架类型：BHP、BOG、BRE、CAS、CHA、CHI、DAC、EAB、EMT、EPI、ERI、FAU、FER、GOO、HEU、KFI、LOV、LTA、LTL、MAZ、MEI、MER、MON、MOR、OFF、PAU、RHO、SOD、STI、YUG，以及其组合。在又一种形式中，锂离子交换的沸石材料可以包括至少一种脱水沸石材料，所述至少一种脱水沸石材料呈现出大于5∶1的Si：Al比并且具有选自如下的框架类型：ASV、BEA、CFI、CON、DDR、DOH、DON、ESV、EUO、FER、GON、IFR、ISV、ITE、LEV、MEL、MEP、MFI、MFS、MSO、MTF、MTN、MTT、MTW、MWW、NON、NES、RSN、RTE、RTH、RUT、SFE、SFF、SGT、SOD、STF、STT、TER、TON、VET、VNI、VSV，以及其组合。
锂盐可以包括锂阳离子(Li+)和选自下组的阴离子：ClO4 -、AlCl4 -、I-、Br-、SCN-、BF4 -、B(C6H5)4 -、AsF6 -、CF3SO3 -、N(CF3SO2)2 -、PF6 -，以及其组合。
有机溶剂可以选自：碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、1，2-二甲氧基乙烷、1，2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃，以及其组合。
在用液体电解质溶液渗透电化学电池组件之后，可以将电化学电池组件气密密封在电池壳体中以形成锂离子电池组电池。在一种形式中，电池壳体可以包括袋。袋可以包括层压在一个或多个聚合物层之间的铝箔。
锂离子电池组电池可以电连接到一个或多个其他锂离子电池组电池以形成电池模块。
附图说明
图1是电化学电池组件的分解透视图，该电化学电池组件包括正电极层、负电极层和介于电极层之间的隔板层；
图2是组装的锂离子电池组电池的透视图，该组装的锂离子电池组电池包括气密密封在电池壳体内的电化学电池组件；
图3是根据本公开内容的一个方面的用于在用电解质溶液浸渍电化学电池组件之前处理液体电解质溶液的系统的示意图；以及
图4是根据本公开内容的另一个方面的用于在用电解质溶液浸渍电化学电池组件之前处理液体电解质溶液的系统的示意图。
具体实施方式
本文公开的过程可以用于制备用于锂离子电池的电化学电池组件的化学稳定的液体电解质溶液。通过使液体电解质溶液与锂离子交换的沸石材料的颗粒接触足够的时间以从电解质溶液中除去微量水、氢氟酸和/或其他目标化合物，来改善液体电解质溶液的化学稳定性。通过物理、化学或物理和化学两者吸附、清除或以其他方式包埋在锂离子交换的沸石材料的颗粒内，可以从电解质溶液中除去目标化合物。此后，与包含在被结合到其电化学电池组件中之前未经锂离子交换的沸石材料的颗粒接触处理的电解质溶液的锂离子电池相比，可以将电解质溶液引入锂离子电池的电化学电池组件中以改善电池的性能。
如本文所用，术语“锂离子交换的沸石材料”是指已经与锂离子进行离子交换使得多个锂离子作为游离离子和/或作为框架外离子存在于沸石内的沸石。
图1示意性地示出了包括相似形状的电化学电池部件的堆叠体的电化学电池组件10。特别地，组件10包括交替的正电极层12和负电极层14的堆叠体，并且具有以面对面接触介于正电极层12和负电极层14的相对面之间的共同延伸的多孔隔板层16。在实践中，组件10用液体电解质(未示出)浸渍或渗透，使得液体电解质润湿表面并填充正电极层12和负电极层14以及多孔隔板层16的孔，并允许锂离子通过隔板层16以及正电极层12和负电极层14传导。
在图1所示的实施例中，组件10包括两对正电极层12和负电极层14。在其他实施例中，组件10可以包括多于两对的正电极层12和负电极层14。在一种形式中，组件10可以包括15至60对正电极层12和负电极层14。另外，尽管图1中示出的组件10由多个离散层12、14、16组成，但是其他布置当然也是可能的。例如，替代离散的隔板层16，正电极层12和负电极层14可以通过在电极层12、14之间缠绕或交织单个连续的隔板片而彼此分离。在另一示例中，组件10可以包括连续且顺序堆叠的正电极、隔板和负电极片，其折叠或卷绕在一起以形成“果冻卷”。
每个正电极层12包括正电极集电器18，正电极集电器18具有形成在其上的正电极材料层20的相对的主面和从其延伸的未涂覆的突片22。同样地，每个负电极层14包括负电极集电器24，负电极集电器24具有形成在其上的负电极材料层26的相对的主面和从其延伸的未涂覆的突片28。
正电极材料20可以包括可以经历锂离子的可逆插入或嵌入的任何材料。在一种形式中，正电极材料20包括具有比负电极材料26更高的电化学势的锂基嵌入主体材料。正电极材料20的嵌入主体材料合适地可以包括由式LiMeO2表示的层状氧化物、由式LiMePO4表示的橄榄石型氧化物、由式LiMe2O4表示的尖晶石型氧化物，或其组合，其中Me是过渡金属。用于正电极材料20的嵌入主体材料的金属氧化物的合适过渡金属的一些示例包括Co、Ni、Mn、Fe、P、Al、V，以及其组合。更具体地，锂基嵌入主体材料可以包括层状锂过渡金属氧化物例如锂钴氧化物(LiCoO2)和锂-镍-镁-钴氧化物[Li(NiXMnYCoZ)O2]、尖晶石锂过渡金属氧化物例如尖晶石锂锰氧化物(LiMn2O4)、磷酸铁锂(LiFePO4)，或氟磷酸锂(Li2FePO4F)、锂镍氧化物(LiNiO2)、锂铝锰氧化物(LixAlYMn1-YO2)、锂钒氧化物(LiV2O5)，或其组合。正电极材料20的嵌入主体材料可以与聚合粘结剂混合以为正电极材料20提供结构完整性。合适的聚合粘结剂的一些示例包括聚乙烯二烯氟化物(PVdF)、乙烯丙烯二烯单体(EPDM)橡胶、苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)、羧甲氧基纤维素(CMC)、聚丙烯酸及其混合物。正电极材料20可选地可以包括导电材料的颗粒，其可以包括例如高表面积炭黑的非常细的颗粒。
负电极材料26可以包括能够在比正电极材料20更低的电化学电势下经历锂离子的可逆插入或嵌入使得在正电极层12和负电极层14之间存在电化学电势差的任何材料。负电极材料26通常可以描述为嵌入主体材料。用于负电极材料26的合适嵌入主体材料的一些示例包括碳基板料(例如，石墨、活性炭、炭黑和石墨烯)、锂、锂基板料、硅、硅基合金或复合材料、氧化锡、铝、铟、锌、锗、氧化硅、氧化钛、钛酸锂，以及其组合。用于正电极材料20的相同聚合粘结剂材料(PVdF、EPDM、SBR、CMC、聚丙烯酸)和导电颗粒(高表面积炭黑)也可以与负电极材料26的嵌入主体材料混合以用于相同的目的。
集电器18、24可以包括能够收集和可逆地将自由电子传递到它们各自的电极材料层20、26和从它们各自的电极材料层20、26传递自由电子的任何金属材料。例如，集电器18、24可以包括薄且柔性的金属片或箔。在一个具体示例中，正电极集流器18可以包括铝、镍或不锈钢箔，并且负电极集电器24可以包括铜、镍、不锈钢或钛箔。
多孔隔板层16可以包括能够使电极层12、14彼此物理分离和电绝缘同时允许锂离子在其间自由流动的任何材料。例如，多孔隔板层16可以包括非织造材料或微孔聚合材料。特别地，每个多孔隔板层16可以包括单一聚烯烃或如下聚烯烃的组合，例如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚(四氟乙烯)(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVdF)、和/或聚(氯乙烯)(PVC)。在一种形式中，每个多孔隔板层16可以包括一种或多种聚合物材料的层压板，例如PE和PP的层压板。
液体电解质可以包括能够通过隔板16以及在负电极12和正电极14之间有效地传导锂离子的任何材料。例如，电解质可以包括非水液体电解质。在这种情况下，电解质可以包括溶液，该溶液包括在非水非质子有机溶剂或非水非质子有机溶剂的混合物中溶解或离子化的锂盐。可以用于制备电解质的一些合适的锂盐包括锂阳离子(Li+)和一种或多种如下阴离子：ClO4 -、AlCl4 -、I-、Br-、SCN-、BF4 -、B(C6H5)4 -、AsF6 -、CF3SO3 -、N(CF3SO2)2 -，以及PF6 -。其中溶解有锂盐的非水非质子有机溶剂可以是环状碳酸酯(即碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯)、无环碳酸酯(即碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯)、脂肪族羧酸酯(即甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯)、γ-内酯(即γ-丁内酯、γ-戊内酯)、无环醚(即1，2-二甲氧基乙烷、1，2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷)、环醚(即四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃)，或其混合物。
现在参照图2，其示出了组装形式的锂离子电池组电池100。在组装时，电化学电池组件10的电化学电池组件用液体电解质溶液浸渍或渗透，并气密密封在电池壳体内。在图2所示的实施例中，电化学电池组件10的电化学电池部件气密密封在柔性电池袋30内。袋30可以由能够有效地在电化学电池组件10周围形成气密密封的任何材料形成。例如，袋30可以由层压材料形成，该层压材料包括层压在一个或多个聚合物层之间的铝箔。在其他实施例中，电化学电池组件10的电化学电池部件可以用液体电解质溶液浸渍或渗透，并气密密封在不同类型的电池壳体例如圆柱形、棱柱形或纽扣电池壳体内。
在实践中，正电极集流器18的未涂覆的突片22聚集在一起并作为一组附接到正端子32的近端。类似地，负电极集流器24的未涂覆的突片28聚集在一起并作为一组附接到负端子34的近端。正极端子32和负极端子34的近端密封在电池壳体(例如，袋30)的内部，而端子32、34的远端延伸到电池壳体(例如，袋30)的外部，用于将电池组电池100并联、串联或两者连接到一个或多个其他锂离子电池组电池以形成电池模块或电池组。
电池组电池100可以具有从壳体或袋30的第一侧上的主外表面到壳体或袋30的相对的第二侧上的主外表面测量的在约4mm至约20mm的范围内的厚度。单独地，集电器18、24可以具有大约20微米的厚度，电极材料层20、26可以具有高达200微米的厚度，隔板层16可以具有大约25微米的厚度，并且端子32、34可以具有大约200微米的厚度。
根据本公开内容的实施例，通过使液体电解质溶液与锂离子交换的沸石材料的颗粒接触，在用液体电解质溶液渗透电池组电池100的电化学电池部件之前处理液体电解质溶液。配制锂离子交换的沸石材料以通过捕获并从而从电解质溶液中除去某些不期望的化合物来处理电解质溶液。例如，可以配制锂离子交换的沸石材料以从电解质溶液中捕获或除去水分子(H2O)、氢离子和氢氟酸(HF)。此外，配制锂离子交换的沸石材料以从电解质溶液中捕获或除去不期望的化合物，而没有从电解质溶液中除去其他期望的化合物。特别地，锂离子交换的沸石材料不会从溶解在电解质溶液中的锂盐捕获或除去有机溶剂分子或离解的阴离子。
在将电解质溶液结合到电池组电池100中之前用锂离子交换的沸石材料处理电解质溶液可以有效地改善电池组电池100的后续操作。不受理论的束缚，据信锂离子交换的沸石材料可以通过从电解质溶液中除去微量水(H2O)和/或氢氟酸(HF)而有助于改善电池组电池100的后续操作。氢氟酸具有高腐蚀性，并且其在电池组电池100中的存在可以增加电解质溶液的酸度，这可以导致正电极材料层20以及正电极集电器18和负电极集流器24的腐蚀。此外，电池组电池100中微量水分子的存在可以例如通过水解电解质溶液(例如，LiPF6)中的锂盐而导致氢氟酸的产生，这可以使电解质溶液劣化并导致正电极材料层20以及正电极集电器18和负电极集流器24的进一步劣化。保持电解质溶液、正电极材料层20和集电器18、24的完整性可以帮助防止称为“电压下降”的现象，减少容量衰减和阻抗，提高库仑效率，有助于保持沿电极/电解质界面的均匀的电流分布，减少电池腐蚀，并防止电池100的脱气。
锂离子交换的沸石材料可以包含一种或多种脱水的天然或合成沸石材料的颗粒或基本上由其组成。沸石是微孔结晶硅铝酸盐材料，其包括AlO2和SiO2四面体单元和框架外阳离子的三维框架。四面体单元通过共享氧原子而交联。每个AlO2单元向框架引入一个负电荷，其被框架外阳离子抵消。框架外阳离子本质上可以是有机的或无机的。本公开的锂离子交换的沸石材料可以包括AlO2和SiO2四面体单元和框架外锂阳离子(Li+)的三维框架。存在于锂离子交换的沸石材料中的框架外锂阳离子的量将至少部分地取决于特定沸石材料的Si：Al比和沸石材料的阳离子交换容量(CEC)。在本公开的锂离子交换的沸石材料中，锂阳离子(Li+)可以包含沸石材料中大于90％的框架外阳离子、大于95％的框架外阳离子，或大于99％的框架外阳离子。在处理电解质溶液之前，锂离子交换的沸石材料可以基本上不含任何和/或所有如下框架外阳离子：Na+和H+。
沸石的晶体结构包括分子尺寸的间隙空间(或笼)。如此，当脱水时，沸石可以用作吸附剂，以通过将分子保留在其间隙空间内来选择性地吸附分子。通过沸石晶格中的孔开口(或通道)提供进入沸石内的间隙空间，所述孔开口(或通道)由相互连接的氧(O)、硅(Si)和/或铝(Al)原子的环限定。这些孔开口的大小和形状限制了可以被沸石吸附的分子的大小和形状，并且至少部分地由构成环的四面体单元(或，可替代地，氧原子)的数量和由沸石内存在的框架外阳离子的类型来决定。具有由8元环限定的孔开口的沸石通常具有其直径或宽度在3埃至4.5埃的范围内的相对小的孔开口。具有由10元环限定的孔开口的沸石通常具有其直径或宽度在4.5埃至6埃的范围内的中等孔开口。具有由12元环限定的孔开口的沸石通常具有其直径或宽度在6埃至8埃的范围内的相对大的孔开口。
锂离子交换的沸石材料可以具有孔开口，其配置成选择性地从液体电解质溶液中吸附水分子，而没有吸附电解质溶液中的有机溶剂分子或锂盐离子。例如，锂离子交换的沸石材料可以具有大于水(H2O)的离子半径但小于电解质溶液中的有机溶剂分子的离子半径的孔开口。特别地，锂离子交换的沸石材料可以具有其宽度或直径在3埃至7埃的范围内的孔开口。具有在3埃至7埃的范围内的宽度或直径的孔开口的沸石材料可以包括具有由8元、9元、10元和/或12元环限定的孔开口的沸石材料。
沸石材料可以基于它们的四面体配位原子或T原子(例如Si和Al)的角共享网络的晶体结构来分类。沸石结构通常参考由三个大写字母组成并由国际沸石协会(“IZA”)分配的框架类型代码来描述或限定。由IZA分配的所有框架类型代码的列表可以在Atlas ofZeolite Framework Types，第六修订版，Elsevier(2007)中找到。
在一种形式中，锂离子交换的沸石材料可以包括具有在1∶1至5∶1的范围内的Si∶Al比的脱水沸石材料。呈现出在1∶1至2∶1的范围内的Si∶Al比的低二氧化硅沸石框架类型的一些示例包括：ABW、AFG、ANA、BIK、CAN、EDI、FAU、FRA、GIS、GME、JBW、LAU、LEV、LIO、LOS、LTA、LTN、NAT、PAR、PHI、ROG、SOD、WEN、THO和TSC。呈现出在2∶1至5∶1的范围内的Si：Al比的沸石框架类型的一些示例包括：BHP、BOG、BRE、CAS、CHA、CHI、DAC、EAB、EMT、EPI、ERI、FAU、FER、GOO、HEU、KFI、LOV、LTA、LTL、MAZ、MEI、MER、MON、MOR、OFF、PAU、RHO、SOD、STI和YUG。在另一种形式中，锂离子交换的沸石材料可以具有大于5∶1的Si∶Al比。呈现出大于5∶1的Si∶Al比的高二氧化硅沸石框架类型的一些示例包括：ASV、BEA、CFI、CON、DDR、DOH、DON、ESV、EUO、FER、GON、IFR、ISV、ITE、LEV、MEL、MEP、MFI、MFS、MSO、MTF、MTN、MTT、MTW、MWW、NON、NES、RSN、RTE、RTH、RUT、SFE、SFF、SGT、SOD、STF、STT、TER、TON、VET、VNI和VSV。
包括8元环开口的沸石框架类型的一些示例包括：ABW、ACO、AEI、AEN、AFN、AFT、AFX、APC、APD、ATN、ATT、ATV、AWO、AWW、BIK、BRE、CAS、CDO、CHA、DDR、DFT、EAB、EDI、EPI、ERI、ESV、GIS、GOO、IHW、ITE、ITW、JBW、KFI、LEV、LTA、MER、MON、MTF、NSI、OWE、PAU、PHI、RHO、RTE、RTH、RWR、SAS、SAT、SAV、SIV、THO、TSC、UEI、UFI、VNI、YUG和ZON。包括9元环开口的沸石框架类型的一些示例包括：-CHI、LOV、NAB、NAT、RSN、STT和VSV。包括10元环开口的沸石框架类型的一些示例包括：AEL、AFO、AHT、CGF、CGS、DAC、EUO、FER、HEU、IMF、ITH、LAU、MEL、MFI、MFS、MTT、MWW、NES、OBW、-PAR、PON、RRO、SFF、SFG、STF、STI、SZR、TER、TON、TUN、WEI和-WEN。包括12元环开口的沸石框架类型的一些示例包括：AFI、AFR、AFS、AFY、ASV、ATO、ATS、BEA、BEC、BOG、BPH、CAN、CON、CZP、DFO、EMT、EON、EZT、FAU、GME、GON、IFR、ISV、IWR、IWV、IWW、LTL、MAZ、MEI、MOR、MOZ、MSE、MTW、NPO、OFF、OSI、-RON、RWY、SAO、SBE、SBS、SBT、SFE、SFO、SOS、SSY、USI和VET。
锂离子交换的沸石材料的颗粒可以具有在5nm至10μm的范围内的平均粒径。在一种形式中，锂离子交换的沸石材料的颗粒可以具有在100nm至1μm的范围内的平均粒径。
本公开内容的锂离子交换的沸石材料的颗粒可以通过包括以下一般步骤的国产制备：(1)获得适量的粉末形式的并具有可交换的框架外阳离子的微孔沸石材料，(2)使沸石材料与包含溶解在溶剂中的至少一种锂盐的溶液在足够的温度下接触足够的时间，以使沸石材料中的至少一些可交换的框架外阳离子被锂离子替换或与锂离子交换以产生锂离子交换的沸石材料，(3)将锂离子交换的沸石材料与溶剂分离，以及(4)在大于约400℃的温度下热处理锂离子交换的沸石材料以从其中释放吸附的水。
可以用于制备锂离子交换的沸石材料的微孔沸石材料的一些具体示例包括：沸石Y(也称为LindeY、框架类型FAU，具有12元环开口)、沸石β(框架类型BEA，具有12元环开口)、ZSM-5(框架类型MFI，具有10元环开口)、MCM-22(框架类型MWW，具有10元环开口)、SAPO-34(框架类型CHA，具有8元环开口)和斜发沸石(框架类型HEU，具有8元环开口和10元环开口)。
微孔沸石材料可以具有作为初始可交换阳离子的一种或多种含氢离子或碱金属或碱土金属的离子。特别地，微孔沸石材料可以具有作为初始可交换阳离子的如下中的一种或多种离子：氢、氨、锂、钠、钾、铷、铯、钫、铍、镁、钙、锶、钡和镭。沸石材料可以通过锂盐的水性或非水性溶液接触，其可以在离子交换过程期间处于大于50℃的温度下。锂盐可以包括氢氧化锂、碳酸锂、氯化锂、硝酸锂、硫酸锂或其组合。溶液中锂盐的浓度可以在0.1M至2M的范围内，并且可以在锂离子交换处理过程期间进行调节，以确保沸石材料中足够量的初始可交换阳离子被锂替代。在通过任何合适的方法例如通过离心来完成离子交换后，可以将锂离子交换的沸石材料与溶剂分离。锂离子交换的沸石材料可以通过从其中除去残留的离子和溶剂例如通过用去离子水洗涤来清洁。此后，锂离子交换的沸石材料可以通过在大于约100℃的温度下加热足够的时间来煅烧，以从中除去吸附的水。锂离子交换的沸石材料可以在干燥环境或真空中煅烧以加速除水过程。例如，锂离子交换的沸石材料可以在相对湿度小于20％的环境中或在尽可能干燥的环境中煅烧。在一种形式中，锂离子交换的沸石材料可以通过在400℃至600℃的范围内的温度下加热1小时至5小时的时间来煅烧。在一个具体示例中，锂离子交换的沸石材料可以通过在450℃的温度下加热约2小时来煅烧。
煅烧后，锂离子交换的沸石材料可以容易地吸附大气水分。因此，为了避免将水引入电解质溶液中并保持沸石材料的水吸附能力，应当注意避免在煅烧步骤完成之后，在电解质溶液的处理之前和期间将颗粒暴露于大气湿气。例如，在使电解质溶液与锂离子交换的沸石材料的颗粒接触之前，可以将颗粒从煅烧步骤转移并储存在干燥环境中。如果锂离子交换的沸石材料的颗粒在使电解质溶液与锂离子交换的沸石材料的颗粒接触之前的任何时刻暴露于水，包括大气湿气，则可以进行另外的热处理步骤以从锂离子交换的沸石材料的颗粒中除去微量水。另外的热处理步骤可以在高于约100℃的温度下执行足够的时间以从锂离子交换的沸石材料的颗粒中除去微量水。
现在参照图3，其示出了用于在锂离子电池组电池100的制造期间处理液体电解质溶液210的系统200。系统200包括其中处理液体电解质溶液210的气密密封容器220和用于在电池组电池100的制造期间从容器220除去期望体积的处理过的液体电解质溶液210的泵230。特别地，泵230被配置成经由导管系统240从容器220转移处理过的液体电解质溶液210，并将期望体积的处理过的液体电解质溶液210引入到电池壳体(例如，袋30)的内部，而没有将电解质溶液210暴露于大气湿气。将处理过的液体电解质溶液210引入电池壳体(例如，袋30)中，使得溶液210渗透或浸渍电化学电池组件10的电化学电池部件。此后，电池壳体(例如，袋30)围绕电化学电池组件10的周边气密密封，以形成电池组电池100。
通过在将电解质溶液210引入电池壳体(例如，袋30)中并密封袋30以形成电池组电池100之前，使电解质溶液210与锂离子交换的沸石材料250的颗粒接触，来在室220中处理液体电解质溶液210。可以通过将溶液210与颗粒250在容器220中混合来使液体电解质溶液210与锂离子交换的沸石材料250的颗粒接触。锂离子交换的沸石材料250可以包括以上关于图1和图2讨论的任何脱水的天然或合成沸石材料。
在使液体电解质溶液210与锂离子交换的沸石材料250的颗粒接触足够的时间以从溶液210中除去期望量的水分子和/或其他不期望的分子之后，电解质溶液210与锂离子交换的沸石材料250的颗粒物理上分离。当溶液210离开容器220时，或者在从容器220除去溶液210之后，电解质溶液210可以与容器220内的锂离子交换的沸石材料250的颗粒物理地分离。
如图3所示，锂离子交换的沸石材料250的颗粒与电解质溶液210的分离可以通过将分隔件260定位在容器220内来实现。分隔件260可以配置成有效地防止锂离子交换的沸石材料250的颗粒离开容器220，而不妨碍自由流动和从容器220有效地除去电解质溶液210。如此，分隔件260可以从容器220的一侧到另一侧完全跨容器220延伸，并且还可以在容器220的下端270和上端280之间的位置处跨容器220延伸。另外，分隔件260可以包括多个穿孔，其定尺寸为允许电解质溶液210通过分隔件260从分隔件260的一侧流到另一侧，并且防止锂离子交换的沸石材料250的颗粒通过。以这种方式将分隔件260布置在容器220内有效地隔离容器220的下端270内的锂离子交换的沸石材料250的颗粒，使得处理过的液体电解质溶液210可以从容器220的上端280虹吸或泵送并从容器220转移到电池壳体(例如，袋30)。
现在参照图4，其示出了用于在锂离子电池组电池100的制造期间处理液体电解质溶液310的另一系统300。系统300包括：气密密封的储存容器320，其中在处理之前容纳液体电解质溶液310；气密密封的处理室330，其中液体电解质溶液310准备用于电池组电池100中；以及泵340，其用于在电池组电池100的制造期间引导液体电解质溶液310从储存容器320流动通过处理室330并进入电池壳体(例如，袋30)的内部。特别地，泵340被配置成将液体电解质溶液310经由导管系统350从容器320转移到处理室330中，然后进入电池壳体(例如，袋30)的内部，而没有将电解质溶液310暴露于大气湿度。
通过在将电解质溶液310引入电池壳体(例如，袋30)中并密封袋30以形成电池组电池100之前，使电解质溶液310与锂离子交换的沸石材料360的颗粒接触，来在处理室330中处理液体电解质溶液310。锂离子交换的沸石材料360可以包括以上关于图1和图2所讨论的任何脱水的天然或合成沸石材料。
锂离子交换的沸石材料360的颗粒可以通过任何合适的方式支撑和/或包含在处理室330内，所述任何合适的方式允许在电解质溶液310流过室330时电解质溶液310接触锂离子交换的沸石材料360的颗粒，而没有将锂离子交换的沸石材料360的颗粒引入到电池壳体(例如，袋30)中，并且没有阻止电解质溶液310自由流入和流出室330。
通过将第一分隔件370定位在室330的入口端并且将第二分隔件380定位在室330的出口端，可以将锂离子交换的沸石材料360的颗粒包含在处理室330内。分隔件370、380可以配置成有效地防止锂离子交换的沸石材料360的颗粒离开室330，而不阻碍电解质溶液310通过其自由流动。在这种情况下，可以通过将溶液310与颗粒360在处理室330中混合来使液体电解质溶液310与锂离子交换的沸石材料360的颗粒接触。液体电解质溶液310和锂离子交换的沸石材料360的颗粒的混合可以使用混合器主动完成，或者可以被动地完成，例如，通过液体电解质溶液310通过处理室330的湍流。
如图4所示，分隔件370、380可以从室330的一侧到另一侧完全跨室330延伸，并且可以包括多个穿孔，其被定尺寸为允许电解质溶液310流过分隔件370、380，同时防止锂离子交换的沸石材料360的颗粒通过。将分隔件370、380定位在室330的入口端和出口端处有效地隔离室330内的锂离子交换的沸石材料360的颗粒，使得液体电解质溶液310可以流过室330并进入电池壳体(例如，袋30)，而没有将锂离子交换的沸石材料360的颗粒引入袋30中。
附加地或替代地，锂离子交换的沸石材料360的颗粒可以通过涂覆在设置在室330内的流通基板(未示出)的壁表面上而被支撑在处理室330内。流通基板可以包括任何成形体或成形体的组合，其限定多个内部通道(例如，直的或蛇形通道和/或多孔网络)，电解质溶液310可以通过所述内部通道在室330的入口端和出口端之间流动。流通基板的内部通道可以由具有壁表面的壁限定，并且锂离子交换的沸石材料360的颗粒可以涂覆在基板的壁表面上，使得在电解质溶液310流过室330并流过流通基板的内部通道时，电解质溶液310与颗粒接触。流通基板的壁可以由陶瓷材料例如氧化铝或阳极氧化铝制成。合适的流通基板的一些示例包括蜂窝型整料、织造或非织造网或布、填充纤维、发泡或其他网状或格状三维结构，以及离散片剂或丸粒的紧密分组。
可以通过任何合适的方法将锂离子交换的沸石材料360的颗粒涂覆或以其他方式沉积在流通基板的壁表面上。例如，在一种形式中，锂离子交换的沸石材料360的颗粒可以以浆料的形式涂覆在流通基板的壁表面上，所述浆料包含锂离子交换的沸石材料360的颗粒和聚合粘结剂的混合物。
在处理室330中处理电解质溶液310之后，处理过的液体电解质溶液从处理室330转移并引入电池壳体(例如，袋30)中，使得溶液渗透或浸渍电化学电池组件10的电化学电池部件。此后，电池壳体(例如，袋30)可以围绕电化学电池组件10的周边气密密封，以形成电池组电池100。
对优选示例性实施例、方面和具体示例的以上描述本质上仅是描述性的；它们并不旨在限制所附权利要求的范围。除非在说明书中另外具体地和明确地陈述，否则所附权利要求中使用的每个术语应当给出其普通和惯用的含义。

Claims (10)

1.一种制造锂离子电池的方法，所述方法包括：
提供非水液体电解质溶液，其包含锂盐和非水非质子有机溶剂；
使所述液体电解质溶液与微孔锂离子交换的沸石材料的颗粒接触足够的时间以从所述液体电解质溶液中除去水分子；以及然后
将所述液体电解质溶液引入电化学电池组件中，所述电化学电池组件包括多个交替的正电极层和负电极层，并且具有以面对面接触介于所述正电极层和所述负电极层的相对面之间的多孔隔板层，
其中，将所述液体电解质溶液引入所述电化学电池组件中，使得所述液体电解质溶液渗透所述多孔隔板层并润湿所述正电极层和所述负电极层的相对面。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述锂离子交换的沸石材料具有孔开口，所述孔开口被配置成选择性地从所述液体电解质溶液中吸附水分子，而没有从所述液体电解质溶液中除去有机溶剂的分子。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，使所述液体电解质溶液与所述锂离子交换的沸石材料的颗粒接触足够的时间，以在将所述液体电解质溶液引入所述电化学电池组件之前从所述液体电解质溶液中除去氢氟酸分子。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，通过在将所述液体电解质溶液引入所述电化学电池组件之前使所述液体电解质溶液与所述锂离子交换的沸石材料的颗粒在气密密封的容器中混合，来使所述液体电解质溶液与所述锂离子交换的沸石材料的颗粒接触。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，通过将所述锂离子交换的沸石材料的颗粒涂覆在流通基板的壁表面上并且使所述液体电解质溶液流过所述流通基板的内部通道，来使所述液体电解质溶液与所述锂离子交换的沸石材料的颗粒接触。
6.根据权利要求1所述的方法，其中、所述锂离子交换的沸石材料具有其直径或宽度在3埃至7埃的范围内的孔开口。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述锂离子交换的沸石材料具有由8元环、9元环、10元环、12元环或其组合限定的孔开口。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述锂盐包括锂阳离子(Li+)和选自如下的阴离子：ClO4 -、AlCl4 -、I-、Br-、SCN-、BF4 -、B(C6H5)4 -、AsF6 -、CF3SO3 -、N(CF3SO2)2 -、PF6 -、以及其组合。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述有机溶剂选自：碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、1，2-二甲氧基乙烷、1，2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、以及其组合。
10.根据权利要求1所述的方法，包括：
将用所述液体电解质溶液渗透的所述电化学电池组件气密密封在电池壳体中以形成锂离子电池组电池。
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