CN114447437A - 用于锂金属电池组的电解质和隔离件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于锂金属电池组的电解质和隔离件。本公开涉及用于循环锂离子并可具有锂金属电极的电化学电池的电解质体系和/或隔离件。该电化学电池包括填充该电化学电池中的空隙和孔隙的液体电解质体系。该电解质体系包括两种或更多种锂盐和两种或更多种溶剂。该两种或更多种锂盐包括双(氟磺酰)亚胺化锂（LiN(FSO2)2）（LIFSI）和高氯酸锂（LiClO4）。两种或更多种溶剂包括第一溶剂和第二溶剂。该第一溶剂可为氟化环状碳酸酯。该第二溶剂可为直链碳酸酯。第一溶剂对第二溶剂的体积比可为1:4。电化学电池可包括具有一个或多个涂层或填料的表面改性隔离件。

Description

用于锂金属电池组的电解质和隔离件
技术领域
本发明涉及循环锂离子的电化学电池。
背景技术
本章节提供与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。
需要先进的储能装置和系统以满足多种产品的能量和/或动力要求，所述多种产品包括汽车产品，如启停系统（例如12V启停系统）、电池组辅助系统、混合动力电动交通工具（“HEVs”）和电动交通工具（“EVs”）。典型的锂离子电池组包括至少两个电极和电解质和/或隔离件。两个电极之一可充当正电极或阴极，且另一个电极可充当负电极或阳极。隔离件和/或电解质可设置在负电极与正电极之间。电解质适于在电极之间传导锂离子，并且类似于两个电极，可为固体和/或液体形式和/或其混合物。
许多不同的材料可用于生成锂离子电池组的组件。例如，用于锂电池组的正电极材料通常包含可以嵌入锂离子的电活性材料，如锂-过渡金属氧化物或混合氧化物，例如包括LiMn2O4、LiCoO2、LiNiO2、LiMn1.5Ni0.5O4、LiNi(1-x-y)CoxMyO2（其中0<x<1，y<1，并且M可为Al、Mn等等）或一种或多种磷酸盐化合物，例如包括磷酸铁锂或混合的磷酸锂锰铁。负电极通常包括锂插入材料或合金基质材料。例如，用于形成阳极的典型的电活性材料包括锂（例如锂金属）、石墨和其它形式的碳、硅和氧化硅、锡和锡合金。
液体电解质可包括一种或多种溶解在有机溶剂或有机溶剂混合物中的锂盐。某些电解质具有特定的优点。例如，包含高浓度（例如大约4M）的双(氟磺酰)亚胺化锂（LiN(FSO2)2）（LIFSI）的电解质可具有良好的可循环性（例如在c/10下大约200次循环）和长的储存寿命，以及降低的闪点和改进的安全性。但是，此类电解质通常昂贵，并可具有相对低的电导率（例如大约2 s/cm）和降低的润湿性。其它电解质包括例如具有1,2-二甲氧基乙烷（DME）和/或双(2,2,2-三氟乙基)醚和/或氟化醚助溶剂（如双(2,2,2-三氟乙基)醚或1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚）的局部性双(氟磺酰)亚胺化锂（LiN(FSO2)2）（LIFSI）。此类电解质可具有改进的电导率（例如大约4 s/cm）和良好的润湿性。此类电解质还可具有改进的可循环性（例如在c/10下大约350次循环，和在c/3下大约150次循环）。但是，此类电解质通常昂贵，并可具有相对短的储存寿命。此外，在某些情况下，引入氟化醚助溶剂可降低电解质闪点，从而引发热稳定性问题。再其它电解质包括例如六氟磷酸锂（LiPF6）（例如大约1M-2M）与氟代碳酸亚乙酯（FEC）和碳酸甲乙酯（EMC）。此类电解质可具有改进的电导率（例如大约7.5 s/cm）和良好的润湿性，以及降低的成本和长储存寿命。但是，此类电解质可具有有限的容量保持率（例如在c/10下大约120次循环，和在c/3下大约50次循环）。因此，合意的将是开发以较低成本提供高性能的电池组材料，如电解质。
发明内容
本部分提供本公开的一般概述，并且并非全面披露其全部范围或其所有特征。
本公开涉及用于循环锂离子并具有例如锂金属电极的电化学电池的电解质体系和/或隔离件，并涉及包含此类电解质体系和/或隔离件的电化学电池。
在各种方面，本公开提供了循环锂离子的电化学电池。该电化学电池包括填充电化学电池中的空隙与孔隙的液体电解质体系。电解质体系包括两种或更多种锂盐和两种或更多种溶剂。该两种或更多种锂盐包含大于或等于大约0.1M至小于或等于大约0.9M的第一锂盐和大于或等于大约0.1M至小于或等于大约0.9M的第二锂盐。第一锂盐可为双(氟磺酰)亚胺化锂（LiN(FSO2)2）（LIFSI）。第二锂盐可为高氯酸锂（LiClO4）。两种或更多种溶剂包括第一溶剂和第二溶剂。该第一溶剂可为氟化环状碳酸酯。第二溶剂可为直链碳酸酯。第一溶剂对第二溶剂的体积比可为1:4。
在一方面，两种或更多种锂盐可进一步包含大于或等于大约0.1 M至小于或等于大约0.9 M的第三锂盐。
在一方面，第三锂盐可选自：六氟磷酸锂（LiPF6）、四氯铝酸锂（LiAlCl4）、碘化锂（LiI）、溴化锂（LiBr）、硫氰酸锂（LiSCN）、四氟硼酸锂（LiBF4）、四苯基硼酸锂（LiB(C6H5)4）、双(草酸根合)硼酸锂（LiB(C2O4)2）（LiBOB）、二氟(草酸根合)硼酸锂（LiBF2(C2O4)）（LiDFOB）、六氟砷酸锂（LiAsF6）、三氟甲磺酸锂（LiCF3SO3）、双(三氟甲)磺酰亚胺化锂（LiN(CF3SO2)2）、4,5-二氰基-2-三氟甲基-咪唑锂（LiTDI）、双(2-甲基-2-氟代丙二酸根合)硼酸锂（LiBMFMB）、四(2,2,2-三氟乙氧基)硼酸锂（LiTTFB）、九氟丁磺酸锂（LiC4F9SO3）（LiNFBS）、三氟乙酸锂（Li[CF3CO2]）、Li[C2F5CO2]、Li[PF2(C2O4)2]、四氟(草酸根合)磷酸锂（Li[PF4C2O4]）、Li[N(FSO2)2]、全氟烷基磺酰基甲基锂（Li[C(CF3SO2)3]）、Li[N(SO2C2F5)2]、烷基氟磷酸锂、Li[B(C2O4)2]、Li[BF2C2O4]、Li2[B12X12-kHk]（其中X是OH、F、Cl或Br；其中0 ≤k ≤ 12；并且其中0 ≤ k’≤ 10），及其组合。
在一方面，氟化环状碳酸酯可包括氟代碳酸亚乙酯（FEC），并且直链碳酸酯可选自：碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）、1,2-二甲氧基乙烷（DME），及其组合。
在一方面，电化学电池可进一步包括隔离件。液体电解质体系可浸渍隔离件。该隔离件可包括一个或多个涂层。
在一方面，一个或多个涂层可为厚度为大于或等于大约100 µm至小于或等于大约10 µm的超薄涂层。
在一方面，一个或多个涂层可包括一个或多个陶瓷涂层。该一个或多个陶瓷涂层可包含选自以下的陶瓷材料：氧化铝、二氧化硅、磷酸盐、陶瓷电解质、玻璃态电解质及其组合。
在一方面，一个或多个涂层可包括一个或多个聚合物涂层。该一个或多个聚合物涂层可包含选自以下的聚合物材料：alucone、zirzone、聚(3,4-乙撑二氧噻吩)（PEDOT）、金属有机骨架（MOF）薄膜、分子层沉积（MLD）聚合物涂层及其组合。
在一方面，电化学电池可进一步包括隔离件。液体电解质体系可浸渍隔离件。该隔离件可包括一种或多种填料。
在一方面，一种或多种填料可包括一种或多种陶瓷填充物。一种或多种陶瓷填充物可包含选自以下的陶瓷材料：氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、陶瓷电解质、玻璃态电解质及其组合。
在一方面，电化学电池可进一步包括锂金属电极。
在一方面，液体电解质体系可包括小于或等于大约0.6M的双(氟磺酰)亚胺化锂（LiN(FSO2)2）（LIFSI）。
在一方面，可在电极的暴露表面上形成固体电解质界面（SEI）层。
在各种方面，本公开提供了循环锂离子的另一示例电化学电池。该电化学电池可包括正电极、包含锂金属的负电极、设置在正电极与负电极之间的隔离件、和填充正电极、负电极和隔离件中的空隙和孔隙的液体电解质体系。该电解质体系可包括两种或更多种锂盐和两种或更多种溶剂。该两种或更多种锂盐可包含大于或等于大约0.1M至小于或等于大约0.9M的第一锂盐和大于或等于大约0.1M至小于或等于大约0.9M的第二锂盐。第一锂盐可为双(氟磺酰)亚胺化锂（LiN(FSO2)2）（LIFSI）。第二锂盐可为高氯酸锂（LiClO4）。两种或更多种溶剂可包括第一溶剂和第二溶剂。第一溶剂可为氟代碳酸亚乙酯（FEC）。第二溶剂可选自：碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）、1,2-二甲氧基乙烷（DME），及其组合。
在一方面，两种或更多种锂盐可进一步包含大于或等于大约0.1M至小于或等于大约0.9M的第三锂盐。该第三锂盐可选自：六氟磷酸锂（LiPF6）、四氯铝酸锂（LiAlCl4）、碘化锂（LiI）、溴化锂（LiBr）、硫氰酸锂（LiSCN）、四氟硼酸锂（LiBF4）、四苯基硼酸锂（LiB(C6H5)4）、双(草酸根合)硼酸锂（LiB(C2O4)2）（LiBOB）、二氟(草酸根合)硼酸锂（LiBF2(C2O4)）（LiDFOB）、六氟砷酸锂（LiAsF6）、三氟甲磺酸锂（LiCF3SO3）、双(三氟甲)磺酰亚胺化锂（LiN(CF3SO2)2）、4,5-二氰基-2-三氟甲基-咪唑锂（LiTDI）、双(2-甲基-2-氟代丙二酸根合)硼酸锂（LiBMFMB）、四(2,2,2-三氟乙氧基)硼酸锂（LiTTFB）、九氟丁磺酸锂（LiC4F9SO3）（LiNFBS）、三氟乙酸锂（Li[CF3CO2]）、Li[C2F5CO2]、Li[PF2(C2O4)2]、四氟(草酸根合)磷酸锂（Li[PF4C2O4]）、Li[N(FSO2)2]、全氟烷基磺酰基甲基锂（Li[C(CF3SO2)3]）、Li[N(SO2C2F5)2]、烷基氟磷酸锂、Li[B(C2O4)2]、Li[BF2C2O4]、Li2[B12X12-kHk]（其中X是OH、F、Cl或Br；其中0 ≤k ≤ 12；并且其中0 ≤ k’≤ 10），及其组合。
在一方面，隔离件可包括一个或多个涂层。该一个或多个涂层可为厚度为大于或等于大约100 nm至小于或等于大约10 µm的超薄涂层。
在一方面，一个或多个涂层可包括一个或多个陶瓷涂层。该一个或多个陶瓷涂层可包含选自以下的陶瓷材料：氧化铝、二氧化硅、磷酸盐、陶瓷电解质、玻璃态电解质及其组合。
在一方面，一个或多个涂层可包括一个或多个聚合物涂层。该一个或多个聚合物涂层可包含选自以下的聚合物材料：alucone、zirzone、聚(3,4-乙撑二氧噻吩)（PEDOT）、金属有机骨架（MOF）薄膜、分子层沉积（MLD）聚合物涂层及其组合。
在一方面，隔离件可包括一种或多种填料。该一种或多种填料可包括一种或多种陶瓷填充物。该一种或多种陶瓷填充物可包含选自以下的陶瓷材料：氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、陶瓷电解质、玻璃态电解质及其组合。
在一方面，可在电极的暴露表面上形成固体电解质界面（SEI）层。
在各种方面，本公开提供了循环锂离子的另一示例电化学电池。该电化学电池可包括包含锂金属的负电极、包括一个或多个超薄涂层的表面改性隔离件、设置在负电极与表面改性隔离件之间的固体电解质界面（SEI）层、和填充负电极、隔离件与固体电解质界面（SEI）层中的空隙与孔隙的液体电解质体系。
一个或多个超薄涂层的每一个可为陶瓷涂层或聚合物涂层。电解质体系包括两种或更多种锂盐和两种或更多种溶剂。该两种或更多种锂盐可包含大于或等于大约0.1M至小于或等于大约0.9M的第一锂盐和大于或等于大约0.1M至小于或等于大约0.9M的第二锂盐。第一锂盐可为双(氟磺酰)亚胺化锂（LiN(FSO2)2）（LIFSI）。第二锂盐可为高氯酸锂（LiClO4）。两种或更多种溶剂可包括第一溶剂和第二溶剂。第一溶剂可为氟代碳酸亚乙酯（FEC）。第二溶剂可选自：碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）、1,2-二甲氧基乙烷（DME），及其组合。
本发明公开了以下实施方案：
1．循环锂离子的电化学电池，包括：
填充电化学电池中的空隙与孔隙的液体电解质体系，其中所述电解质体系包含：
两种或更多种锂盐，其中所述两种或更多种锂盐包含大于或等于大约0.1M至小于或等于大约0.9M的第一锂盐和大于或等于大约0.1M至小于或等于大约0.9M的第二锂盐，其中所述第一锂盐是双(氟磺酰)亚胺化锂（LiN(FSO2)2）（LIFSI），且所述第二锂盐是高氯酸锂（LiClO4）；和
两种或更多种溶剂，其中所述两种或更多种溶剂包含第一溶剂和第二溶剂，其中所述第一溶剂是氟化环状碳酸酯，且所述第二溶剂是直链碳酸酯，其中所述第一溶剂对所述第二溶剂的体积比为1:4。
2．根据实施方案1所述的电化学电池，其中所述两种或更多种锂盐进一步包含大于或等于大约0.1 M至小于或等于大约0.9 M的第三锂盐。
3．根据实施方案2所述的电化学电池，其中所述第三锂盐选自：六氟磷酸锂（LiPF6）、四氯铝酸锂（LiAlCl4）、碘化锂（LiI）、溴化锂（LiBr）、硫氰酸锂（LiSCN）、四氟硼酸锂（LiBF4）、四苯基硼酸锂（LiB(C6H5)4）、双(草酸根合)硼酸锂（LiB(C2O4)2）（LiBOB）、二氟(草酸根合)硼酸锂（LiBF2(C2O4)）（LiDFOB）、六氟砷酸锂（LiAsF6）、三氟甲磺酸锂（LiCF3SO3）、双(三氟甲)磺酰亚胺化锂（LiN(CF3SO2)2）、4,5-二氰基-2-三氟甲基-咪唑锂（LiTDI）、双(2-甲基-2-氟代丙二酸根合)硼酸锂（LiBMFMB）、四(2,2,2-三氟乙氧基)硼酸锂（LiTTFB）、九氟丁磺酸锂（LiC4F9SO3）（LiNFBS）、三氟乙酸锂（Li[CF3CO2]）、Li[C2F5CO2]、Li[PF2(C2O4)2]、四氟(草酸根合)磷酸锂（Li[PF4C2O4]）、Li[N(FSO2)2]、全氟烷基磺酰基甲基锂（Li[C(CF3SO2)3]）、Li[N(SO2C2F5)2]、烷基氟磷酸锂、Li[B(C2O4)2]、Li[BF2C2O4]、Li2[B12X12- kHk]（其中X是OH、F、Cl或Br；其中0 ≤ k ≤ 12；并且其中0 ≤ k’≤ 10），及其组合。
4．根据实施方案1所述的电化学电池，其中所述氟化环状碳酸酯包括氟代碳酸亚乙酯（FEC），并且所述直链碳酸酯选自：碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）、1,2-二甲氧基乙烷（DME），及其组合。
5．根据实施方案1所述的电化学电池，其中所述电化学电池进一步包括隔离件，其中所述液体电解质体系浸渍所述隔离件，并且所述隔离件包含一个或多个涂层。
6．根据实施方案5所述的电化学电池，其中所述一个或多个涂层是厚度为大于或等于大约100 µm至小于或等于大约10 µm的超薄涂层。
7．根据实施方案5所述的电化学电池，其中所述一个或多个涂层包括一个或多个陶瓷涂层，其中所述一个或多个陶瓷涂层包含选自以下的陶瓷材料：氧化铝、二氧化硅、磷酸盐、陶瓷电解质、玻璃态电解质及其组合。
8．根据实施方案5所述的电化学电池，其中所述一个或多个涂层包括一个或多个聚合物涂层，其中所述一个或多个聚合物涂层包含选自以下的聚合物材料：alucone、zirzone、聚(3,4-乙撑二氧噻吩)（PEDOT）、金属有机骨架（MOF）薄膜、分子层沉积（MLD）聚合物涂层及其组合。
9．根据实施方案1所述的电化学电池，其中所述电化学电池进一步包括隔离件，其中所述液体电解质体系浸渍所述隔离件，并且所述隔离件包含一种或多种填料。
10．根据实施方案9所述的电化学电池，其中所述一种或多种填料包含一种或多种陶瓷填充物，其中所述一种或多种陶瓷填充物包含选自以下的陶瓷材料：氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、陶瓷电解质、玻璃态电解质及其组合。
11．根据实施方案1所述的电化学电池，其中所述电化学电池进一步包含锂金属电极，并且其中所述液体电解质体系包含小于或等于大约0.6M的双(氟磺酰)亚胺化锂（LiN(FSO2)2）（LIFSI）。
12．根据实施方案11所述的电化学电池，其中在所述电极的暴露表面上形成固体电解质界面（SEI）层。
13．循环锂离子的电化学电池，包括：
正电极；
包含锂金属的负电极；
设置在正电极与负电极之间的隔离件；和
填充所述正电极、所述负电极和所述隔离件中的空隙和孔隙的液体电解质体系，其中所述电解质体系包含：
两种或更多种锂盐，其中所述两种或更多种锂盐包含大于或等于大约0.1M至小于或等于大约0.9M的第一锂盐和大于或等于大约0.1M至小于或等于大约0.9M的第二锂盐，其中所述第一锂盐是双(氟磺酰)亚胺化锂（LiN(FSO2)2）（LIFSI），且所述第二锂盐是高氯酸锂（LiClO4）；和
两种或更多种溶剂，其中所述两种或更多种溶剂包含第一溶剂和第二溶剂，其中所述第一溶剂是氟代碳酸亚乙酯（FEC），且所述第二溶剂选自：碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）、1,2-二甲氧基乙烷（DME），及其组合。
14．根据实施方案13所述的电化学电池，其中所述两种或更多种锂盐进一步包含大于或等于大约0.1M至小于或等于大约0.9M的第三锂盐，其中所述第三锂盐选自：六氟磷酸锂（LiPF6）、四氯铝酸锂（LiAlCl4）、碘化锂（LiI）、溴化锂（LiBr）、硫氰酸锂（LiSCN）、四氟硼酸锂（LiBF4）、四苯基硼酸锂（LiB(C6H5)4）、双(草酸根合)硼酸锂（LiB(C2O4)2）（LiBOB）、二氟(草酸根合)硼酸锂（LiBF2(C2O4)）（LiDFOB）、六氟砷酸锂（LiAsF6）、三氟甲磺酸锂（LiCF3SO3）、双(三氟甲)磺酰亚胺化锂（LiN(CF3SO2)2）、4,5-二氰基-2-三氟甲基-咪唑锂（LiTDI）、双(2-甲基-2-氟代丙二酸根合)硼酸锂（LiBMFMB）、四(2,2,2-三氟乙氧基)硼酸锂（LiTTFB）、九氟丁磺酸锂（LiC4F9SO3）（LiNFBS）、三氟乙酸锂（Li[CF3CO2]）、Li[C2F5CO2]、Li[PF2(C2O4)2]、四氟(草酸根合)磷酸锂（Li[PF4C2O4]）、Li[N(FSO2)2]、全氟烷基磺酰基甲基锂（Li[C(CF3SO2)3]）、Li[N(SO2C2F5)2]、烷基氟磷酸锂、Li[B(C2O4)2]、Li[BF2C2O4]、Li2[B12X12- kHk]（其中X是OH、F、Cl或Br；其中0 ≤ k ≤ 12；并且其中0 ≤ k’≤ 10），及其组合。
15．根据实施方案13所述的电化学电池，其中所述隔离件包含一个或多个涂层，其中所述一个或多个涂层是厚度为大于或等于大约100 nm至小于或等于大约10 µm的超薄涂层。
16．根据实施方案15所述的电化学电池，其中所述一个或多个涂层包括一个或多个陶瓷涂层，其中所述一个或多个陶瓷涂层包含选自以下的陶瓷材料：氧化铝、二氧化硅、磷酸盐、陶瓷电解质、玻璃态电解质及其组合。
17．根据实施方案15所述的电化学电池，其中所述一个或多个涂层包括一个或多个聚合物涂层，其中所述一个或多个聚合物涂层包含选自以下的聚合物材料：alucone、zirzone、聚(3,4-乙撑二氧噻吩)（PEDOT）、金属有机骨架（MOF）薄膜、分子层沉积（MLD）聚合物涂层及其组合。
18．根据实施方案13所述的电化学电池，其中所述隔离件包含一种或多种填料，其中所述一种或多种填料包含一种或多种陶瓷填充物，其中所述一种或多种陶瓷填充物包含选自以下的陶瓷材料：氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、陶瓷电解质、玻璃态电解质及其组合。
19．根据实施方案15所述的电化学电池，其中在所述电极的暴露表面上形成固体电解质界面（SEI）层。
20．循环锂离子的电化学电池，包括：
包含锂金属的负电极；
包括一个或多个超薄涂层的表面改性隔离件，其中所述一个或多个超薄涂层的每一个是陶瓷涂层或聚合物涂层；
设置在负电极与表面改性隔离件之间的固体电解质界面（SEI）层；和
填充所述负电极、所述隔离件与所述固体电解质界面（SEI）层中的空隙与孔隙的液体电解质体系，其中所述电解质体系包含：
两种或更多种锂盐，其中所述两种或更多种锂盐包含大于或等于大约0.1M至小于或等于大约0.9M的第一锂盐和大于或等于大约0.1M至小于或等于大约0.9M的第二锂盐，其中所述第一锂盐是双(氟磺酰)亚胺化锂（LiN(FSO2)2）（LIFSI），且所述第二锂盐是高氯酸锂（LiClO4）；和
两种或更多种溶剂，其中所述两种或更多种溶剂包含第一溶剂和第二溶剂，其中所述第一溶剂是氟代碳酸亚乙酯（FEC），且所述第二溶剂选自：碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）、1,2-二甲氧基乙烷（DME），及其组合。
其它应用领域将由本文中提供的描述而变得显而易见。该发明内容中的描述和具体实例仅意在用于举例说明的目的，而非意在限制本公开的范围。
附图说明
本文中描述的附图仅用于举例说明所选实施方案的目的，而非所有可能的实施方式，并且无意限制本公开的范围。
图1是示例电化学电池组电池的示意图；
图2A-2D是示例（原始的和收获的）锂金属电极的扫描电子显微镜（SEM）图；
图3是具有不同电解质体系的对比电化学电池的每次循环的容量保持率的图示说明；和
图4是具有不同隔离件的对比电化学电池的每次循环的容量保持率的图示说明。
在附图的几个视图中，相应的附图标记表示相应的部件。
具体实施方式
提供示例性实施方案从而使得本公开将为完全的，并使本公开将向本领域技术人员充分传达范围。阐述了许多具体细节，例如具体组成、组件、装置和方法的实例，以提供对本公开的实施方案的充分理解。对本领域技术人员将显而易见的是，不需要采用具体细节，示例性实施方案可表现为许多不同的形式，并且它们都不应被解释为限制本公开的范围。在一些示例性实施方案中，没有详细描述公知的方法、公知的装置结构和公知的技术。
本文中所用的术语仅为了描述特定的示例性实施方案，并且无意作为限制。除非上下文清楚地另行指明，如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”可旨在也包括复数形式。术语“包含”、“包括”、“涵盖”和“具有”是可兼的，并且因此指定了所述特征、元件、组合物、步骤、整数、操作和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或加入。尽管开放式术语“包括”应被理解为用于描述和要求保护本文中所述的各种实施方案的非限制性术语，但在某些方面，该术语或可被理解成替代性地为更具限制性和局限性的术语，如“由……组成”或“基本由……组成”。由此，对叙述组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤的任意给定实施方案，本公开还具体包括由或基本由此类所叙述组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤组成的实施方案。在“由……组成”的情况下，替代实施方案排除任何附加的组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤，而在“基本由……组成”的情况下，从此类实施方案中排除了实质上影响基本和新颖特性的任何附加的组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤，但是不在实质上影响基本和新颖特性的任何组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤可以包括在实施方案中。
本文中描述的任何方法步骤、工艺和操作不应解释为必定要求它们以所论述或举例说明的特定次序履行，除非明确确定以一履行次序的形式进行。还要理解的是，除非另行说明，可采用附加或替代的步骤。
当组件、元件或层被提到在另一元件或层“上”，“啮合”、“连接”或“耦合”到另一元件或层上时，其可直接在另一组件、元件或层上，啮合、连接或耦合到另一组件、元件或层上，或可存在居间元件或层。相较之下，当元件被提到直接在另一元件或层上，“直接啮合”、“直接连接”或“直接耦合”到另一元件或层上时，可不存在居间元件或层。用于描述元件之间关系的其它词语应以类似方式解释（例如“在…之间”相对“直接在…之间”，“相邻”相对“直接相邻”等）。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关罗列项的任何和所有组合。
尽管术语第一、第二、第三等在本文中可用于描述各种步骤、元件、组件、区域、层和/或区段，但除非另行说明，这些步骤、元件、组件、区域、层和/或区段不应受这些术语限制。这些术语可仅用于将一个步骤、元件、组件、区域、层或区段与另一步骤、元件、组件、区域、层或区段进行区分。除非上下文清楚表明，术语如“第一”、“第二”和其它数值术语在本文中使用时并不暗示次序或顺序。因此，下文论述的第一步骤、元件、组件、区域、层或区段可以被称作第二步骤、元件、组件、区域、层或区段而不背离示例性实施方案的教导。
为了易于描述，在本文中可使用空间或时间上相对的术语，如“之前”、“之后”、“内”、“外”、“下”、“下方”、“下部”、“上”、“上部”等描述如附图中所示的一个元件或特征与其他（一个或多个）元件或（一个或多个）特征的关系。空间或时间上相对的术语可旨在涵盖装置或系统在使用或操作中在附图中所示的取向之外的不同取向。
在本公开通篇中，数值代表近似测量值或范围界限以涵盖与给定值的轻微偏差和大致具有所提及值的实施方案以及确切具有所提及值的实施方案。除了在详细描述最后提供的工作实例中之外，本说明书（包括所附权利要求）中的（例如量或条件）参数的所有数值应被理解为在所有情况中被术语“大约”修饰，无论在该数值前是否实际出现“大约”。“大约”是指所述数值允许一定的轻微不精确（在一定程度上接近该值的精确值；大致或合理地近似该值；几乎是）。如果在本领域中不以这种普通含义另行理解由“大约”提供的不精确性，那么本文所用的“大约”是指可由测量和使用此类参数的普通方法造成的至少偏差。例如，“大约”可包括小于或等于5%、任选小于或等于4%、任选小于或等于3%、任选小于或等于2%、任选小于或等于1%、任选小于或等于0.5%，和在某些方面任选小于或等于0.1%的偏差。
此外，范围的公开包括在整个范围内的所有值和进一步细分范围的公开，包括对这些范围给出的端点和子范围。
现在将参照附图更充分地描述示例性实施方案。
典型的锂离子电池组（例如循环锂离子的电化学电池）包括与第二电极（如负电极或阳极）相对的第一电极（如正电极或阴极）和设置在其间的隔离件和/或电解质。通常，在锂离子电池组包中，电池组或电池可以以堆叠或卷绕配置电连接，以提高整体输出。锂离子电池组通过在第一和第二电极之间可逆地传送锂离子来运行。例如，在电池组充电过程中，锂离子可从正电极移动至负电极，并且当电池组放电时在相反的方向上移动。电解质适于传导锂离子（或在钠离子电池组的情况下为钠离子，等等），并可为液体、凝胶或固体形式。例如，电化学电池（也称为电池组）20的示例性和示意性图示显示在图1中。
此类电池用于交通工具或自动运输应用（例如摩托车、船舶、拖拉机、公共汽车、摩托车、移动房屋、露营车和坦克）。但是，本技术可用于广泛种类的其它行业和应用，作为非限制性实例包括航空航天部件、消费品、装置、建筑物（例如房屋、办公室、棚屋和仓库）、办公设备和家具、以及工业设备机械、农业或农场设备、或重型机械。此外，尽管示出的实例包括单个阴极和单个阳极，但本领域技术人员将认识到，本教导扩展至各种其它配置，包括具有一个或多个阴极和一个或多个阳极以及各种集流体（具有设置在其一个或多个表面上或与其一个或多个表面相邻设置的电活性层）的那些。
如图1中所示，电池组20包括负电极22（例如阳极）、正电极24（例如阴极）和设置在两个电极22、24之间的隔离件26。该隔离件26在电极22、24之间提供电分隔——防止物理接触。隔离件26还在锂离子循环过程中为锂离子和在某些情况下的相关阴离子的内部通行提供了最小化电阻路径。在各个方面，隔离件26包含电解质30，其在某些方面也可存在于负电极22和正电极24中。在某些变体中，隔离件26可由固态电解质30形成。例如，隔离件26可由多个固态电解质粒子（未显示）限定。
负电极集流体32可位于负电极22处或附近，并且正电极集流体34可位于正电极24处或附近。负电极集流体32可为包含铜或本领域技术人员已知的任何其它合适的导电材料的金属箔（例如实心或网状或包覆箔）、金属格栅或筛网、或多孔金属。在某些变体中，负电极集流体32的表面可包含经表面处理（例如碳涂覆和/或蚀刻）的金属箔。在每种情况下，负电极集流体32可具有大于或等于大约4 μm至小于或等于大约50 μm且在某些方面任选大约6 μm的厚度。正电极集流体34可为包含铝或本领域技术人员已知的任何其它合适的导电材料的金属箔（例如实心或网状或包覆箔）、金属格栅或筛网、或多孔金属。在某些变体中，正电极集流体34的表面可包含经表面处理（例如碳涂覆和/或蚀刻）的金属箔。在每种情况下，正电极集流体34可具有大于或等于大约5 μm至小于或等于大约50 μm且在某些方面任选大约12 μm的厚度。
负电极集流体32与正电极集流体34分别收集自由电子并将自由电子移动到外部电路40和由外部电路40收集自由电子并将自由电子移动。例如，可中断外部电路40和负载装置42可连接负电极22（通过负电极集流体32）和正电极24（通过正电极集流体34）。
电池组20可以通过在外部电路40闭合（以连接负电极22和正电极24）且负电极22的电势低于正电极时发生的可逆电化学反应在放电过程中产生电流。正电极24与负电极22之间的化学势差驱动由负电极22处的反应（例如嵌入锂的氧化）所产生的电子穿过外部电路40朝向正电极24。同样在负电极22处产生的锂离子，同时通过隔离件26中所含有的电解质30朝向正电极24转移。电子流过外部电路40且锂离子穿过含有电解质30的隔离件26迁移，以便在正电极24处形成嵌入锂。如上所述，电解质30通常也存在于负电极22和正电极24中。穿过外部电路40的电流可以被利用并被引导通过负载装置42，直到负电极22中的锂耗尽且电池组20的容量减小。
电池组20可以随时通过将外部电源（例如充电装置）连接到锂离子电池组20上以逆转在电池组放电过程中发生的电化学反应来充电或重新赋能。将外部电源连接到电池组20上促进正电极24处的反应（例如嵌入锂的非自发氧化），由此产生电子和锂离子。锂离子通过电解质30跨越隔离件26流回负电极22，以便为负电极22补充锂（例如嵌入锂），用于在下一次电池组放电事件中使用。由此，完整的放电事件接着完整的充电事件被认为是一次循环，其中锂离子在正电极24与负电极22之间循环。可用于将电池组20充电的外部电源可根据电池组20的尺寸、结构和特定的最终用途而不同。一些值得注意和示例性的外部电源包括但不限于通过壁装插座连接到AC电网上的AC-DC转换器和机动交通工具交流发电机。
在许多锂离子电池组配置中，负电极集流体32、负电极22、隔离件26、正电极24和正电极集流体34中的每一个被制备为相对薄的层（例如几微米至零点几毫米或更小的厚度）并且以电并联布置连接的层进行组装以提供合适的电能和功率包。在各个方面，电池组20还可包括多种其它组件，所述多种其它组件尽管并未在本文中描述，但仍然是本领域技术人员已知的。例如，电池组20可包括外壳、垫圈、端子盖、极耳、电池组端子以及可位于电池组20内（包括在负电极22、正电极24和/或隔离件26之间或周边）的任何其它常规组件或材料。图1中显示的电池组20包括液体电解质30，并显示了代表性的电池组运行概念。但是，如本领域技术人员已知的那样，本技术也适用于可具有不同设计的包括固态电解质（和固态电活性粒子）的固态电池组。
如上所述，电池组20的尺寸和形状可根据其所设计用于的特定应用而改变。电池组供电的交通工具和手持式消费电子设备例如是两个实例，其中电池组20最有可能被设计为不同的尺寸、容量和功率输出规格。电池组20还可与其它类似的锂离子电池或电池组串联或并联连接，以便在负载装置42需要的情况下产生更大的电压输出、能量和功率。因此，电池组20可以生成朝向负载装置42的电流，该负载装置42是外部电路40的一部分。负载装置42可完全或部分由电池组20放电时通过外部电路40的电流来供电。虽然电气负载装置42可为任何数量的已知电动装置，但一些具体实例包括用于电气化交通工具的电动机、膝上型计算机、平板计算机、蜂窝电话和无绳电动工具或器具。负载装置42还可为以存储电能为目的而对电池组20充电的发电设备。
重新参照图1，正电极24、负电极22和隔离件26可各自在其孔隙内部包括电解质溶液或体系30，能够在负电极22与正电极24之间传导锂离子。电解质30可为非水性液体电解质溶液，其包含溶解在有机溶剂或有机溶剂混合物中的锂盐。例如，电解质30可包括两种或更多种锂盐。该两种或更多种锂盐包括双(氟磺酰)亚胺化锂（LiN(FSO2)2）（LIFSI）和高氯酸锂（LiClO4）。例如，可包含双(氟磺酰)亚胺化锂（LiN(FSO2)2）（LIFSI）作为两种或更多种锂盐中的第一锂盐，并可包含高氯酸锂（LiClO4）作为两种或更多种锂盐中的第二锂盐。电解质30可包含例如大于或等于大约0.1M至小于或等于大约0.9M、且在某些情况下任选小于大约0.6 M的第一锂盐；和大于或等于大约0.1M至小于或等于大约0.9M的第二锂盐。高氯酸锂（LiClO4）可帮助控制和/或改善电池组20中的容量衰减，并还可抑制其中的腐蚀（如铝腐蚀）。双(氟磺酰)亚胺化锂（LiN(FSO2)2）（LIFSI）可帮助控制和/或改善电解质30的电导率。例如，包含双(氟磺酰)亚胺化锂（LiN(FSO2)2）（LIFSI）的电池组20可具有大约8 ms/cm、且在某些方面任选大约9 ms/cm的电导率。
在某些方面，电解质30可包括一种或多种附加的锂盐，例如第三锂盐。例如，电解质30可包含例如大于或等于大约0.1M至小于或等于大约0.9M的一种或多种附加的锂盐。该一种或多种附加的锂盐可包括与一个或多个阴离子耦合的一个或多个阳离子。该阳离子可选自Li+、Na+、K+、Al3+、Mg2+等等。该阴离子可选自PF6-、BF4-、TFSI-、FSI-、CF3SO3 -、(C2F5S2O2)N-等等。
例如，可用作一种或多种附加的锂盐（例如第三锂盐）的锂盐的非限制性列举包括六氟磷酸锂（LiPF6）、四氯铝酸锂（LiAlCl4）、碘化锂（LiI）、溴化锂（LiBr）、硫氰酸锂（LiSCN）、四氟硼酸锂（LiBF4）、四苯基硼酸锂（LiB(C6H5)4）、双(草酸根合)硼酸锂（LiB(C2O4)2）（LiBOB）、二氟(草酸根合)硼酸锂（LiBF2(C2O4)）（LiDFOB）、六氟砷酸锂（LiAsF6）、三氟甲磺酸锂（LiCF3SO3）、双(三氟甲)磺酰亚胺化锂（LiN(CF3SO2)2）、4,5-二氰基-2-三氟甲基-咪唑锂（LiTDI）、双(2-甲基-2-氟代丙二酸根合)硼酸锂（LiBMFMB）、四(2,2,2-三氟乙氧基)硼酸锂（LiTTFB）、九氟丁磺酸锂（LiC4F9SO3）（LiNFBS）、三氟乙酸锂（Li[CF3CO2]）、Li[C2F5CO2]、Li[PF2(C2O4)2]、四氟(草酸根合)磷酸锂（Li[PF4C2O4]）、Li[N(FSO2)2]、全氟烷基磺酰基甲基锂（Li[C(CF3SO2)3]）、Li[N(SO2C2F5)2]、烷基氟磷酸锂、Li[B(C2O4)2]、Li[BF2C2O4]、Li2[B12X12-kHk]（其中X是OH、F、Cl或Br；其中0 ≤ k ≤ 12；并且其中0 ≤ k’≤10），及其组合。
两种或更多种锂盐和/或一种或多种附加的锂盐可溶解在各种非水性非质子有机溶剂中，包括但不限于各种碳酸烷基酯（碳酸烷基酯，arbonates），如环状碳酸酯（例如碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)、氟代碳酸亚乙酯(FEC)）、直链碳酸酯（例如碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)）、脂族羧酸酯（例如甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯）、γ-内酯（例如γ-丁内酯、γ-戊内酯）、链结构醚（例如1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷）、环状醚（例如四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧戊环）、硫化合物（例如环丁砜），及其组合。
在某些变体中，两种或更多种锂盐和/或一种或多种附加的锂盐可溶解在包含固体电解质界面（SEI）形成剂的多种非水性非质子有机溶剂中。例如，氟化溶剂，如氟化环状碳酸酯（例如氟代碳酸亚乙酯(FEC)）可特别适于造成在负电极22上形成保护性的固体电解质界面（SEI）层。溶剂可包括例如氟代碳酸亚乙酯（FEC）作为第一溶剂，以及一种或多种助溶剂。例如，溶剂可包含大于或等于大约5体积%至小于或等于大约95体积%的第一溶剂和大于或等于大约 5体积%至小于或等于大约95体积%的一种或多种助溶剂。可加入一种或多种助溶剂以调节电解质30的粘度和/或润湿性。
示例氟化环状碳酸酯通常可表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中R1和R2独立地选自：H、F、Cl、Br、I、CN、氧代基团、OR9（其中R9可为H、烷基、烯基、炔基、芳基、芳烷基或杂环基）、烷基、烯基、炔基、甲硅烷基、甲硅烷氧基、-C(O)R10（其中R10可为H、烷基、烯基、炔基、芳基、芳烷基或杂环基）、-C(O)OR10（其中R10可为H、烷基、烯基、炔基、芳基、芳烷基或杂环基）和-OC(O)R10（其中R10可为H、烷基、烯基、炔基、芳基、芳烷基或杂环基）。在某些情况下，R1和R2独立地选自F、CnHxFy（其中1 ≤ n ≤ 12，1 ≤ x ≤ 3，且其中0 ≤ y ≤ 3）、CH2CnHxFy（其中1 ≤ n ≤ 12，1 ≤ x ≤ 3，且其中0 ≤ y ≤ 3）、CH2OCnHx-yFy（其中1 ≤ n ≤ 12，1 ≤ x ≤ 3，且其中0 ≤ y ≤ 3）和CF2OCnHxFy（其中1≤ n ≤ 12，1 ≤ x ≤ 3，且其中0 ≤ y ≤ 3）。
一种或多种助溶剂可为直链碳酸酯。示例直链碳酸酯通常可表示为：
Figure 202404DEST_PATH_IMAGE002
其中R1和R2独立地选自：H、F、Cl、Br、I、CN、氧代基团、OR9（其中R9可为H、烷基、烯基、炔基、芳基、芳烷基或杂环基）、烷基、烯基、炔基、甲硅烷基、甲硅烷氧基、-C(O)R10（其中R10可为H、烷基、烯基、炔基、芳基、芳烷基或杂环基）、-C(O)OR10（其中R10可为H、烷基、烯基、炔基、芳基、芳烷基或杂环基）和-OC(O)R10（其中R10可为H、烷基、烯基、炔基、芳基、芳烷基或杂环基）。在某些情况下，R1和R2独立地选自F、CnHxFy（其中1 ≤ n ≤ 12，1 ≤ x ≤ 3，且其中0 ≤ y ≤ 3）、CH2CnHxFy（其中1 ≤ n ≤ 12，1 ≤ x ≤ 3，且其中0 ≤ y ≤ 3）、CH2OCnHx-yFy（其中1 ≤ n ≤ 12，1 ≤ x ≤ 3，且其中0 ≤ y ≤ 3）和CF2OCnHxFy（其中1≤ n ≤ 12，1 ≤ x ≤ 3，且其中0 ≤ y ≤ 3）。例如，在某些情况下，一种或多种助溶剂可为直链碳酸酯，如碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）、1,2-二甲氧基乙烷（DME）等等。
具有保护性动力学屏障（例如固体电解质界面(SEI)层）和受控孔隙率的老化的多孔锂电极可以以一定方式最小化或防止连续的电解质消耗和锂离子损失，从而防止电池组20中的容量损失。在各种情况下，保护性固体电解质界面（SEI）层还可抑制或最小化枝晶形成。锂盐的选择还可影响固体电解质界面（SEI）层的形成和负电极22的老化形貌（例如孔隙率）。例如，图2A-2D提供了具有不同电解质体系的示例锂金属电极的扫描电子显微镜（SEM）图像。以比较的方式，图2A是原始锂金属电极100的扫描电子显微镜（SEM）图像。如本领域技术人员将认识到的那样，块状锂（如图2A中所示）在循环过程中可变成多孔锂（如图2B-2D中所示）。
图2B是收获的多孔锂金属电极 110的扫描电子显微镜（SEM）图像，其具有部分通过电解质（包含1.2 M的双(氟磺酰)亚胺化锂（LiN(FSO2)2）（LIFSI）和包含氟代碳酸亚乙酯（FEC）与碳酸甲乙酯（EMC）的溶剂混合物）制备的保护性固体电解质界面（SEI）层112。溶剂混合物可包含1体积份的氟代碳酸亚乙酯（FEC）对4体积份的碳酸甲乙酯（EMC）。在此类情况下，保护性固体电解质界面（SEI）层112可具有相对较大的厚度。如所示那样，保护性固体电解质界面（SEI）层112可具有显著不平坦表面和显著大孔隙率。保护性固体电解质界面（SEI）层112的大孔隙率在以下范围内可为不合意的：较大的表面积需要较高或较大量的电解质，这可以导致在循环寿命接近结束时的高容量衰减。例如，较大的孔隙率和电解质消耗可以导致负电极110的厚度在循环过程中提高，这可在电池中导致不合意的压力积聚。
图2C是收获的多孔锂金属电极 120的扫描电子显微镜（SEM）图像，其具有部分通过电解质（包含1.2 M的高氯酸锂（LiClO4）和包含氟代碳酸亚乙酯（FEC）与碳酸甲乙酯（EMC）的溶剂混合物）制备的保护性固体电解质界面（SEI）层122。溶剂混合物可包含1体积份的氟代碳酸亚乙酯（FEC）对4体积份的碳酸甲乙酯（EMC）。如所示那样，由于高度氧化的LiClO4，保护性固体电解质界面（SEI）层122也可具有相对较高的反应性表面。收获的（即老化的）锂金属电极122可具有小于锂金属电极 110的孔隙率的孔隙率。
图2D是收获的多孔锂金属电极 130的扫描电子显微镜（SEM）图像，其具有部分通过电解质（包含0.6M的双(氟磺酰)亚胺化锂（LiN(FSO2)2）（LIFSI）和0.6M的高氯酸锂（LiClO4）和包含氟代碳酸亚乙酯（FEC）与碳酸甲乙酯（EMC）的溶剂混合物）制备的保护性固体电解质界面（SEI）层132。溶剂混合物可包含1体积份的氟代碳酸亚乙酯（FEC）对4体积份的碳酸甲乙酯（EMC）。如所示那样，收获的（即老化的）锂金属电极132也可具有显著较小的反应性表面。如图2A-2D比较所示，电解质可用于控制保护性固体电解质界面（SEI）层的形貌和厚度。
再参照图1，隔离件26可为用于分隔负电极与正电极22、24并最小化或防止短路的多孔隔离件。隔离件26可为聚合物或陶瓷或混合隔离件。例如，隔离件26可包括但不限于聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、三层（PP/PE/PP）、纸、或聚合物膜。市售聚烯烃多孔隔离件26包括可获自Celgard LLC的CELGARD® 2500（单层聚丙烯隔离件）和CELGARD® 2320（三层聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯隔离件）。
在各种情况下，隔离件26可包括一个或多个涂层和/或填充物，其可以改善隔离件26的热稳定性和机械强度和/或润湿性与电流分布。此类隔离件涂层和/或填充物可通过具有不同极性的电解质尤其有助于隔离件26的润湿性。例如，隔离件26可为表面改性隔离件。在某些方面，隔离件26可包括一个或多个超薄（例如大于或等于大约10 nm至小于或等于大约5 µm）陶瓷涂层。例如，陶瓷涂层可设置（例如使用原子层沉积法）在隔离件26的一个或多个暴露表面上，包括孔隙壁。此类陶瓷涂层可包括例如沸石、氧化铝、二氧化硅、磷酸盐、陶瓷电解质（例如锂镧锆氧化物(LLZO)）、玻璃态电解质（例如LiPON、PEO、聚合物与陶瓷的组合）等等。在某些方面，隔离件26可包括一个或多个超薄（例如大于或等于大约100 nm至小于或等于大约10 µm）聚合物涂层。例如，聚合物涂层可设置（例如使用原子层沉积法）在隔离件26的一个或多个暴露表面上，包括孔隙壁。此类聚合物涂层可包括例如alucone、zirzone、聚(3,4-乙撑二氧噻吩)（PEDOT）、金属有机骨架（MOF）薄膜、分子层沉积（MLD）聚合物涂层等等。在某些方面，隔离件26可包括一种或多种陶瓷填充物。例如，此类陶瓷填充物可包括基本填充隔离件26的孔隙的多个小的粒子。通常，在填料材料与隔离件26的孔隙壁之间不存在化学键合和/或附着力。此类陶瓷填料可包括例如氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、陶瓷电解质（例如锂镧锆氧化物(LLZO)、磷酸锂铝钛(LATP)）、玻璃态电解质（例如LiPON、PEO、聚合物和陶瓷的组合）等等。
负电极22包含能够充当锂离子电池组的负极端子的锂基质材料。例如，负电极22可包含能够充当电池组20的负极端子的锂基质材料（例如负极电活性材料）。在各个方面，负电极22可由多个负极电活性材料粒子（未显示）来限定。此类负极电活性材料粒子可设置在一个或多个层中以限定负电极22的三维结构。例如可在电池组装后引入电解质30，并容纳在负电极22的孔隙（未显示）中。例如，负电极22可包括多个电解质粒子（未显示）。负电极22（包括所述一个或多个层）可具有大于或等于大约1 μm至小于或等于大约2000 μm、且在某些方面任选大于或等于大约10 μm至小于或等于大约1000 μm的厚度。
负电极22可包括包含锂的负极电活性材料，如例如锂金属。在某些变体中，负电极22是锂金属或锂合金形成的膜或层。其它材料也可以用于形成负电极22，包括例如碳质材料（如石墨、硬质碳、软质碳）、锂-硅和含硅的二元与三元合金和/或含锡合金（如Si、Li-Si、SiOx Si-Sn、SiSnFe、SiSnAl、SiFeCo、SnO2等等），和/或金属氧化物（如Fe3O4）。在某些替代实施方案中，设想锂-钛阳极材料，如Li4+xTi5O12，其中0 ≤ x ≤ 3，包括钛酸锂（Li4Ti5O12）（LTO）。
负极电活性材料可任选与提供电子传导路径的一种或多种导电材料和/或改善负电极22的结构完整性的至少一种聚合物粘合剂材料混杂。例如，负电极22中的负极电活性材料可任选与粘合剂混杂，所述粘合剂例如裸藻酸盐（bare alginate salts）、聚(四氟乙烯)（PTFE）、羧甲基纤维素钠（CMC）、苯乙烯-丁二烯橡胶（SBR）、聚(偏二氟乙烯)（PVDF）、丁腈橡胶（NBR）、苯乙烯乙烯丁烯苯乙烯共聚物（SEBS）、苯乙烯丁二烯苯乙烯共聚物（SBS）、聚丙烯酸酯（PAA）、聚丙烯酸锂（LiPAA）、聚丙烯酸钠（NaPAA）、藻酸钠、藻酸锂、三元乙丙橡胶（EPDM），及其组合。导电材料可包括基于碳的材料、粉末镍或其它金属粒子，或导电聚合物。基于碳的材料可包括例如炭黑（例如Super-P）、石墨、乙炔黑（如KETCHENTM黑或DENKATM黑）、碳纤维和纳米管（例如气相生长的碳纤维(VGCF)）、石墨烯、氧化石墨烯等等的粒子。导电聚合物的实例包括聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、聚吡咯等等。
例如，负电极22可包含大于或等于大约30重量%至小于或等于大约99.5重量%、且在某些方面任选大于或等于大约50重量%至小于或等于大约95重量%的负极电活性材料；大于或等于大约0重量%至小于或等于大约30重量%、且在某些方面任选大于或等于大约0.5重量%至小于或等于大约15重量%的一种或多种导电材料；和大于或等于大约0重量%至小于或等于大约20重量%、且在某些方面任选大于或等于大约0.5重量%至小于或等于大约10重量%的一种或多种粘合剂。
正电极24可由基于锂的活性材料形成，其能够经受锂嵌入和脱嵌、合金化和脱合金化、或镀敷和剥离，同时充当电池组20的正极端子。例如，正电极24可以由多个电活性材料粒子（未显示）限定，该多个电活性材料粒子以一个或多个层设置以限定正电极24的三维结构。例如可在电池组装后引入电解质30，并容纳在正电极24的孔隙（未显示）中。例如，正电极24可包括多个电解质粒子（未显示）。正电极24（包括一个或多个层）可具有大于大约150 μm的厚度。
正电极24可包含具有低振实密度材料（例如小于或等于大约2 g/cc）和/或具有大比表面积（例如大于或等于大约20 m2/g）和/或具有小的次级粒度（例如D50小于或等于大约3 µm）的正极电活性材料。例如，作为非限制性实例，正极电活性材料可包含一种或多种磷酸锂锰铁（LiMnxFe1-xPO4，其中0 ≤ x ≤ 1）（LMFP），如LiMn0.7Fe0.3PO4、LiMn0.6Fe0.4PO4、LiMn0.8Fe0.2PO4、LiMn0.75Fe0.25PO4。在某些方面，一种或多种磷酸锂锰铁（LiMnxFe1-xPO4，其中0 ≤ x ≤ 1）（LMFP）可掺杂有一种或多种掺杂剂，如镁（Mg）、铝（Al）、钇（Y）、钪（Sc）等等。例如，正极电活性材料可包括以下的一种或多种：LiMn0.7Mg0.05Fe0.25PO4、LiMn0.75Al0.05Fe0.2PO4、LiMn0.75Al0.03Fe0.22PO4、LiMn0.75Al0.03Fe0.22PO4、LiMn0.7Y0.02Fe0.28PO4、LiMn0.7Mg0.02Al0.03Fe0.25PO4等等。一种或多种磷酸锂锰铁（LiMnxFe1-xPO4，其中0 ≤ x ≤ 1）（LMFP）可掺杂有大约10重量%的一种或多种掺杂剂。
在每种情况下，此类磷酸锂锰铁（LiMnxFe1-xPO4，其中0 ≤ x ≤ 1）（LMFP）电活性材料粒子可具有大于或等于大约10 nm至小于或等于大约250 nm的平均初级粒度；大于或等于大约0.4 g/cc至小于或等于大约2.0 g/cc、任选大约0.4 g/cc至小于或等于大约1 g/cc、任选大约0.8 g/cc、且在某些方面任选大约0.5 g/cc的振实密度；和大于或等于大约3m2/g至小于或等于大约50 m2/g、且在某些方面任选大约34.3 m2/g的比表面积。
正极电活性材料可任选与提供电子传导路径的导电材料和/或改善电极的结构完整性的至少一种聚合物粘合剂材料混杂。例如，正极电活性材料与电子导电或导电材料可与此类粘合剂一起浆料浇注，此类粘合剂如聚偏二氟乙烯（PVdF）、聚四氟乙烯（PTFE）、三元乙丙橡胶（EPDM）、或羧甲基纤维素（CMC）、丁腈橡胶（NBR）、苯乙烯-丁二烯橡胶（SBR）、聚丙烯酸酯（PAA）、聚丙烯酸锂（LiPAA）、聚丙烯酸钠（NaPAA）、藻酸钠或藻酸锂。导电材料可包括基于碳的材料、粉末镍或其它金属粒子（例如金属丝和/或金属氧化物），或导电聚合物。基于碳的材料可包括例如石墨、炭黑（如Super-P）、乙炔黑（如KETCHENTM黑或DENKATM黑）、碳纤维和纳米管（例如气相生长的碳纤维(VGCF)）、石墨烯、氧化石墨烯等等的粒子。导电聚合物的实例包括聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、聚吡咯等等。在某些方面，可使用导电材料的混合物。
例如，正电极24可包含大于或等于大约30重量%至小于或等于大约98重量%、且在某些方面任选大于或等于大约80重量%至小于或等于大约95重量%的正极电活性材料；大于或等于大约0重量%至小于或等于大约30重量%、且在某些方面任选大于或等于大约0.5重量%至小于或等于大约15重量%的一种或多种导电材料；和大于或等于大约0重量%至小于或等于大约20重量%、且在某些方面任选大于或等于大约0.5重量%至小于或等于大约10重量%的一种或多种粘合剂。
在以下非限制性实施例中进一步示出了本技术的某些特征。
实施例1
图3显示了对比电化学电池220、230、240在2.5 V至4.3 V的施加电压与0.2C充电、0.5C放电下的容量保持率。y轴210描绘了以毫安培小时（mAh）计的容量，而循环数显示在x轴200上。
电化学电池210包括第一电解质体系。该第一电解质体系可包含1.2 M的双(氟磺酰)亚胺化锂（LiN(FSO2)2）（LIFSI）和包含氟代碳酸亚乙酯（FEC）与碳酸甲乙酯（EMC）的溶剂混合物。该溶剂混合物可包含1体积份的氟代碳酸亚乙酯（FEC）对4体积份的碳酸甲乙酯（EMC）。如所示那样，电化学电池220可发生突然的容量衰减。
电化学电池230包括第二电解质体系。例如，该第二电解质体系可包含1.2 M的高氯酸锂（LiClO4）和包含氟代碳酸亚乙酯（FEC）与碳酸甲乙酯（EMC）的溶剂混合物。该溶剂混合物可包含1体积份的氟代碳酸亚乙酯（FEC）对4体积份的碳酸甲乙酯（EMC）。如所示那样，电化学电池230可具有低电导率，并因此具有有限的循环寿命。
电化学电池240包括第三电解质体系。该第三电解质体系可根据本公开的某些教导来制备。第三电解质体系可包含0.6M的双(氟磺酰)亚胺化锂（LiN(FSO2)2）（LIFSI）和0.6M的高氯酸锂（LiClO4）和包含氟代碳酸亚乙酯（FEC）与碳酸甲乙酯（EMC）的溶剂混合物。该溶剂混合物可包含1体积份的氟代碳酸亚乙酯（FEC）对4体积份的碳酸甲乙酯（EMC）。根据本公开的某些方面制备的电化学电池240具有改进或增强的循环性能和减少的容量衰减。电化学电池240具有改进或增强的循环寿命。
实施例2
图4显示了对比电化学电池420、430、440、450、460在2.5 V至4.3 V的施加电压与0.2C充电、0.5C放电下的容量保持率。y轴310描绘了以毫安培小时（mAh）计的容量，而循环数显示在x轴300上。
电化学电池420包括第一电解质体系和常规隔离件（例如可获自Celgard LLC的CELGARD® 2320(三层聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯隔离件)）。第一电解质体系可包含1.2 M的六氟磷酸锂（LiPF6）和包含氟代碳酸亚乙酯（FEC）与碳酸甲乙酯（EMC）的溶剂混合物。该溶剂混合物可包含1体积份的氟代碳酸亚乙酯（FEC）对4体积份的碳酸甲乙酯（EMC）。如所示那样，电化学电池420可经历提早的、突然的容量衰减。
电化学电池430包括第二电解质体系和沸石改性的隔离件，例如沸石改性的聚乙烯（PE）。第二电解质体系可根据本公开的某些教导来制备。例如，第二电解质体系可包含0.6M的双(氟磺酰)亚胺化锂（LiN(FSO2)2）（LIFSI）和0.6M的高氯酸锂（LiClO4）和包含氟代碳酸亚乙酯（FEC）与碳酸甲乙酯（EMC）的溶剂混合物。该溶剂混合物可包含1体积份的氟代碳酸亚乙酯（FEC）对4体积份的碳酸甲乙酯（EMC）。
电化学电池440包括第三电解质体系和常规隔离件（例如可获自Celgard LLC的CELGARD® 2320(三层聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯隔离件)）。第三电解质体系也可根据本公开的某些教导来制备。例如，第三电解质体系可包含0.6M的双(氟磺酰)亚胺化锂（LiN(FSO2)2）（LIFSI）和0.6M的高氯酸锂（LiClO4）和包含氟代碳酸亚乙酯（FEC）与碳酸甲乙酯（EMC）的溶剂混合物。该溶剂混合物可包括 1体积份的氟代碳酸亚乙酯（FEC）对4体积份的碳酸甲乙酯（EMC）。
电化学电池450包括第四电解质体系和第一表面改性隔离件。该第四电解质体系也可根据本公开的某些教导来制备。例如，第四电解质体系可包含0.6M的双(氟磺酰)亚胺化锂（LiN(FSO2)2）（LIFSI）和0.6M的高氯酸锂（LiClO4）和包含氟代碳酸亚乙酯（FEC）与碳酸甲乙酯（EMC）的溶剂混合物。该溶剂混合物可包含1体积份的氟代碳酸亚乙酯（FEC）对4体积份的碳酸甲乙酯（EMC）。表面改性隔离件可根据本公开的某些教导来制备。例如，表面改性隔离件可为二氧化硅涂布的聚乙烯（PE）隔离件。
电化学电池450包括第五电解质体系和第二表面改性隔离件。第五电解质体系也可根据本公开的某些教导来制备。例如，第五电解质体系可包含0.6M的双(氟磺酰)亚胺化锂（LiN(FSO2)2）（LIFSI）和0.6M的高氯酸锂（LiClO4）和包含氟代碳酸亚乙酯（FEC）与碳酸甲乙酯（EMC）的溶剂混合物。该溶剂混合物可包含1体积份的氟代碳酸亚乙酯（FEC）对4体积份的碳酸甲乙酯（EMC）。表面改性隔离件可根据本公开的某些教导来制备。例如，表面改性隔离件可为alucone涂布的聚乙烯（PE）隔离件。
如所示那样，根据本公开的某些教导制备的电化学电池，如包含具有特定组成的电解质与表面改性隔离件二者的电化学电池440、450，具有改进的循环性能和减少的容量衰减。
为了举例说明和描述的目的而提供了对实施方案的上述描述。其无意穷举或限制本公开。特定实施方案的单个要素或特征通常不限于该特定实施方案，而是在适用时可互换并可以用于所选实施方案，即使没有明确展示或描述。同一内容也可以以许多方式改变。此类改变不应被视为背离本公开，并且所有此类修改意在包括在本公开的范围内。

Claims (10)

1.循环锂离子的电化学电池，包括：
填充电化学电池中的空隙与孔隙的液体电解质体系，其中所述电解质体系包含：
两种或更多种锂盐，其中所述两种或更多种锂盐包含大于或等于大约0.1M至小于或等于大约0.9M的第一锂盐和大于或等于大约0.1M至小于或等于大约0.9M的第二锂盐，其中所述第一锂盐是双(氟磺酰)亚胺化锂（LiN(FSO2)2）（LIFSI），且所述第二锂盐是高氯酸锂（LiClO4）；和
两种或更多种溶剂，其中所述两种或更多种溶剂包含第一溶剂和第二溶剂，其中所述第一溶剂是氟化环状碳酸酯，且所述第二溶剂是直链碳酸酯，其中所述第一溶剂对所述第二溶剂的体积比为1:4。
2.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述两种或更多种锂盐进一步包含大于或等于大约0.1 M至小于或等于大约0.9 M的第三锂盐。
3.根据权利要求2所述的电化学电池，其中所述第三锂盐选自：六氟磷酸锂（LiPF6）、四氯铝酸锂（LiAlCl4）、碘化锂（LiI）、溴化锂（LiBr）、硫氰酸锂（LiSCN）、四氟硼酸锂（LiBF4）、四苯基硼酸锂（LiB(C6H5)4）、双(草酸根合)硼酸锂（LiB(C2O4)2）（LiBOB）、二氟(草酸根合)硼酸锂（LiBF2(C2O4)）（LiDFOB）、六氟砷酸锂（LiAsF6）、三氟甲磺酸锂（LiCF3SO3）、双(三氟甲)磺酰亚胺化锂（LiN(CF3SO2)2）、4,5-二氰基-2-三氟甲基-咪唑锂（LiTDI）、双(2-甲基-2-氟代丙二酸根合)硼酸锂（LiBMFMB）、四(2,2,2-三氟乙氧基)硼酸锂（LiTTFB）、九氟丁磺酸锂（LiC4F9SO3）（LiNFBS）、三氟乙酸锂（Li[CF3CO2]）、Li[C2F5CO2]、Li[PF2(C2O4)2]、四氟(草酸根合)磷酸锂（Li[PF4C2O4]）、Li[N(FSO2)2]、全氟烷基磺酰基甲基锂（Li[C(CF3SO2)3]）、Li[N(SO2C2F5)2]、烷基氟磷酸锂、Li[B(C2O4)2]、Li[BF2C2O4]、Li2[B12X12-kHk]（其中X是OH、F、Cl或Br；其中0 ≤ k ≤ 12；并且其中0 ≤ k’≤ 10），及其组合。
4.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述氟化环状碳酸酯包括氟代碳酸亚乙酯（FEC），并且所述直链碳酸酯选自：碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）、1,2-二甲氧基乙烷（DME），及其组合。
5.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述电化学电池进一步包括隔离件，其中所述液体电解质体系浸渍所述隔离件，并且所述隔离件包含一个或多个厚度为大于或等于大约100 µm至小于或等于大约10 µm的超薄涂层。
6.根据权利要求5所述的电化学电池，其中所述一个或多个涂层包括一个或多个陶瓷涂层，其中所述一个或多个陶瓷涂层包含选自以下的陶瓷材料：氧化铝、二氧化硅、磷酸盐、陶瓷电解质、玻璃态电解质及其组合。
7.根据权利要求5所述的电化学电池，其中所述一个或多个涂层包括一个或多个聚合物涂层，其中所述一个或多个聚合物涂层包含选自以下的聚合物材料：alucone、zirzone、聚(3,4-乙撑二氧噻吩)（PEDOT）、金属有机骨架（MOF）薄膜、分子层沉积（MLD）聚合物涂层及其组合。
8.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述电化学电池进一步包括隔离件，其中所述液体电解质体系浸渍所述隔离件，并且所述隔离件包含一种或多种填料，其中所述一种或多种填料包含一种或多种陶瓷填充物，其中所述一种或多种陶瓷填充物包含选自以下的陶瓷材料：氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、陶瓷电解质、玻璃态电解质及其组合。
9.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述电化学电池进一步包含锂金属电极，并且其中所述液体电解质体系包含小于或等于大约0.6M的双(氟磺酰)亚胺化锂（LiN(FSO2)2）（LIFSI）。
10.根据权利要求9所述的电化学电池，其中在所述电极的暴露表面上形成固体电解质界面（SEI）层。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4307431A4 (en) * 2022-05-20 2024-05-22 Contemporary Amperex Technology Co., Limited ANHYDROUS ELECTROLYTE AND SECONDARY BATTERY THEREOF, BATTERY MODULE, BATTERY PACK AND ELECTRICAL DEVICE
US11990585B2 (en) * 2022-08-18 2024-05-21 Enevate Corporation Electrolyte formulations for optimal performance in Si-containing lithium ion batteries
NL2033704B1 (en) 2022-12-09 2024-06-14 Univ Delft Tech High entropy liquid electrolytes for Li-ion or Na-ion batteries
SE2350221A1 (en) * 2023-02-28 2024-08-29 Northvolt Ab Non-aqueous electrolyte
SE2350222A1 (en) * 2023-02-28 2024-08-29 Northvolt Ab Non-aqueous electrolyte
WO2024205203A1 (ko) * 2023-03-26 2024-10-03 삼성에스디아이주식회사 전해질 및 이를 포함하는 리튬전지
CN118156589A (zh) * 2024-03-11 2024-06-07 深圳欣界能源科技有限公司 组合物、陶瓷电解质薄膜及制备方法、复合薄膜及应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101202353A (zh) * 2006-12-14 2008-06-18 上海比亚迪有限公司 一种锂离子二次电池的电解液以及含有该电解液的电池
CN105355968A (zh) * 2015-11-24 2016-02-24 宁德新能源科技有限公司 电解液以及包括该电解液的锂离子电池
CN106025307A (zh) * 2016-07-22 2016-10-12 惠州市惠德瑞锂电科技股份有限公司 一种锂电池电解液及所得的锂一次电池
US20190319242A1 (en) * 2018-04-13 2019-10-17 GM Global Technology Operations LLC Separator for lithium metal based batteries
KR20200018108A (ko) * 2018-08-10 2020-02-19 한국생산기술연구원 복합리튬염의 고체전해질을 적용한 전고체 리튬이차전지 및 그의 제조방법
CN210926131U (zh) * 2019-08-12 2020-07-03 上海恩捷新材料科技有限公司 安全性高循环性好的锂离子电池涂布隔离膜

Family Cites Families (48)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9362552B2 (en) 2012-06-01 2016-06-07 GM Global Technology Operations LLC Lithium ion battery electrode materials and methods of making the same
US9123939B2 (en) 2013-03-14 2015-09-01 GM Global Technology Operations LLC Anodes including mesoporous hollow silicon particles and a method for synthesizing mesoporous hollow silicon particles
US8974946B2 (en) 2013-03-15 2015-03-10 Gm Global Technology Operations Coating for separator or cathode of lithium—sulfur or silicon—sulfur battery
US9160036B2 (en) 2013-03-15 2015-10-13 GM Global Technology Operations LLC Electrolyte additives for lithium sulfur rechargeable batteries
US9537144B2 (en) 2013-03-15 2017-01-03 GM Global Technology Operations LLC Single lithium ion conductor as binder in lithium-sulfur or silicon-sulfur battery
WO2014182281A1 (en) 2013-05-07 2014-11-13 GM Global Technology Operations LLC Voltage-responsive coating for lithium-sulfur battery
US20150056493A1 (en) 2013-08-21 2015-02-26 GM Global Technology Operations LLC Coated porous separators and coated electrodes for lithium batteries
US9742028B2 (en) 2013-08-21 2017-08-22 GM Global Technology Operations LLC Flexible membranes and coated electrodes for lithium based batteries
WO2015026951A1 (en) 2013-08-21 2015-02-26 GM Global Technology Operations LLC Lithium-based battery electrodes
US9373829B2 (en) 2013-10-11 2016-06-21 GM Global Technology Operations LLC Porous interlayer for a lithium-sulfur battery
US9252411B2 (en) 2013-11-22 2016-02-02 GM Global Technology Operations LLC Multifunction battery separator
US9437871B2 (en) 2014-02-05 2016-09-06 GM Global Technology Operations LLC Sulfur based active material for a positive electrode
US10128481B2 (en) 2014-02-18 2018-11-13 GM Global Technology Operations LLC Lithium-based battery separator and method for making the same
WO2015126649A1 (en) 2014-02-18 2015-08-27 GM Global Technology Operations LLC Electrolytes and methods for using the same
US9302914B2 (en) 2014-02-28 2016-04-05 GM Global Technology Operations LLC Methods for making hollow carbon materials and active materials for electrodes
US10084204B2 (en) 2014-07-21 2018-09-25 GM Global Technology Operations LLC Electrolyte solution and sulfur-based or selenium-based batteries including the electrolyte solution
US9979008B2 (en) 2014-11-14 2018-05-22 GM Global Technology Operations LLC Methods for making a solid electrolyte interface layer on a surface of an electrode
US20160172710A1 (en) 2014-12-10 2016-06-16 The Regents Of The University Of California Electrolyte and negative electrode structure
US10312501B2 (en) 2014-12-10 2019-06-04 GM Global Technology Operations LLC Electrolyte and negative electrode structure
US20160172706A1 (en) 2014-12-10 2016-06-16 GM Global Technology Operations LLC Electrolyte and electrode structure
US10199643B2 (en) 2014-12-16 2019-02-05 GM Global Technology Operations LLC Negative electrode for lithium-based batteries
US9929435B2 (en) 2015-02-27 2018-03-27 GM Global Technology Operations LLC Electrolyte structure for metal batteries
DE112016004175T5 (de) 2015-09-15 2018-06-07 GM Global Technology Operations LLC Aktivkohlefilter für Hybrid-Superkondensator-Batteriesysteme
US9985284B2 (en) 2015-11-18 2018-05-29 GM Global Technology Operations LLC Forming sulfur-based positive electrode active materials
US9905847B2 (en) 2015-11-18 2018-02-27 GM Global Technology Operations LLC Forming electrode active materials
US10629941B2 (en) 2016-01-22 2020-04-21 GM Global Technology Operations LLC Making a pouch format cell and attaching a tab to an electrode
US9923189B2 (en) 2016-02-02 2018-03-20 GM Global Technology Operations LLC Electrophoretic deposition of an electrode for a lithium-based battery
US20170271678A1 (en) 2016-03-15 2017-09-21 GM Global Technology Operations LLC Primer Surface Coating For High-Performance Silicon-Based Electrodes
US10367201B2 (en) 2016-03-30 2019-07-30 GM Global Technology Operations LLC Negative electrode including a polymeric single-ion conductor coating
US9896763B2 (en) 2016-05-13 2018-02-20 GM Global Technology Operations LLC Particle reactor for atomic layer deposition (ALD) and chemical vapor deposition (CVD) processes
US10396360B2 (en) 2016-05-20 2019-08-27 Gm Global Technology Operations Llc. Polymerization process for forming polymeric ultrathin conformal coatings on electrode materials
US10326166B2 (en) 2016-08-15 2019-06-18 GM Global Technology Operations LLC Gel electrolytes and precursors thereof
US20190027724A1 (en) * 2016-12-06 2019-01-24 Ada Technologies, Inc. Electrochemical Energy Storage Devices and Methods of Making and Using the Same
US10381170B2 (en) 2017-03-29 2019-08-13 GM Global Technology Operations LLC Microporous and hierarchical porous carbon
US10680281B2 (en) 2017-04-06 2020-06-09 GM Global Technology Operations LLC Sulfide and oxy-sulfide glass and glass-ceramic films for batteries incorporating metallic anodes
US10727535B2 (en) * 2017-04-19 2020-07-28 GM Global Technology Operations LLC Electrolyte system for silicon-containing electrodes
US10431849B2 (en) 2017-04-21 2019-10-01 GM Global Technology Operations LLC High energy density alkali metal batteries incorporating solid electrolytes
US10629949B2 (en) 2017-04-24 2020-04-21 GM Global Technology Operations LLC Passivation of sulfide, oxide, and oxysulfide glass electrolyte films for lithium metal batteries
US10734673B2 (en) 2017-06-23 2020-08-04 GM Global Technology Operations LLC Ionically-conductive reinforced glass ceramic separators/solid electrolytes
KR102592147B1 (ko) * 2018-04-20 2023-10-23 삼성전자주식회사 복합분리막, 그 제조방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지
US20190372155A1 (en) 2018-05-30 2019-12-05 GM Global Technology Operations LLC Methods of manufacturing high-active-material-loading composite electrodes and all-solid-state batteries including composite electrodes
US11239459B2 (en) 2018-10-18 2022-02-01 GM Global Technology Operations LLC Low-expansion composite electrodes for all-solid-state batteries
KR102715034B1 (ko) * 2018-11-14 2024-10-10 삼성전자주식회사 전고체 이차전지 및 이의 제작방법
US11855252B2 (en) * 2019-05-31 2023-12-26 Nissan North America, Inc. Multimodal electrolyte design for all solid state batteries
US20200395630A1 (en) 2019-06-12 2020-12-17 GM Global Technology Operations LLC Protective sacrificial coating to enhance stability of battery materials
US11094996B2 (en) 2019-09-18 2021-08-17 GM Global Technology Operations LLC Additive to ceramic ion conducting material to mitigate the resistive effect of surface carbonates and hydroxides
US11404698B2 (en) 2019-10-30 2022-08-02 GM Global Technology Operations LLC Liquid metal interfacial layers for solid electrolytes and methods thereof
US11688882B2 (en) 2020-10-30 2023-06-27 GM Global Technology Operations LLC Electrolytes and separators for lithium metal batteries

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101202353A (zh) * 2006-12-14 2008-06-18 上海比亚迪有限公司 一种锂离子二次电池的电解液以及含有该电解液的电池
CN105355968A (zh) * 2015-11-24 2016-02-24 宁德新能源科技有限公司 电解液以及包括该电解液的锂离子电池
CN106025307A (zh) * 2016-07-22 2016-10-12 惠州市惠德瑞锂电科技股份有限公司 一种锂电池电解液及所得的锂一次电池
US20190319242A1 (en) * 2018-04-13 2019-10-17 GM Global Technology Operations LLC Separator for lithium metal based batteries
KR20200018108A (ko) * 2018-08-10 2020-02-19 한국생산기술연구원 복합리튬염의 고체전해질을 적용한 전고체 리튬이차전지 및 그의 제조방법
CN210926131U (zh) * 2019-08-12 2020-07-03 上海恩捷新材料科技有限公司 安全性高循环性好的锂离子电池涂布隔离膜

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11688882B2 (en) 2020-10-30 2023-06-27 GM Global Technology Operations LLC Electrolytes and separators for lithium metal batteries
CN115832199A (zh) * 2022-12-02 2023-03-21 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种用于钠离子电池的正极极片及钠离子电池

Also Published As

Publication number Publication date
US11688882B2 (en) 2023-06-27
US20220140394A1 (en) 2022-05-05
DE102021113933A1 (de) 2022-05-05
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