用于富镍阴极和含硅阳极的电解质添加剂

本发明公开了一种循环锂离子的电化学电池中所用的电极和一种形成循环锂离子的电化学电池中所用的电极的方法。

背景技术

本部分提供了与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。

需要先进的能量存储装置和系统来满足用于各种产品的能量和/或功率规格，所述产品包括汽车产品，例如启-停系统(例如12V启-停系统)、电池组辅助系统、混合动力电动车辆(“HEV”)和电动车辆(“EV”)。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。两个电极中的一个可用作正电极或阴极，而另一个电极可用作负电极或阳极。填充有液体或固体电解质的隔离件可设置在负电极和正电极之间。电解质适于在电极之间传导锂离子，并且与两个电极类似，可以是固体和/或液体形式和/或其混合物。在包括固态电极和固态电解质（或固态隔离件）的固态电池组的情况下，固态电解质（或固态隔离件）可物理地隔离电极，使得不需要明显的隔离件。

许多不同的材料可用于制造锂离子电池组的组件。例如，在各个方面，正电极包含富含镍的化学活性材料(例如，在过渡金属晶格上大于或等于约0.6摩尔分数)，如NMC(LiNi

发明内容

本部分提供了本公开的一般概述，而不是其全部范围或其所有特征的全面公开。

本公开涉及用于循环锂离子的电化学电池的电解质添加剂，并且还涉及其形成和使用方法。

在各个方面，本公开提供了一种用于循环锂离子的电化学电池的正电极。正电极可包括由LiM

在一个方面，电解质添加剂可包括二甲基丙烯酰胺(DMAA)。

在一个方面，电解质添加剂可选自：二甲基丙烯酰胺(DMAA)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、2,2,2-三氟-N,N-二甲基乙酰胺(FDMA)、二甲基乙酰胺(DMA)及其组合。

在一个方面，电解质可包含大于或等于约0.5重量%至小于或等于约2重量%的电解质添加剂。

在一个方面，电解质可进一步包含大于或等于约1重量%至小于或等于约10重量%的碳酸亚乙烯酯(VC)。

在一个方面，电解质可进一步包含大于或等于约1重量%至小于或等于约10重量%的氟代碳酸亚乙酯(FEC)。

在各个方面，本公开提供了一种用于循环锂离子的电化学电池的负电极。负电极可包括基于硅的负电极电活性材料和电解质，所述电解质包含锂盐、具有一个或多个烯酰胺基团的电解质添加剂和溶剂。

在一个方面，电解质添加剂包括二甲基丙烯酰胺(DMAA)。

在一个方面，电解质添加剂可选自：二甲基丙烯酰胺(DMAA)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、2,2,2-三氟-N,N-二甲基乙酰胺(FDMA)、二甲基乙酰胺(DMA)及其组合。

在一个方面，电解质可包含大于或等于约0.5重量%至小于或等于约2重量%的电解质添加剂。

在一个方面，电解质可进一步包含大于或等于约1重量%至小于或等于约10重量%的碳酸亚乙烯酯(VC)。

在一个方面，电解质可进一步包含大于或等于约1重量%至小于或等于约10重量%的氟代碳酸亚乙酯(FEC)。

在各个方面，本公开提供了一种循环锂离子的电化学电池。电化学电池可包括多孔正电极，该多孔正电极包括由以下表示的正电极电活性材料：LiM

在一个方面，正电极电活性材料可限定第一正电极电活性材料，并且正电极可进一步包含与第一正电极电活性材料不同的第二正电极电活性材料。正电极中的第一正电极电活性材料与第二正电极电活性材料的比率可大于或等于约1:9至小于或等于约9:1。

在一个方面，负电极可包括基于硅的负电极电活性材料。

在一个方面，电解质添加剂可包括二甲基丙烯酰胺(DMAA)。

在一个方面，电解质添加剂可选自：二甲基丙烯酰胺(DMAA)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、2,2,2-三氟-N,N-二甲基乙酰胺(FDMA)、二甲基乙酰胺(DMA)及其组合。

在一个方面，电解质可包含大于或等于约0.5重量%至小于或等于约2重量%的电解质添加剂。

在一个方面，电解质可进一步包含大于或等于约1重量%至小于或等于约10重量%的碳酸亚乙烯酯(VC)。

在一个方面，电解质可进一步包含大于或等于约1重量%至小于或等于约10重量%的氟代碳酸亚乙酯(FEC)。

本发明公开了以下实施方案：

方案1. 一种用于循环锂离子的电化学电池的正电极，所述正电极包含：

正电极电活性材料，由以下表示：

LiM

其中M

电解质，所述电解质包含锂盐、具有一个或多个烯酰胺基团的电解质添加剂和溶剂。

方案2. 根据实施方案1所述的正电极，其所述电解质添加剂包括二甲基丙烯酰胺(DMAA)。

方案3. 根据实施方案1所述的正电极，其中所述电解质添加剂选自：二甲基丙烯酰胺(DMAA)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、2,2,2-三氟-N,N-二甲基乙酰胺(FDMA)、二甲基乙酰胺(DMA)及其组合。

方案4. 根据实施方案1所述的正电极，其中所述电解质包含大于或等于约0.5重量%至小于或等于约2重量%的电解质添加剂。

方案5. 根据实施方案1所述的正电极，其中所述电解质进一步包含：

大于或等于约1 重量%至小于或等于约10 重量%的碳酸亚乙烯酯(VC)。

方案6. 根据实施方案1所述的正电极，其中所述电解质进一步包含：

大于或等于约1重量%至小于或等于约10重量%的氟代碳酸亚乙酯(FEC)。

方案7. 一种用于循环锂离子的电化学电池的负电极，所述负电极包括：

基于硅的负电极电活性材料；以及

电解质，所述电解质包含锂盐、具有一个或多个烯酰胺基团的电解质添加剂和溶剂。

方案8. 根据实施方案7所述的负电极，其中所述电解质添加剂包括二甲基丙烯酰胺(DMAA)。

方案9. 根据实施方案7所述的负电极，其中所述电解质添加剂选自：二甲基丙烯酰胺(DMAA)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、2,2,2-三氟-N,N-二甲基乙酰胺(FDMA)、二甲基乙酰胺(DMA)及其组合。

方案10. 根据实施方案7所述的负电极，其中所述电解质包含大于或等于约0.5重量%至小于或等于约2重量%的电解质添加剂。

方案11. 根据实施方案7所述的负电极，其中所述电解质还包含：

大于或等于约1 重量%至小于或等于约10 重量%的碳酸亚乙烯酯(VC)。

方案12. 根据实施方案7所述的负电极，其中所述电解质还包含：

大于或等于约1重量%至小于或等于约10重量%的氟代碳酸亚乙酯(FEC)。

方案13. 一种循环锂离子的电化学电池，所述电化学电池包括：

多孔正电极，其包含由以下表示的正电极电活性材料：

LiM

其中M

与所述正电极物理隔离的多孔负电极；以及

设置在所述正电极和所述负电极的孔中的电解质，所述电解质包含锂盐、具有一个或多个烯酰胺基团的电解质添加剂、以及溶剂。

方案14. 根据实施方案13所述的电化学电池，其中所述正电极电活性材料限定第一正电极电活性材料，且所述正电极还包含不同于所述第一正电极电活性材料的第二正电极电活性材料，所述正电极中所述第一正电极电活性材料与所述第二正电极电活性材料的比率为大于或等于约1:9至小于或等于约9:1。

方案15. 根据实施方案13所述的电化学电池，其中所述负电极包含基于硅的负电极电活性材料。

方案16. 根据实施方案13所述的电化学电池，其中所述电解质添加剂包含二甲基丙烯酰胺(DMAA)。

方案17. 根据实施方案13所述的电化学电池，其中所述电解质添加剂选自：二甲基丙烯酰胺(DMAA)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、2,2,2-三氟-N,N-二甲基乙酰胺(FDMA)、二甲基乙酰胺(DMA)及其组合。

方案18. 根据实施方案13所述的电化学电池，其中所述电解质包含大于或等于约0.5重量%至小于或等于约2重量%的电解质添加剂。

方案19. 根据实施方案13所述的电化学电池，其中所述电解质还包含：

大于或等于约1 重量%至小于或等于约10 重量%的碳酸亚乙烯酯(VC)。

方案20. 根据实施方案13所述的电化学电池，其中所述电解质还包含：

大于或等于约1重量%至小于或等于约10重量%的氟代碳酸亚乙酯(FEC)。

从本文提供的描述中，进一步的应用领域将变得显而易见。本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，而不意在限制本公开的范围。

附图说明

本文描述的附图仅用于所选实施方案而非所有可能实施方式的举例说明目的，并且不旨在限制本公开的范围。

图1是根据本公开的各个方面的包括电解质添加剂的示例性电化学电池组电池的示意图；

图2A是示出了根据本公开的各个方面的包括电解质添加剂的示例电池的放电容量vs.循环性能的图示；

图2B 是示出了根据本公开的各个方面的包括电解质添加剂的示例电池的容量保持率的图示；

图2C是示出了根据本公开的各个方面的包括电解质添加剂的示例电池的电化学阻抗的图示；

图3A是示出了根据本公开的各个方面的包括电解质添加剂的示例电池的放电容量vs.循环性能的图示；以及

图3B是示出了根据本公开的各个方面的包括电解质添加剂的示例电池的容量保持率的图示。

在附图的几个视图中，相应的附图标记表示相应的组件。

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，示例性实施方案可以以许多不同的形式表现，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执行，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"、"上方"、"上部"等描述如附图中所示的一个元件或特征与其它(一个或多个)元件或(一个或多个)特征的关系。除了在附图中所示的取向之外，空间或时间上的相对术语可旨在涵盖装置或系统在使用或操作中的不同取向。

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"约"修饰，无论在该数值前是否实际出现"约"。"约"是指以下二者：确切或精确的所述数值，并且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"约"提供的不精确性，那么本文所用的"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，"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，范围的公开包括对在整个范围内的所有值和进一步细分范围的公开，包括对端点和对范围所给出的子范围的公开。

现在将参照附图更充分地描述示例性实施方案。

本技术涉及电化学电池，其包含电解质添加剂，并且还涉及其使用和制备方法。这种电池可以用于车辆或汽车运输应用(例如，摩托车、船、拖拉机、公共汽车、摩托车、移动房屋、野营车和坦克)。然而，本技术还可用于广泛种类的其它工业和应用，包括航空航天组件、消费品、装置、建筑物(例如，房屋、办公室、棚和仓库)、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，作为非限制性实例。此外，尽管在下文详细示出的实例包括单个正电极阴极和单个阳极，但本领域技术人员将认识到，本教导还扩展到各种其它构造，包括具有以下的那些：一个或多个阴极和一个或多个阳极，以及采用在集流体的一个或多个表面上设置或与其一个或多个表面相邻设置的电活性层的各种集流体。

在图1中示出了，电化学电池（也称为电池组）20的示例性与示意性图示说明。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。隔离件26提供电极22、24之间的电隔离-防止电极22、24之间的物理接触。隔离件26还提供锂离子(并且在某些情况下，相关阴离子)在锂离子循环期间内部通过的最小电阻路径。在各个方面，隔离件26包含电解质30，在某些方面，其也可存在于负电极22和/或正电极24中，以形成连续电解质网络。在某些变型中，隔离件26可由固态的电解质或半固态的电解质(例如，凝胶电解质)形成。例如，隔离件26可由多个固态的电解质颗粒来限定。在固态电池组和/或半固态电池组的情况下，正电极24和/或负电极22可包括多个固态电解质颗粒。包括在隔离件26中或限定隔离件26的多个固态电解质颗粒可与包括在正电极24和/或负电极22中的多个固态电解质颗粒相同或不同。

第一集流体32（例如负电极集流体）可位于负电极22处或附近。第一集流体32可以是包含铜或本领域技术人员已知的任何其它适当导电材料的金属箔、金属栅格或筛网、或多孔金属。第二集流体34（例如正电极集流体）可位于正电极24处或附近。第二电极集流体34可以是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、金属格栅或筛网、或多孔金属。第一集流体32和第二集流体34可分别将自由电子收集并将移动到外部电路40，和从外部电路40收集并移动自由电子。例如，可中断的外部电路40和负载装置42可连接负电极22 (通过第一集流体32)和正电极24 (通过第二集流体34)。

电池组20可以在放电期间通过可逆电化学反应产生电流，所述可逆电化学反应在外部电路40闭合(以连接负电极22和正电极24)并且负电极22具有比正电极低的电势时发生。正电极24和负电极22之间的化学势差驱使负电极22处的反应例如嵌入锂的氧化所产生的电子通过外部电路40前往正电极24。也在负电极22处产生的锂离子同时通过隔离件26中含有的电解质30转移前往正电极24。电子流过外部电路40，并且锂离子迁移通过含有电解质30的隔离件26，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。流经外部电路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中的锂被耗尽并且电池组20的容量减小。

通过将外部电源连接到锂离子电池组20以逆转在电池组放电期间发生的电化学反应，电池组20可以在任何时间被充电或重新赋能。将外部电源连接到电池组20促进了在正电极24处的反应，例如，嵌入的锂的非自发氧化，使得产生电子和锂离子。锂离子通过电解质30穿过隔离件26朝负电极22流回，为负电极22补充用于在下一次电池组放电事件期间使用的锂(例如，嵌入锂)。因此，完全放电事件之后完全充电事件被认为是一个循环，其中锂离子在正电极24和负电极22之间循环。可用于对电池组20充电的外部电源可根据电池组20的尺寸、构造和特定最终用途而变化。一些值得注意的和示例性的外部电源包括但不限于通过壁装电源插座连接到AC电网的AC-DC转换器和机动车辆交流发电机。

在许多锂离子电池组构造中，第一集流体32、负电极22、隔离件26、正电极24、以及第二集流体34各自被制备为相对薄的层(例如，厚度从几微米到几分之一毫米或更小)并且以电并联布置连接的层安装以提供合适的电能和功率封装。在各个方面，电池组20还可包括各种其它组件，虽然这里未示出，但所述组件对于本领域技术人员而言是已知的。例如，电池组20可包括壳体、垫圈、端子盖、极耳、电池组端子和可位于电池组20内（包括在负电极22、正电极24和/或隔离件26之间或周围）的任何其它常规组件或材料。图1中所示的电池组20包括液体电解质30并且显示出电池组操作的典型概念。然而，本技术还适用于固态电池组和/或半固态电池组，其包括固态电解质和/或固态电解质颗粒和/或半固体电解质和/或固态电活性颗粒，其可具有本领域技术人员已知的不同设计。

电池组20的尺寸和形状可根据其设计用于的特定应用而变化。例如，电池组动力车辆和手持式消费电子装置是两个实例，其中电池组20将最可能被设计成不同的尺寸、容量和功率输出规格。如果负载装置42需要，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产生更大的电压输出、能量、以及功率。因此，电池组20可以产生电流到作为外部电路40的一部分的负载装置42。当电池组20放电时，负载装置42可由通过外部电路40的电流供电。虽然电气负载装置42可以是任何数量的已知的电动装置，但几个具体实例包括用于电动车辆的电动机、膝上型计算机、平板计算机、蜂窝电话、以及无绳电动工具或器具。负载装置42还可以是为了存储电能的目的而对电池组20充电的电力-产生装置。

再次参照图1，正电极24、负电极22和隔离件26可各自包括在其孔内的电解质溶液或体系30，其能够在负电极22和正电极24之间传导锂离子。任何能够在负电极22和正电极24之间传导锂离子的合适的电解质30，无论是固体、液体或凝胶形式，都可用于锂离子电池组20中。然而，在每种变型中，电解质30包括电解质添加剂，其有助于形成稳定的电极-电解质中间相，例如，通过在负电极22的一个或多个表面上形成对电子隧穿绝缘并传导锂离子的致密且基本均匀的固体电解质中间相(SEI)层，和/或通过在正电极24的一个或多个表面上形成阴极电解质中间相(CEI)层，其有助于减轻通常在高电压下发生的镍(Ni)和锰(Mn)的溶解。电解质30可包含大于0.5重量%至小于或等于约2重量%，并且在某些方面中，任选地大于0.75重量%至小于或等于约1.5重量%的电解质添加剂。电解质添加剂可包括二甲基丙烯酰胺(DMAA)或具有烯酰胺基团的其它化合物，例如N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、2,2,2-三氟-N,N-二甲基乙酰胺(FDMA)和/或二甲基乙酰胺(DMA)。在某些变型中，电解质30可包含第一电解质添加剂和第二电解质添加剂。第一电解质添加剂可包括二甲基丙烯酰胺(DMAA)或具有烯酰胺基团的其它化合物，例如N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、2,2,2-三氟-N,N-二甲基乙酰胺(FDMA)和/或二甲基乙酰胺(DMA)。第二电解质添加剂可包括氟代碳酸亚乙酯(FEC)和/或碳酸亚乙烯酯(VC)。

在某些方面中，电解质30可为非水性液体电解质溶液（例如＞1M），其包含溶解在有机溶剂或有机溶剂混合物中的锂盐。在电池组20中可采用许多常规非水性液体电解质30。例如，可溶解在有机溶剂中以形成非水性液体电解质溶液的锂盐的非限制性列举包括六氟磷酸锂(LiPF

这些和其它类似的锂盐可溶解于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，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)、碳酸亚乙烯酯(VC)等)、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)等)、脂族羧酸酯(例如，甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯等)、γ-内酯(例如，γ-丁内酯、γ-戊内酯等)、链结构醚(例如，1,2-二甲氧基乙烷、1-2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷等)、环状醚(例如，四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧戊环等)、含硫化合物(例如，环丁砜)及其组合。

在各个方面，电解质30可包含溶剂的混合物。电解质30可包含第一溶剂、第二溶剂和第三溶剂。例如，电解质30可包含大于或等于约10重量%至小于或等于约80重量%，并且在某些方面中，任选地大于或等于约20重量%至小于或等于约33重量%的第一溶剂；大于或等于约10重量%至小于或等于约80重量%，并且在某些方面中，任选地大于或等于约20重量%至小于或等于约33重量%的第二溶剂；和大于或等于约10重量%至小于或等于约80重量%，并且在某些方面中，任选地大于或等于约20重量%至小于或等于约33重量%的第三溶剂。在某些变型中，溶剂可独立地选自：碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)及其组合。

在各个情况下，多孔隔离件26可包括包含聚烯烃的微孔聚合物隔离件。聚烯烃可以是均聚物(衍生自单一单体成分)或杂聚物(衍生自多于一种单体成分)，其可以是线性的或支化的。如果杂聚物衍生自两种单体成分，则聚烯烃可采取任何共聚物链排列，包括嵌段共聚物或无规共聚物的那些。类似地，如果聚烯烃是由多于两种单体成分衍生的杂聚物，则它同样可以是嵌段共聚物或无规共聚物。在某些方面，聚烯烃可以是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、或聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)的共混物、或PE和/或PP的多层结构化多孔膜。市售的聚烯烃多孔隔离件膜26包括GELGARD

当隔离件26为微孔聚合物隔离件时，其可为单层或多层层合体，其可由干法或湿法制造。例如，在某些情况下，单层聚烯烃可形成整个隔离件26。在其它方面，隔离件26可以是具有在相对表面之间延伸的大量孔的纤维膜，并且可具有例如小于毫米的平均厚度。然而，作为另一个实例，可组装多个相似或不相似的聚烯烃的离散层以形成微孔聚合物隔离件26。隔离件26还可包括除了聚烯烃之外的其它聚合物，例如但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚酰胺、聚酰亚胺、聚(酰胺-酰亚胺)共聚物、聚醚酰亚胺和/或纤维素，或适于产生所需多孔结构的任何其它材料。聚烯烃层和任何其它任选的聚合物层可进一步作为纤维层包括在隔离件26中，以帮助为隔离件26提供合适的结构和孔隙率特性。

在某些方面，隔离件26还可包括陶瓷材料和耐热材料中的一种或多种。例如，隔离件26也可与陶瓷材料和/或耐热材料混合，或者隔离件26的一个或多个表面可涂覆有陶瓷材料和/或耐热材料。在某些变型中，陶瓷材料和/或耐热材料可设置在隔离件26的一侧或多侧上。陶瓷材料可选自：氧化铝(Al

考虑了用于形成隔离件26的各种常规可得的聚合物和商业产品，以及可用于制备这种微孔聚合物隔离件26的许多制造方法。在每种情况下，隔离件26可具有大于或等于约1μm至小于或等于约50μm的平均厚度，并且在某些情况下，任选地大于或等于约1μm至小于或等于约20μm的平均厚度。

在各个方面，如图1所示的多孔隔离件26和/或设置在多孔隔离件26中的电解质30可采用用作电解质和隔离件二者的固态电解质(“SSE”)和/或半固态电解质(例如，凝胶)来代替。固体电解质和/或半固态电解质可设置在正电极24与负电极22之间。固态电解质和/或半固态电解质促进锂离子的转移，同时在负电极22与正电极24之间机械地隔离并且提供电绝缘。作为非限制性实例，固态电解质和/或半固态电解质可包括多种填料，如LiTi

正电极24是由基于锂的活性材料形成，其能够经历锂的嵌入和脱嵌、合金化和脱合金化或镀敷和剥离，同时用作锂离子电池组的正电极端子。正电极24可以由多个电活性材料颗粒限定。这样的正电极电活性材料颗粒可设置在一个或多个层中以便限定正电极24的三维结构。电解质30可例如在电池组装之后被引入并且被容纳在正电极24的孔内。在某些变型中，正电极24可包含多个固态电解质颗粒。在每种情况下，正电极24可具有大于或等于约1μm至小于或等于约500μm的平均厚度，且在某些方面中，任选地大于或等于约10μm至小于或等于约200μm的平均厚度。

在各个方面中，正电极24可为富镍阴极，其包含由以下表示的正电极电活性材料：

LiM

其中M1、M2、M3和M4为过渡金属(例如独立地选自镍(Ni)、锰(Mn)、钴(Co)、铝(Al)、铁(Fe)及其组合)，0≤x≤1，0≤y≤1，且0≤z≤1。例如，正电极24可包括NMC (LiNi

在其它变型中，正电极24可包括一种或多种具有尖晶石结构的正电极电活性材料(例如，锂锰氧化物(Li

在再其它变型中，正电极24可以是包含两种或更多种正电极电活性材料的复合电极。例如，正电极24可包含第一正电极电活性材料和第二正电极电活性材料。在某些变型中，第一正电极电活性材料与第二正电极电活性材料的比率可大于或等于约1:9至小于或等于约9:1。第一正电极电活性材料可包括富镍正电极电活性材料。第二正电极电活性材料可包括例如由LiMeO

在每个变型中，正电极电活性材料可任选地与提供电子导电路径的电子导电材料和/或改善正电极24的结构完整性的聚合物粘合剂材料混合(例如，浆料浇铸)。例如，正电极24可包含大于或等于约30重量%至小于或等于约98重量%，并且在某些方面中，任选地大于或等于约60重量%至小于或等于约97重量%的正电极电活性材料；大于或等于0重量%至小于或等于约30重量%，并且在某些方面中，任选地大于或等于约0.5重量%至小于或等于约10重量%的电子导电材料；和大于或等于0重量%至小于或等于约20重量%，并且在某些方面中，任选地大于或等于约0.5重量%至小于或等于约10重量%的聚合物粘合剂。

示例性的聚合物粘合剂包括聚酰亚胺、聚酰胺酸、聚酰胺、聚砜、聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚四氟乙烯(PTFE)共聚物、聚丙烯酸(PAA)、聚偏二氟乙烯和聚六氟丙烯的共混物、聚氯三氟乙烯、三元乙丙(EPDM)橡胶、羧甲基纤维素(CMC)、丁腈橡胶(NBR)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、聚丙烯酸锂(LiPAA)、聚丙烯酸钠(NaPAA)、藻酸钠和/或藻酸锂。电子导电材料可包括例如基于碳的材料、粉末状镍或其它金属颗粒、或导电聚合物。基于碳的材料可包括，例如，石墨、乙炔黑(如KETCHEN

负电极22由能够用作锂离子电池组的负电极端子的锂主体材料形成。在各个方面中，负电极22可由多个负电极电活性材料颗粒限定。这样的负电极电活性材料颗粒可设置在一个或多个层中，以便限定负电极22的三维结构。电解质30可例如在电池组装之后被引入，并且被容纳在负电极22的孔内。例如，在某些变型中，负电极22可包括多个固态电解质颗粒。在每种情况下，负电极22 (包括一个或多个层)可具有大于或等于约0 nm至小于或等于约500μm，任选地大于或等于约1μm至小于或等于约500μm，并且在某些方面中，任选地大于或等于约10μm至小于或等于约200μm的厚度。

在各个方面，负电极22包括基于硅的电活性材料，包括例如锂-硅、含硅的二元和三元合金、和/或含锡合金(例如Si、Li-Si、SiO

在某些变型中，负电极电活性材料可任选地与提供电子导电路径的电子导电材料和/或改善负电极22的结构完整性的聚合物粘合剂材料混合(例如，浆料浇铸)。例如，负电极22可包含大于或等于约30重量%至小于或等于约98重量%，并且在某些方面中，任选地大于或等于约60重量%至小于或等于约95重量%的负电极电活性材料；大于或等于0重量%至小于或等于约30重量%，并且在某些方面中，任选地大于或等于约0.5重量%至小于或等于约10重量%的电子导电材料；和大于或等于0重量%至小于或等于约20重量%，并且在某些方面中，任选地大于或等于约0.5重量%至小于或等于约10重量%的聚合物粘合剂。包括在负电极22中的电子导电材料和/或聚合物粘合剂可与包括在正电极24中的电子导电材料和/或聚合物粘合剂相同或不同。

在以下非限制性实施例中进一步举例说明当前技术的某些特征。

实施例1

实施例电池组和电池组电池可根据本公开的各个方面来制备。例如，第一实施例电池310可包括第一实施例电解质，其包含1重量%的二甲基丙烯酰胺(DMAA)，其与例如1M六氟磷酸锂(LiPF

。

电池310、320、330、340中的每一个可包括阳极和阴极，所述阳极包括包含氧化硅(SiO

图2A是示出与比较电池330、340相比，实施例电池310、320的电池容量vs.循环性能的图示说明，其中x轴300表示循环数，并且y轴302表示容量(mAh)。如图所示，实施例电池310、320在循环期间具有类似的容量输送。

图2B是示出与比较电池330、340相比的实施例电池310、320的容量保持率的图示说明，其中x轴350表示循环次数，并且y轴352表示容量保持率(%)。如图所示，实施例电池310、320在循环中具有改善的容量保持率。

图2C是示出了与比较电池340相比的实施例电池310、320的电化学阻抗(例如，在4.2V下三个形成循环(C/20)之后)的图示说明，其中x轴360表示Z'(欧姆)，并且y轴362表示Z"(欧姆)。如图所示，包含二甲基丙烯酰胺(DMAA)降低了电池阻抗。

实施例2

实施例电池组和电池组电池可根据本公开的各个方面来制备。例如，实施例电池410可包含第一实施例电解质，其包含1重量%的二甲基丙烯酰胺(DMAA)，所述二甲基丙烯酰胺与例如1M六氟磷酸锂(LiPF

实施例电池410和比较电池420二者包括阳极和阴极，所述阳极包括包含锂化的硅氧化物(Li

图3A是示出与比较电池420相比的实施例电池410的电池容量vs.循环性能的图示说明，其中x轴400表示循环次数，并且y轴402表示容量(mAh)。如图所示，实施例电池410具有较高的平均容量。

图3B是示出了与比较电池420相比的实施例电池410的容量保持率的图示说明，其中x轴450表示循环次数，并且y轴452表示容量保持率(%)。如图所示，实施例电池410在循环中具有改善的容量保持率。

为了举例说明和描述的目的，已经提供了对实施方案的上述描述。其不意在穷举的或限制本公开。特定实施方案的各个元件或特征通常不限于该特定实施方案，而是在适用的情况下是可互换的，并且可以在所选实施方案中使用，即使没有具体示出或描述。同样的也可以以许多方式变化。这样的变型不应被认为是背离本公开，并且所有这样的修改旨在被包括在本公开的范围内。