用于鋰離子電化學電池功率性能的酸清除功能隔膜制造技術

提供了在鋰離子電化學電池中清除酸的方法。含有酸或能夠形成酸的電解質溶液與包含選自由胺基團、吡啶基團及其組合組成的組的含氮酸捕集部分的聚合物接觸。含氮酸捕集部分通過參與路易斯酸堿中和反應來清除存在于電解質溶液中的酸性物質。電解質溶液包含鋰鹽和一種或多種溶劑并且包含在電化學電池中，該電化學電池進一步包含第一電極、具有與第一電極相反極性的第二電極，以及多孔隔板。鋰離子可以通過隔板和電解質溶液從第一電極循環到第二電極，其中在循環期間產生的酸由包含含氮酸捕集部分的聚合物清除。

Acid Clearance Functional Diaphragm for Power Performance of Lithium Ion Electrochemical Batteries

A method for acid removal in lithium ion electrochemical batteries is provided. An electrolyte solution containing acid or capable of forming acid contacts a polymer containing a nitrogen-containing acid trapping portion of a group of selected free amino groups, pyridine groups and their combinations. Nitrogen-containing acid trapping partially scavenges acidic substances in electrolyte solution by participating in the neutralization reaction of Lewis acid and base. The electrolyte solution contains lithium salts and one or more solvents and is contained in an electrochemical cell, which further comprises a first electrode, a second electrode having polarity opposite to the first electrode, and a porous separator. Lithium ion can be circulated from the first electrode to the second electrode through a separator and electrolyte solution, where the acid generated during the cycle is removed by a polymer containing the nitrogen-containing acid trapping part.

【技術實現步驟摘要】
用于鋰離子電化學電池功率性能的酸清除功能隔膜
本節提供與本公開相關的背景信息，其不一定是現有技術。本公開涉及在鋰離子電化學電池中包括含氮酸清除部分的聚合物的使用，用于清除酸并且可以并入酸清除功能隔膜或電極中用于改善鋰離子電化學電池的功率性能。
技術介紹
高能量密度的電化學電池，諸如鋰離子電池可用于各種消費品和車輛。典型的鋰離子電池包括第一電極、第二電極、電解質材料和隔膜。一個電極用作正極或負極，并且另一個用作負極或負極。一堆鋰離子電池單元可以電連接以增加總輸出。常規的可再充電鋰離子電池通過在負電極和正電極之間可逆地傳遞鋰離子來操作。隔膜和電解質設置在負電極和正電極之間。電解質適用于傳導鋰離子并且可以是固體或液體形式。在電池充電期間鋰離子從陰極(正電極)移動到陽極(負電極)，并且在電池放電時鋰離子以相反的方向移動。電解質通常含有一種或多種鋰鹽，其可以在一種或多種非水溶劑中溶解和電離。負電極通常包括鋰嵌入材料或合金主體材料。用于形成陽極的典型電活性材料包括鋰-石墨插層化合物、鋰-硅插層化合物、鋰-錫插層化合物、鋰合金和鈦酸鋰Li4+xTi5O12，其中0≤x≤3，諸如Li4Ti5O12(LTO)。用于鋰電池的正電極材料包括可以嵌入或與鋰離子合金化的電活性材料，其可以包含一種或多種過渡金屬，諸如錳、鎳、鈷、鉻、鐵、釩及其組合。通過非限制性示例的方式，此類活性材料可以包括鋰-過渡金屬氧化物或尖晶石類型的混合氧化物，例如包括尖晶石錳酸鋰(LiMn2O4)、LiCoO2、LiNiO2、LiMn1.5Ni0.5O4、LiNi(1-xy)CoxMyO2(其中0<x<1、0<y<1，并且M可以是Al、Mn等)或磷酸鐵鋰?；阡囘^渡金屬的氧化物，特別是基于鋰錳的氧化物如尖晶石型LiMn2O4、LiMn0.33Ni0.33Co0.33O2、LiMn1.5Ni0.5O4以及具有層狀分層結構的富鋰缺氧混合Mn-Ni-Co氧化物材料是用于鋰離子電池作為動力源的有前途的活性陰極材料，特別是在混合動力電動車輛(HEV)和電動車輛(EV)中。與常規的LiCoO2相比，這些材料作為正電極材料已被廣泛研究，因為它們具有較低的成本、較高的速率能力以及較高的熱穩定性。然而，在鋰離子電池中使用這些類型的活性材料，特別是在電動車輛中仍然存在一些突出的挑戰。例如，使用此類正電極材料會導致容量衰減，特別是當正電極包含含錳材料時，特別是在車輛應用中，這阻礙了它們廣泛的商業用途。用于電動或混合動力車輛應用的先進鋰離子電池理想地可以實現至少10年的使用壽命。鋰離子電池從消費電子產品中的應用到電化學推進的成功推廣將需要顯著改善如特定和體積能量含量、功率性能和耐用性等特征。希望提供耐用、壽命長的鋰離子電池，以避免或最小化容量衰減和損耗，同時具有高速率能力、高電流效率和較高的熱穩定性。
技術實現思路
本節提供了本公開的總體概述，并非全面披露其全部內容或其特征的全部。本公開提供了在鋰離子電化學電池中清除酸的方法。在一個變型中，該方法可以包括使含有酸或能夠形成酸的電解質與包括含氮酸捕集部分的聚合物接觸。含氮酸捕集部分選自以下組成的組：胺基團、吡啶基團及其組合。含氮酸捕集部分通過參與路易斯酸堿中和反應來清除存在于電解質溶液中的酸性物質。電解質溶液包含鋰鹽和一種或多種溶劑并且包含在電化學電池中，該電化學電池進一步包括第一電極、與第一電極具有相反極性的第二電極和多孔隔膜。該方法進一步包括使鋰離子循環通過隔膜和第一電極和第二電極之間的電解質溶液，其中產生的酸性物質由包括含氮酸捕集部分的聚合物清除。一方面，含氮酸捕集部分選自以下組成的組：2-乙烯基吡啶、3-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶、二甲基氨基甲基苯乙烯、二乙基氨基甲基苯乙烯、乙烯基吡啶-4-乙酰胺、乙烯基菲咯啉、乙烯基苯二胺、1,10-菲咯啉、乙烯基1,10-菲咯啉、1,10-菲咯啉-5,6-二酮、乙烯基-1,10-菲咯啉-5,6-二酮、(二甲基氨基)吡啶、亞烷基胺、7-氮雜吲哚-吡啶、乙烯基(二甲基氨基甲基)吡啶、甲苯基吡啶、氧烷基吡啶、乙烯基(二乙基氨基甲基)吡啶、4-(二甲基氨基)吡啶、2-(3-氨基苯基)吡啶、1,8-萘啶、聚(2,3,5,6-吡啶)、聚(2,5-吡啶)、聚(3,5-吡啶)、聚(異丙烯基吡啶)、聚(4-(二甲基氨基甲基)乙烯基吡啶)、聚[2-(3-氨基苯基)吡啶]、聚(1,8-萘啶)、聚(2,3,5,6-吡啶)、聚(2,5-吡啶)、聚(3,5-吡啶)、包括聚(二乙烯基苯-共-乙烯基芐基二甲胺)和聚(二乙烯基醚苯-共-乙烯基芐基二乙胺)的二烷基胺，異構體及其衍生物異構體及其組合。一方面，聚合物由選自以下組成的組的單體形成：乙烯醇、乙酸乙烯酯、二乙烯基苯、苯乙烯、α-甲基苯乙烯、異戊二烯、丁二烯、丙烯、乙烯、乙炔、乙烯、丙烯、丁烯、異丁烯、環氧乙烷、環氧丙烷、乙亞胺、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸、ε-己內酯、二甲基硅氧烷、甲基丙烯酸正丁酯、偏二氟乙烯、氟乙烯和四氟乙烯、共聚物、衍生物及其組合。在一個方面，聚合物包括二乙烯基苯并且含氮酸捕集部分包括4-乙烯基吡啶。在一個方面，包括含氮酸捕集部分的聚合物包括大于或等于約40％至小于或等于約100％質量的4-乙烯基吡啶并且大于或等于約0％至小于或等于約40％的交聯二乙烯基苯。在一個方面，該至少一個電極包括過渡金屬化合物，該過渡金屬化合物包括選自鎳、鈷、鉻、錳、鐵、釩及其組合組成的組的過渡金屬，其中含氮酸捕集部分選擇性地結合到酸，但不結合到過渡金屬化合物。在一個方面，第一電極包括錳，并且鋰鹽包括六氟磷酸鋰。鋰離子電化學電池以對應于3小時的充電或放電時間的速率的100％的深度放電在循環期間的100次循環后能夠保持其初始充電容量的80％。在一個方面，含氮酸捕集部分以下面的一種或多種方式提供：將含氮酸捕集部分作為側基接枝到形成多孔隔膜的聚合物上；包括含氮酸捕集部分的聚合物被涂覆在多孔隔膜的孔上或設置在多孔隔膜的孔內；包括含氮酸捕集部分的聚合物被涂覆在第一電極的孔上或設置在第一電極的孔內；將含氮酸捕集部分作為側基接枝到第一電極中的粘合劑上；包括含氮酸捕集部分的聚合物被涂覆在第二電極的孔上或設置在第二電極的孔內；或者含氮酸捕集部分作為側基接枝到第二電極中的粘合劑上。在一個方面，包括含氮酸捕集部分的聚合物是均聚物。本公開進一步提供了一種電化學裝置，其包括第一電極；具有與第一電極相反的極性的第二電極；多孔隔膜；包括酸或能夠形成酸的組分的電解質、鋰鹽和一種或多種溶劑；以及包括含有含氮基團的酸捕集部分的聚合物。含氮基團選自胺基團、吡啶基團或其組合組成的組，其中酸捕集部分能夠參與與酸的路易斯酸堿中和反應。第一電極、第二電極或隔膜中的至少一個包括聚合物。在一個方面，含氮酸捕集部分包括4-乙烯基吡啶。在一個方面，聚合物包括二乙烯基苯，并且含氮酸捕集部分包括乙烯基吡啶。在一個方面中，聚合物由選自乙烯醇、乙酸乙烯酯、二乙烯基苯、苯乙烯、α-甲基苯乙烯、異戊二烯、丁二烯、丙烯、乙烯、乙炔、乙烯、丙烯、丁烯、異丁烯、環氧乙烷、環氧丙烷、吖丙啶、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸、ε己內酯、二甲基硅氧烷、本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種在鋰離子電化學電池中清除酸的方法，所述方法包括：使含有酸或能夠形成酸的電解質溶液與包含選自以下組成的組的含氮酸捕集部分的聚合物接觸：胺基團、吡啶基團及其組合，使得所述含氮酸捕集部分通過參與路易斯酸堿中和反應來清除存在于所述電解質溶液中的酸性物質，其中所述電解質溶液包含鋰鹽和一種或多種溶劑并且包含在所述電化學電池中，所述電化學電池進一步包含第一電極，具有與所述第一電極相反極性的第二電極以及多孔隔膜；以及使鋰離子循環通過所述隔膜和所述第一電極和所述第二電極之間的所述電解質溶液，其中產生的酸性物質由包含含氮酸捕集部分的所述聚合物清除。

【技術特征摘要】
2017.06.19 US 15/6273761.一種在鋰離子電化學電池中清除酸的方法，所述方法包括：使含有酸或能夠形成酸的電解質溶液與包含選自以下組成的組的含氮酸捕集部分的聚合物接觸：胺基團、吡啶基團及其組合，使得所述含氮酸捕集部分通過參與路易斯酸堿中和反應來清除存在于所述電解質溶液中的酸性物質，其中所述電解質溶液包含鋰鹽和一種或多種溶劑并且包含在所述電化學電池中，所述電化學電池進一步包含第一電極，具有與所述第一電極相反極性的第二電極以及多孔隔膜；以及使鋰離子循環通過所述隔膜和所述第一電極和所述第二電極之間的所述電解質溶液，其中產生的酸性物質由包含含氮酸捕集部分的所述聚合物清除。2.權利要求1所述的方法，其中所述含氮酸捕集部分選自以下組成的組：2-乙烯基吡啶、3-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶、二甲基氨基甲基苯乙烯、二乙基氨基甲基苯乙烯、乙烯基吡啶-4-乙酰胺、乙烯基菲咯啉、乙烯基苯二胺、1,10-菲咯啉、乙烯基1,10-菲咯啉、1,10-菲咯啉-5,6-二酮、乙烯基-1,10-菲咯啉-5,6-二酮、(二甲基氨基)吡啶、亞烷基胺、7-氮雜吲哚-吡啶、乙烯基(二甲基氨基甲基)吡啶、甲苯基吡啶、氧烷基吡啶、乙烯基(二乙基氨基甲基)吡啶、4-(二甲基氨基)吡啶、2-(3-氨基苯基)吡啶、1,8-萘啶、聚(2,3,5,6-吡啶)、聚(2,5-吡啶)、聚(3,5-吡啶)、聚(異丙烯基吡啶)、聚(4-(二甲基氨基甲基)乙烯基吡啶)、聚[2-(3-氨基苯基)吡啶]、聚(1,8-萘啶)、聚(2,3,5,6-吡啶)、聚(2,5-吡啶)、聚(3,5-吡啶)、包括聚(二乙烯基苯-共-乙烯基芐基二甲胺)和聚(二乙烯基醚苯-共-乙烯基芐基二乙胺)的二烷基胺，異構體及其衍生物異構體及其組合。3.權利要求1的方法，其中所述聚合物由選自以下組成的組的單體形成：乙烯醇、乙酸乙烯酯、二乙烯基苯、苯乙烯、α-甲基苯乙烯、異戊二烯、丁二烯、丙烯、乙烯、乙炔、乙烯、丙烯、丁烯、異丁烯、環氧乙烷、環氧丙烷、乙亞胺、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸叔丁...

【專利技術屬性】
技術研發人員：S·盧思琪，D·奧爾巴克，T·J·富勒，I·C·哈拉萊，A·班納吉，B·齊夫，拉古南森·K，
申請(專利權)人：通用汽車環球科技運作有限責任公司，巴伊蘭大學，
類型：發明
國別省市：美國,US