专利情报 | 隔膜、正极浆料、金属负极、凝胶聚合物电解质

申请日：2018-07-12

公开(公告)日：2023-02-24

技术问题：本公开内容旨在提供一种具有小厚度并且显示出优异的电阻特性和离子电导率的隔板。本公开内容还旨在提供一种包括所述隔板并且具有改善的输出特性的电化学装置。将易于理解的是，本公开内容的目的和优点可通过在随附的权利要求中所示的手段及其组合来实现。

技术手段：本发明提供了一种用于电化学装置的隔板，所述隔板包括多孔基板，其中所述多孔基板包括聚乙烯，所述聚乙烯的缠结分子量(Entanglemolecular weight，Me)为2,500g/mol或更小，所述多孔基板具有40％至70％的孔隙率。多孔基板的最大孔径为10nm至70nm，厚度为5μm至14μm。所述隔板具有形成在所述多孔基板的至少一个表面上的无机涂层，其中所述无机涂层包括无机颗粒和粘合剂树脂，并且所述无机颗粒和粘合剂树脂以99.9:0.1-90:10的重量比存在于所述无机涂层中。

实施例1:多孔基板的制备:。制备聚乙烯，并使用在40℃下动态粘度为40cSt的液体石蜡油作为稀释剂。制备35:65的重量比的聚乙烯和液体石蜡油。将各成分引入双轴挤出机中，在其中进行捏合并在135℃的温度下挤出以获得聚合物片材。在纵向方向和横向方向均以5.5的比例拉伸该片材。拉伸温度为约120℃。然后，使用二氯甲烷作为萃取溶剂以2m/min的速度萃取液体石蜡油。之后，将经拉伸的聚合物片材在135℃下进行热固定1分钟，以获得多孔聚烯烃膜。

技术效果：本发明的隔板包括多孔聚合物膜作为多孔基板，并且该多孔基板具有高的孔隙率和优异的机械强度。因此，可以提供优异的电阻特性，并且可以允许隔板薄膜化。此外，该隔板具有优异的耐久性，以防止由外部冲击等引起的损坏。因此，包括根据本公开内容的隔板的电池能够确保低电阻和高离子电导率，并因此能够提供改善的输出特性。

申请日：2022-08-30

公开(公告)日：2023-03-10

技术问题：传统粘结剂往往需要较高的含量才能满足极片粘结力的需求，这限制了极片中活性物质负载量的提升，不利于电池能量密度的提升。而且，高的粘结剂用量在提升极片压实密度的同时会引发极片脆性问题，降低电池的安全性和循环性能。如何降低极片中粘结剂用量并且改善极片脆性问题成为目前亟需解决的问题。

技术手段：本发明提供一种正极浆料，所述正极浆料中包括正极活性物质，导电剂，分散剂以及粘结剂，所述分散剂包括重均分子量为0.5万~15万的第一聚合物，所述粘结剂包括重均分子量为70万~110万的第二聚合物和重均分子量为130万~300万的第三聚合物，所述第一聚合物、所述第二聚合物和所述第三聚合物均为含有式I所示结构单元的聚合物，

其中，R1、R2各自独立地选自氢、氟、氯或三氟甲基。

正极浆料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：步骤1：将正极活性物质、导电剂和粘结剂混合均匀；所述粘结剂包括重均分子量为70万~110万的第二聚合物和重均分子量为130万~300万的第三聚合物，步骤2：加入分散剂进行搅拌，得到正极浆料，所述分散剂包括重均分子量为0.5万~15万的第一聚合物，所述第一聚合物、所述第二聚合物和所述第三聚合物均为至少一种式II所示单体在可聚合条件下聚合制备而得，

，其中，R1、R2各自独立地选自氢、氟、氯或三氟甲基。

技术效果：本申请提供的正极浆料中使用了重均分子量为0.5万~15万的第一聚合物为分散剂，提高了正极浆料的分散性和加工性，显著降低极片膜层电阻和提高电池循环性能。本申请提供的正极浆料中联用了不同重均分子量的第二聚合物和第三聚合物作为粘结剂，与现有技术中常用的粘结剂相比，该粘结剂在添加量相对较少的条件下即可使极片具有良好粘结力，有助于降低极片中粘结剂的用量，提高极片正极活性物质负载量和电池能量密度；并且，第二聚合物和第三聚合物的联用还改善了粘结剂的结晶性，提高了极片的柔性。

申请日：2020-04-21

公开(公告)日：2023-03-24

技术问题：碱金属具有理论比容量高和化学电势低等特点，采用碱金属负极可以大幅提高电池的能量密度并摊低电池单位能量成本，显著提升用户体验并创造商业价值。然而由于碱金属负极存在化学活性高(导致库伦效率低)、枝晶生长(引起副反应和安全隐患)和体积膨胀大(SEI膜不断破裂与重建)等问题，阻碍了高能量密度碱金属电池的商业化进程。

技术手段：本发明提供了一种金属负极，所述金属负极包括金属负极本体和形成在所述金属负极本体一侧或两侧表面的保护层，所述保护层包括具有溶解碱金属能力的液态或凝胶态内层及具有高离子电导率的固态外层双层结构。所述具有溶解碱金属能力的液态或凝胶态内层含有具备接受电子能力的芳香烃类小分子化合物或含芳香烃类基团的聚合物，以及具备络合锂离子能力的醚类、胺类、硫醚类小分子溶剂或聚醚类、聚胺类、聚硫醚类聚合物。

该金属负极的制备方法，包括：在金属负极本体的一侧或两侧表面形成保护层，所述保护层包括具有溶解碱金属能力的液态或凝胶态内层及具有高离子电导率的固态外层双层结构。所述具有溶解碱金属能力的液态或凝胶态内层含有具备接受电子能力的芳香烃类小分子化合物或含芳香烃类基团的聚合物，以及具备络合锂离子能力的醚类、胺类、硫醚类小分子溶剂或聚醚类、聚胺类、聚硫醚类聚合物。所述高离子电导率固态外层含有本领域常见的氧化物固体电解质或者硫化物固体电解质，例如，氧化物固体电解质为钙钛矿型固体电解质、钠快离子导体型固体电解质(即NASICON型固体电解质)、锂快离子导体型固体电解质(即LISICON型固体电解质)、石榴石型固体电解质、或者玻璃态氧化物固体电解质等；该硫化物固体电解质为硫代-锂快离子导体型(即thio-LISICON型固体电解质)、或者玻璃态硫化物固体电解质，或以上无机固态电解质的复合物。

实施例1：一种金属锂电池的制备，包括：(1)保护的锂负极制备：在无水无氧环境中，将0.07g金属锂与1.54g联苯溶解于乙二醇二甲醚溶液中形成均匀溶液，加热条件下溶解0.01g PVDF-HFP后冷却形成凝胶；然后将上述均匀浆料涂覆在未保护金属锂负极本体表面，并与50um LLZO陶瓷片复合，得到含有10μm凝胶保护层的具双层保护结构锂金属负极片。(2)钴酸锂/锂(LiCoO2/Li)电池组装:将上述制备的保护锂负极、钴酸锂正极和隔膜组装成电池，由正极端滴加50μL1.0 mol/L LiPF6电解液(DMC、FEC、VC重量比为45:52:3)浸润正极极片，隔膜及复合金属锂负极LLZO陶瓷片外表面。

技术效果：本发明提供的金属负极，通过在碱金属负极本体表面可溶解金属锂的液态或凝胶层，可从原理上杜绝金属锂二次电池反复充放电过程中负极表面锂枝晶持续生长导致的电池短路风险。同时，即使在极端条件下，部分新鲜生成锂枝晶在完全溶解前，于放电过程中脱离与锂负极本体接触，然而由于溶解金属锂后的此液态或凝胶层具有较高电子导电性，脱离锂负极本体的此部分锂枝晶仍可参与电极反应直至完全消耗。