具有改进的电池隔板的二次电池制造技术

一种二次电池，其产生或包含选自铜离子、锰离子、镍离子、钴离子、铁离子、铝离子、铬离子、钼离子、锡离子或其组合的金属离子污染物，该电池包括：阳极；阴极；阳极和阴极之间的涂覆或未涂覆的电池隔板，其中所述涂覆或未涂覆的电池隔板包括污染离子陷阱层；以及电解质。由于隔板减少或消除了电池中的金属离子污染，该电池提高了初始充电和老化过程的成品率并延长了使用寿命。长了使用寿命。长了使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有改进的电池隔板的二次电池
[0001]领域
[0002]本申请涉及一种二次电池，其具有改进的电池隔板，特别是一种可以减少或消除二次电池，特别是易受金属离子污染影响的二次电池中金属离子污染的电池隔板。
[0003]背景
[0004]二次电池常用的电极材料可能含有过渡金属，包括铁(Fe)、锰(Mn)、镍(Ni)、钴(Co)、铝(Al)、铬(Cr)、钼(Mo)、锡(Sn)等。例如，一些示例性电极材料可包括镍钴锰酸锂(NMC或NCM)、磷酸铁锂(LFP)、镍锰尖晶石锂(LMNO)、镍钴铝酸锂(NCA)、氧化锰锂(LMO)、钴酸锂(LCO)或其组合。这些电极材料中的一些与电解质相互作用，导致电解质中存在过渡金属离子。在适合的条件下，这些金属离子可能会还原成它们的金属形式。这种金属镀层会导致枝晶生长等。当枝晶通过隔板生长时，连接两个电极，导致短路。石墨电极中毒也可能由例如电极上的过渡金属离子电镀引起。这可能会缩短电池的使用寿命。
[0005]金属污染的另一个来源可能是用于制造电池部件和/或电池的金属设备，例如刷子、滚筒等。金属设备可能是电池中钴、铜、锌、铬或铁离子的来源。
[0006]图12显示了电池内部短路自放电中的金属污染和阳极材料失活导致的两个问题，这是容量退化的一个因素。
[0007]鉴于前述，可能需要减少、消除或减轻电池中金属污染的方法。
[0008]概要
[0009]一方面，本文描述了产生或包含选自但不限于铜离子、锰离子、镍离子、钴离子、铁离子、铬离子、钼离子、锡离子或其组合的金属离子污染物的二次电池。电池的电极材料可能会产生金属离子污染物。例如，所述电池的阴极材料可包括镍钴锰酸锂(NMC或NCM)、磷酸铁锂(LFP)、镍锰尖晶石锂(LMNO)、镍钴铝酸锂(NCA)、氧化锰锂(LMO)、钴酸锂(LCO)或其组合。此外，金属离子污染物的存在可能是由于电池制造过程中使用的金属设备，例如刷子、滚筒等。由于使用了本文所述的隔板，与不使用所述隔板的电池相比，本文所述的二次电池可以减少或消除金属污染问题。
[0010]本文所述的二次电池可包含以下组件：阳极、阴极、在阳极和阴极之间包含陷阱层的涂覆或未涂覆的电池隔板，以及电解质。所述电池隔板可包含作为隔板的一部分的陷阱层。例如，所述陷阱层可以在所述电池隔板的中间或在电池隔板最靠近阳极的一侧。陷阱层是作为所述电池隔板的一部分，除此之外，陷阱层还可以作为涂层提供，或作为在电池隔板面向阳极的一侧的涂层中的一层。
[0011]对于陷阱层是隔板的一部分的实施方案，所述陷阱层与Li
+
/Li的电势差在+0.0V至+5.0V、+0.0V至+4.0V、+0.0V至+3.5V、+0.0V至+3.0V、+0.0V至+2.5V、+0.0V至+2.0V、+0.0V至+1.5V或+0.0V至1.0V。
[0012]在陷阱层是隔板的一部分的实施方案中，所述陷阱层可具有104至109欧姆
‑
厘米、105至109欧姆
‑
厘米、106至109欧姆
‑
厘米、107至109欧姆
‑
厘米或108至109欧姆
‑
厘米的体电阻率或体积电阻率。在一些优选实施方案中，体电阻率或体积电阻率可为104至109欧姆
‑
厘米、104至108欧姆
‑
厘米或104至107欧姆
‑
厘米。特别优选的电阻率可以为104至108欧姆
‑
厘米或
104至107欧姆
‑
厘米。
[0013]在一些实施例中，所述陷阱层可通过层压工艺、共挤出工艺或层压和共挤出组合工艺结合为隔板的一部分。
[0014]对于陷阱层是隔板的一部分的实施例，所述陷阱层可包含碳和聚合物。在一些实施例中，碳可以是导电碳。所述碳可以选自炭黑、乙炔黑、碳纳米管、石墨烯或其组合。在陷阱层是隔板的一部分的一些其他实施方案中，所述陷阱层可包含导电聚合物。例如，所述导电聚合物可以是聚乙炔、聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯或其组合。
[0015]对于陷阱层为涂层或涂层中的一层的实施例，所述陷阱层与Li
+
/Li的电势差在+0.0V至+5.0V、+0.0V至+4.0V、+0.0V至+3.5V、+0.0V至+3.0V、+0.0V至+2.5V、+0.0V至+2.0V、+0.0V至+1.5V或+0.0V至1.0V的范围内。
[0016]在陷阱层作为涂层或涂层中的一层提供的实施方案中，所述陷阱层可以具有104至109欧姆
‑
厘米、104至108欧姆
‑
厘米或104至107欧姆
‑
厘米的体电阻率或体积电阻率。
[0017]关于陷阱层被提供为涂层或作为涂层的一层的实施方案，所述陷阱层可包含碳和聚合物。在一些实施方案中，所述碳可以是导电碳。所述碳可以选自炭黑、乙炔黑、碳纳米管、石墨烯或其组合。在陷阱层作为涂层或涂层中的一层的一些其他实施方案中，所述陷阱层可以包括导电聚合物。例如，所述导电聚合物可以是聚乙炔、聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯或其组合物。
附图说明
[0018]图1描绘了根据本文一些实施方案的二次电池。
[0019]图2描绘了根据本文一些实施方案的二次电池。
[0020]图3描绘了根据本文一些实施方案的二次电池。
[0021]图4描绘了根据本文一些实施方案的二次电池。
[0022]图5描绘了根据本文一些实施方案的二次电池。
[0023]图6描绘了根据本文一些实施方案的二次电池。
[0024]图7描绘了根据本文一些实施方案的二次电池。
[0025]图8描绘了根据本文一些实施方案的二次电池。
[0026]图9描绘了根据本文一些实施方案的二次电池。
[0027]图10描绘了根据本文一些实施方案的二次电池。
[0028]图11描绘了根据本文一些实施方案的二次电池。
[0029]图12是描绘二次电池中金属污染引起的两个问题的示意图。
[0030]图13是描绘防止、减少或缓解由二次电池中金属污染引起问题的一种解决方案的示意图。
[0031]图14是本文所述的比较实施方案和专利技术实施方案的示意图，其包括计算显示本专利技术实施方案表现出低于比较实施方案1,000倍以上的自放电。
[0032]图15是本文所述的一些实施方案的电池隔板的SEM图像。
[0033]图16是本文所述的一些实施方案的电池单元的示意图。
[0034]图17包括显示本文所述的本专利技术和比较实施方案的电压随时间变化的曲线。
[0035]图18是显示本文所述的本专利技术和比较实施方案的金属沉积的SEM图像。
[0036]图19包括本文所述的一些实施方案的金属俘获之前和之后的金属陷阱层的SEM图像。
[0037]详细说明
[0038]本文公开的二次电池具有或易受金属污染并且本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种二次电池，其产生或包含选自铜离子、锰离子、镍离子、钴离子、铁离子、铬离子、钼离子、锡离子或其组合的金属离子污染物，该电池包括：阳极；阴极；阳极和阴极之间的涂覆或未涂覆的电池隔板，其中所述涂覆或未涂覆的电池隔板包含陷阱层；以及电解质。2.如权利要求1所述的电池，其特征在于，所述电池隔板为在面向阳极一侧具有涂层的涂覆电池隔板，并且所述涂层包含陷阱层。3.如权利要求1所述的电池，其特征在于，所述陷阱层与Li
+
/Li的电势差在+0.0V至+5.0V的范围内。4.如权利要求3所述的电池，其特征在于，所述电势差为+0.0至+3.39V或+0.0至+3.0V。5.如权利要求2所述的电池，其特征在于，所述陷阱层具有104至109欧姆
‑
厘米或104至108欧姆
‑
厘米的体电阻率或体积电阻率。6.如权利要求5所述的电池，其特征在于，所述陷阱层具有104至107欧姆
‑
厘米的体电阻率或体积电阻率。7.如权利要求2所述的电池，其特征在于，所述陷阱层至少包含碳和聚合物。8.如权利要求7所述的电池，其特征在于，所述碳为导电碳，例如碳纳米管。9.如权利要求7所述的电池，其特征在于，所述碳选自炭黑、乙炔黑、碳纳米管、石墨烯或其组合。10.如权利要求2所述的电池，其特征在于，所述导电涂层包含导电聚合物。11.如权利要求10所述的电池，其特征在于，该导电聚合物选自聚乙炔、聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯或其组合。12.如权利要求1所述的电池，其特征在于，所述电池隔板为涂覆或未涂覆的电池隔板，并且所述电池隔板包含在电池隔板的中间或在电池隔板最靠近阳极的一侧上的陷阱层。13.如权利要求12所述的电池，其特征在于，所述电池隔板包含在所述电池隔板中间的陷阱层。14.如权利要求12所述的电池，其特征在于，所述电池隔板含在所述电池隔板最靠近阳极的一侧的陷阱层。15....

【专利技术属性】
技术研发人员：铃木浩之，
申请(专利权)人：赛尔格有限责任公司，
类型：发明
国别省市：