用于改善高压电池组安全性和性能的含有小分子添加剂的组合物制造技术

电池组电池可以包括电解质、包括第一电极层和第一集流体的第一电极、包括第二电极层和第二集流体的第二电极、插置在第一电极和第二电极之间的隔板以及至少一个保护层。例如，保护层可以插置在第一电极层和第一集流体之间、第二电极层和第二集流体之间、隔板和第一电极之间和/或隔板和第二电极之间。当被激活时，一个或多个保护层可以减少或中断通过电池组电池的电流。一个或多个保护层的组合物可以包括一种或多种小分子添加剂，以增加其稳定性和导电性，从而改善电池组电池的性能以及安全性。从而改善电池组电池的性能以及安全性。从而改善电池组电池的性能以及安全性。

【技术实现步骤摘要】
用于改善高压电池组安全性和性能的含有小分子添加剂的组合物
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2022年1月18日提交的名称为“用于改善高压锂离子电池组的安全性和性能的含有小分子添加剂的组合物”的美国临时申请第63/300,533号的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。


[0003]本文所述的主题通常涉及电池组电池，更具体地涉及用于电池组电池中的含有小分子添加剂的保护层。

技术介绍

[0004]电池组电池在运行过程中会过充电、过热和/或短路。例如，当电池组电池过充电和/或发生内部短路时，可能会发生过电流。过电流会对电池组电池造成不可逆的损坏。特别地，过电流会导致热失控，这是一种危险的情况，在该情况下，来自过热电池组电池的未消散的热量会加速电池组电池内的放热反应，从而进一步升高电池的温度。热失控的后果可能特别可怕，包括例如火灾、爆炸和/或类似情况。

技术实现思路

[0005]本申请提供了用于电池组电池的保护层的方法、系统和制品。在当前主题的一个方面，电池组电池可以包括保护层，该保护层被配置为减轻和/或消除在电池组电池的运行期间可能出现的危险。保护层可以包括一种或多种小分子添加剂，以促进交联并改善保护层的稳定性和导电性。此外，保护层可以被配置为通过中断电池组电池内的电流的流动来响应温度、电压和/或电流的增加。保护层可以设置在电池组电池的至少一个集流体或电极的一个或两个表面上。因此，在一些情况下，第一保护层可以插置在电池组电池的第一集流体和相应的第一电极之间。替代地和/或附加地，第二保护层可以插置在电池组电池的第二集流体和相应的第二电极之间。
[0006]在一些情况下，保护层可以是包括保护层和密封层的多功能层的一部分。多功能层可以插置在电池组电池的电极和集流体之间，密封层进一步插置在电极和保护层之间。密封层可以将保护层与电池组电池的其他组件隔离，特别是包括在电池组电池中的电极和电解质。因此，密封层的存在可以为用于形成保护层的材料的选择带来灵活性。例如，可以选择形成保护层的材料以使性能最大化，而使对与电池组电池的其他组件的兼容性的考虑最小化。
[0007]在另一个方面，本申请提供了电池组电池，其包括含有一种或多种小分子添加剂的保护层。电池组电池可以包括：电解质；包括第一电极层和第一集流体的第一电极；包括第二电极层和第二集流体的第二电极；插置在第一电极和第二电极之间的隔板；以及，在激活时减少或中断电池组电池内的电流流动的第一保护层，该第一保护层由包括一种或多种
与功能材料和/或导电材料结合的小分子添加剂的组合物形成。
[0008]在方法、系统和制品的一些变体中，以下特征中的一个或多个可以任选地包括在任何可行的组合中。
[0009]在一些变体中，一种或多种小分子添加剂可以包括芳香族胺、脂肪族胺、脂肪族羧酸、芳香族羧酸、脂肪族羟基化合物、芳香族羟基化合物、脂肪族硫醇化合物、芳香族硫醇化合物、环氧取代的脂肪族或芳香族化合物、芳香族或脂肪族取代的吡咯
‑
2,5
‑
二酮、乙烯取代的脂肪族或芳香族化合物和/或自由基引发剂。
[0010]在一些变体中，第一保护层的组合物可以包括：按重量计0.1％至90％的一种或多种小分子添加剂、1％至50％的一种或多种小分子添加剂、1％至10％的一种或多种小分子添加剂或1％至5％的一种或多种小分子添加剂。
[0011]在一些变体中，功能材料可以包括聚丙烯酸(PAA)、交联聚丙烯酸(PAA)、羧甲基纤维素(CMC)、聚(丙烯酸甲酯)(PMA)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(甲基丙烯酸乙酯)(PEMA)和/或聚甲基丙烯酸2
‑
羟乙酯(pHEMA)。
[0012]在一些变体中，导电材料可以是炭黑或选自以下的导电聚合物：聚(3,4
‑
乙烯二氧噻吩)
‑
聚苯乙烯磺酸盐(poly(3,4
‑
ethylenedioxythiophene)polystyrene sulfonate，PEDOT:PSS)、聚吡咯(掺杂的)、聚(n
‑
烷基噻吩)、聚烷基芴和聚(3,4
‑
乙烯二氧噻吩)
‑
共
‑
聚(乙二醇)(poly(3,4
‑
ethylenedioxythiophene)
‑
co
‑
poly(ethyleneglycol)，PEDOT
‑
PEG)(掺杂的)。
[0013]在一些变体中，第一保护层的组合物还可以包括一种或多种基材和/或粘合剂材料。
[0014]在一些变体中，第一保护层可以插置在(i)第一电极层和第一集流体之间或(ii)隔板和第一电极层之间。
[0015]在一些变体中，第一保护层可以与密封层耦合，该密封层防止第一保护层与电池组电池的第一电极层和电解质中的至少一者之间反应，直到密封层由第二触发激活为止。
[0016]在一些变体中，电池组电池还可以包括：第二保护层，该第二保护层由包括一种或多种与功能材料和/或导电材料结合的小分子添加剂的组合物形成。第二保护层可以插置在(i)第二电极层和第二集流体之间或(ii)隔板和第二电极层之间。
[0017]在一些变体中，第二保护层可以与密封层耦合，该密封层防止第二保护层与电池组电池的第二电极层和电解质中的至少一者之间反应，直到密封层由温度触发、电压触发、电流触发和对电池组电池的物理损坏中的至少一者激活为止。
[0018]在一些变体中，第一保护层可以由温度触发、电压触发、电流触发和对电池组电池的物理损坏中的至少一者激活。
[0019]在一些变体中，第一保护层的组合物可以包括(i)卡波姆、氢氧化锂(LiOH)、super P导电碳黑、4,4'
‑
(9
‑
亚芴基)二苯胺和水；(ii)卡波姆、氢氧化锂(LiOH)、super P导电碳黑、4,4'
‑
联苯二甲酸和水；或(iii)卡波姆、氢氧化锂(LiOH)、super P导电碳黑、季戊四醇四
‑3‑
巯基丙酸酯、三(2
‑
丙烯酰氧乙基)异氰脲酸酯和水。
[0020]在一些变体中，第一保护层的组合物可以包括(i)68.53％的卡波姆、24.47％的氢氧化锂(LiOH)、5％的super P导电碳黑、2％的4,4'
‑
(9
‑
亚芴基)二苯胺和水；(ii)67.79％的卡波姆、24.21％的氢氧化锂(LiOH)、5％的super P导电碳黑、3％的4,4'
‑
联苯二甲酸和
水；或(iii)68.53％的卡波姆、24.47％的氢氧化锂(LiOH)、5％的super P导电碳黑、1％的季戊四醇四
‑3‑
巯基丙酸酯、1％的三(2
‑
丙烯酰氧乙基)异氰脲酸酯和水。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池组电池，所述电池组电池包括：电解质；第一电极，所述第一电极包括第一电极层和第一集流体；第二电极，所述第二电极包括第二电极层和第二集流体；隔板，所述隔板插置在所述第一电极和所述第二电极之间；和第一保护层，所述第一保护层在激活时减少或中断所述电池组电池内的电流流动，所述第一保护层由包括一种或多种与功能材料和/或导电材料结合的小分子添加剂的组合物形成。2.根据权利要求1所述的电池组电池，其中所述一种或多种小分子添加剂包括芳香族胺、脂肪族胺、脂肪族羧酸、芳香族羧酸、脂肪族羟基化合物、芳香族羟基化合物、脂肪族硫醇化合物、芳香族硫醇化合物、环氧取代的脂肪族或芳香族化合物、芳香族或脂肪族取代的吡咯
‑
2,5
‑
二酮、乙烯取代的脂肪族或芳香族化合物和/或自由基引发剂。3.根据权利要求1至2中任一项所述的电池组电池，其中所述第一保护层的所述组合物包括：按重量计0.1％至90％的所述一种或多种小分子添加剂、按重量计1％至50％的所述一种或多种小分子添加剂、按重量计1％至10％的所述一种或多种小分子添加剂或按重量计1％至5％的所述一种或多种小分子添加剂。4.根据权利要求1至3中任一项所述的电池组电池，其中所述功能材料包括聚丙烯酸(PAA)、交联聚丙烯酸(PAA)、羧甲基纤维素(CMC)、聚(丙烯酸甲酯)(PMA)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(甲基丙烯酸乙酯)(PEMA)和/或聚甲基丙烯酸2
‑
羟乙酯(pHEMA)。5.根据权利要求1至4中任一项所述的电池组电池，其中所述导电材料是炭黑或导电聚合物，所述导电聚合物选自：聚(3,4
‑
乙烯二氧噻吩)
‑
聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)、聚吡咯(掺杂的)、聚(n
‑
烷基噻吩)、聚烷基芴和聚(3,4
‑
乙烯二氧噻吩)
‑
共
‑
聚(乙二醇)(PEDOT
‑
PEG)(掺杂的)。6.根据权利要求1至5中任一项所述的电池组电池，其中所述第一保护层的所述组合物还包括一种或多种基材和/或粘合剂材料。7.根据权利要求1至6中任一项所述的电池组电池，其中所述第一保护层插置在(i)所述第一电极层和所述第一集流体之间或(ii)所述隔板和所述第一电极层之间。8.根据权利要求1至7中任一项所述的电池组电池，其中所述第一保护层与密封层耦合，所述密封层防止所述第一保护层与所述电池组电池的所述第一电极层和所述电解质中的至少一者之间反应，直到所述密封层由第二触发激活。9.根据权利要求1至8中任一项所述的电池组电池，所述电池组电池还包括：第二保护层，所述第二保护层由包括所述一种或多种与所述功能材料和/或所述导电材料结合的小分子添加剂的组合物形成，所述第二保护层插置在(i)所述第二电极层和所述第二集流体之间或(ii)所述隔板和所述第二电极层之间。10.根据权利要求9所述的电池组电池，其中所述第二保护层与密封层耦合，所述密封层防止所述第二保护层与所述电池组电池的所述第二电极层和所述电解质中的至少一者之间反应，直到所述密封层由温度触发、电压触发、电流触发和对所述电池组电池的物理损坏中的至少一者激活。11.根据权利要求1至10中任一项所述的电池组电池，其中所述第一保护层由温度触
发、电压触发、电流触发和对所述电池组电池的物理损坏中的至少一者激活。12.根据权利要求1至11中任一项所述的电池组电池，其中所述第一保护层的所述组合物包括(i)卡波姆、氢氧化锂(LiOH)、super P导电碳黑、4,4'
‑
(9
‑
亚芴基)二苯胺和水；(ii)卡波姆、氢氧化锂(LiOH)、super P导电碳黑、4,4'
‑
联苯二甲酸和水；或(iii)卡波姆、氢氧化锂(LiOH)、super P导电碳黑、季戊四醇四
‑3‑
巯基丙酸酯、三(2
‑
丙烯酰氧乙基)异氰脲酸酯和水。13.根据权利要求1至12中任一项所述的电池组电池，其中所述第一保护层的所述组合物包括(i)68.53％的卡波姆、24.47％的氢氧化锂(LiOH)、5％的super P导电碳黑、2％的4,4'

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：阿米恩科斯公司，
类型：发明
国别省市：