【技术实现步骤摘要】
本申请要求对2023年09月17日提交的美国专利申请案18/468,736享有优先权，并且其公开内容以全文引用的方式并入本文中。本专利技术总体上涉及固态锂离子电池。更具体地，本专利技术提供一种用于加宽高压锂离子电池中的聚合物电解质的电化学窗口的方法。
技术介绍
1、固态电池将易燃的液体电解质转化为不易燃的固体电解质，从而在机械和化学性质方面展现增强的稳定性，其还显著地延长静态和循环寿命。与传统锂电池(lib)中的的能量密度(250wh/kg)相比，固态电池的能量密度目前接近400wh/kg，这提供了显著优点。
2、固态锂离子电池(sslib)在满足先进电源系统的相当大的需求方面保持显著前景，其具有解决即将到来的消费电子产品和电动汽车的能量密度、快速充电和安全先决条件的潜力。固体聚合物电解质(spe)的优异机械性质、高耐热性和无溶剂/少溶剂特征确保其高安全性1-3。制造spe是用于在锂离子电池中寻求改进的安全性和更高能量密度的有效方案。
3、与固体陶瓷电解质(sce)对应物相比，spe具有增强的大规模制造可加工性。这归因于其与固体电极的良性界面接触和良好的机械柔性4-6。大多数聚合物可与相对低电压的阴极相容。然而，仅少数spe具有足够的氧化电位来与高压阴极材料有效配对。在例如4.4vlini0.8mn0.1co0.1o2(nmc811)或5.0 v lcpo的侵袭性阴极存在的情况下，羰基表现出阳极不稳定性，具有释放co2和o2的热力学倾向。因此，包括li||nmc811和li||lcpo的电池展现显著不足的
4、另一挑战来源于富ni阴极的不稳定性。在较高电位(电位超过4.5v)下spe与富ni阴极之间的相容性缺乏呈现在追求进一步增强sslibs7-8的能量密度方面的挑战，从而引起spe氧化、阴极表面重建和过渡金属离子溶解。因此，这导致差的循环性能9。
5、上述挑战使得难以进一步增强固态锂离子电池的能量密度。
技术实现思路
1、因此，本专利技术在spe的研究中引入了一种用于推进高压sslib的新颖策略。确切地说，本专利技术提供一种加宽spe的电化学窗口的方法。
2、在第一方面中，本专利技术提供一种基于聚(偏二氟乙烯-共-三氟乙烯-共-氯三氟乙烯)(pvtf)的固体聚合物电解质，其包括：聚合物基质；n,n-二甲基甲酰胺(dmf)溶剂；及双(三氟甲磺酰)亚胺锂(litfsi)。基于pvtf的固体聚合物电解质表现出高达5.68v的优异电化学窗口、在环境温度下显著较高的1.91×10-3s cm-1的离子电导率，且基于pvtf的固体聚合物电解质具有低于-38℃的玻璃转化温度(tg)。
3、根据一个实施例，聚合物基质包括质量为0.1克至2克的pvtf，litfsi质量为0.1克至2克，且dmf溶剂体积为1毫升至10毫升。
4、根据一个实施例，基于pvtf的固体聚合物电解质还包括牺牲添加剂。
5、根据一个实施例，牺牲添加剂包括质量为0.01克至0.05克的二氟磷酸锂(lidfp)。
6、在第二方面中，本专利技术提供一种具有宽电化学窗口聚合物电解质的高压固态锂离子电池，包括：阴极材料；阳极材料；固体聚合物电解质。高压固态锂离子电池具有在0.5c下超过200次循环的恒定循环性能，以及75％的令人印象深刻的高容量保持率。
7、根据一个实施例，阴极材料包括富ni阴极材料或锂箔。
8、根据一个实施例，富ni阴极材料包括尖晶石lini0.5mn1.5o4(lnmo)颗粒。
9、根据一个实施例，使用一非晶导电的阴极-电解质相界面(cei)层包封所述lini0.5mn1.5o4颗粒。
10、根据一个实施例，cei层包括内部cei和外部cei，且其中内部cei包括li3po4和lif。
11、根据一个实施例，包括lnmo颗粒以及cei层的阴极材料展现改进的倍率性能，从而产生分别在0.1c、0.2c、0.5c、1.0c和2c下记录的137mah g-1、130mah g-1、125mah g-1、105mah g-1和70mah g-1的可观比容量。
12、根据一个实施例，阳极材料包括锂箔。
13、根据一个实施例，阳极材料和阴极材料还包括集流体、一种或多种活性材料、一个或多个电子导电颗粒和一种或多种粘合剂。
14、根据一个实施例，集流体包括铝箔或铜箔。
15、根据一个实施例，高压固态锂离子电池在0.1ma cm-2的电流密度以及0.1mah cm-2的容量下具有约2400小时的稳定循环寿命，表现出55.7mv的极低过电位。
16、根据一个实施例，当电流密度增加至0.5ma cm-2时，高压固态锂离子电池实现约1600小时的长循环寿命。
17、根据最高占据分子轨道(homo)能量级别，本专利技术使用具有高氧化稳定性的聚(偏二氟乙烯-共-三氟乙烯-共-氯三氟乙烯)[(pvdf-trfe-cfe)](表示为pvtf)聚合物作为spe基质，和用于稳定lini0.5mn1.5o4(lnmo)阴极的牺牲添加剂(二氟磷酸锂，lidfp)。与现有技术相比，本专利技术提供以下主要优点：
18、(1)与pse相比，plse隔膜展现显著增强的电化学稳定性，由此实现锂离子电池的可逆操作。
19、(2)plse的设计策略更具成本效益和用户友好性，因为独立式plse可通过浇铸和刮涂工艺获得，与涉及将隔膜浸入液体电解质中的常规组装方法相比，这简化了锂离子电池的固体电解质的获取。
20、(3)plse表现出高达5.68v的优异电化学窗口，这超过了现有spe技术的能力。
21、(4)plse具有遍及各种类型的基于锂的电池的广泛实用性，且与常规液体lib相比，其表现出高安全性。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于聚(偏二氟乙烯-共-三氟乙烯-共-氯三氟乙烯)(PVTF)的固体聚合物电解质，其特征在于，所述基于PVTF的固体聚合物电解质包括：
2.根据权利要求1所述的基于PVTF的固体聚合物电解质，其中所述聚合物基质包括质量为0.1克至2克的PVTF，所述双(三氟甲磺酰)亚胺锂质量为0.1克至2克，且所述DMF溶剂的体积为1毫升至10毫升。
3.根据权利要求1所述的基于PVTF的固体聚合物电解质，其中所述基于PVTF的固体聚合物电解质还包括牺牲添加剂。
4.根据权利要求1所述的基于PVTF的固体聚合物电解质，其中所述牺牲添加剂包括质量为0.01克至0.05克的二氟磷酸锂。
5.一种具有宽电化学窗口聚合物电解质的高压固态锂离子电池，其特征在于，所述高压固态锂离子电池包括：
6.根据权利要求5所述的高压固态锂离子电池，其中所述阴极材料包括富Ni阴极材料或锂箔。
7.根据权利要求6所述的高压固态锂离子电池，其中所述富Ni阴极材料包括尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4颗粒。
8.根据权利要求7所述的高压
9.根据权利要求8所述的高压固态锂离子电池，其中所述CEI层包括内部CEI和外部CEI，且其中所述内部CEI包括Li3PO4和LiF。
10.根据权利要求8所述的高压固态锂离子电池，其中包括所述LiNi0.5Mn1.5O4颗粒以及所述CEI层的所述阴极材料展现改进的倍率性能，从而产生分别在0.1C、0.2C、0.5C、1.0C和2C下记录的137mAh g-1、130mAh g-1、125mAh g-1、105mAh g-1和70mAh g-1的比容量。
11.根据权利要求5所述的高压固态锂离子电池，其中所述阳极材料包括锂箔。
12.根据权利要求5所述的高压固态锂离子电池，其中所述阳极材料和所述阴极材料还包括集流体、一种或多种活性材料、一个或多个电子导电颗粒和一种或多种粘合剂。
13.根据权利要求12所述的高压固态锂离子电池，其中所述集流体包括铝箔或铜箔。
14.根据权利要求5所述的高压固态锂离子电池，其中所述高压固态锂离子电池在0.1mA cm-2的电流密度以及0.1mAh cm-2的容量下具有约2400小时的循环寿命，表现出55.7mV的极低过电位。
15.根据权利要求5所述的高压固态锂离子电池，其中当所述电流密度增加至0.5mA cm-2时，所述高压固态锂离子电池实现约1600小时的循环寿命。
...【技术特征摘要】
1.一种基于聚(偏二氟乙烯-共-三氟乙烯-共-氯三氟乙烯)(pvtf)的固体聚合物电解质，其特征在于，所述基于pvtf的固体聚合物电解质包括：
2.根据权利要求1所述的基于pvtf的固体聚合物电解质，其中所述聚合物基质包括质量为0.1克至2克的pvtf，所述双(三氟甲磺酰)亚胺锂质量为0.1克至2克，且所述dmf溶剂的体积为1毫升至10毫升。
3.根据权利要求1所述的基于pvtf的固体聚合物电解质，其中所述基于pvtf的固体聚合物电解质还包括牺牲添加剂。
4.根据权利要求1所述的基于pvtf的固体聚合物电解质，其中所述牺牲添加剂包括质量为0.01克至0.05克的二氟磷酸锂。
5.一种具有宽电化学窗口聚合物电解质的高压固态锂离子电池，其特征在于，所述高压固态锂离子电池包括：
6.根据权利要求5所述的高压固态锂离子电池，其中所述阴极材料包括富ni阴极材料或锂箔。
7.根据权利要求6所述的高压固态锂离子电池，其中所述富ni阴极材料包括尖晶石lini0.5mn1.5o4颗粒。
8.根据权利要求7所述的高压固态锂离子电池，其中使用一非晶导电的阴极-电解质相界面(cei)层包封所述lini0.5mn1.5o4颗粒。
9.根据权利要求8所述的高压固态锂离...
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