取決于電極14,12的精確 化學(xué)組成）驅(qū)使在負(fù)極12上插層的鋰氧化產(chǎn)生的電子(eT)穿過(guò)外部電路18流向正極14。鋰 離子，其同樣在負(fù)極12上產(chǎn)生，同時(shí)地被電解質(zhì)溶液攜帶穿過(guò)多孔隔膜16移向正極14。流過(guò) 外部電路18的電子(eT)以及迀移穿過(guò)電解質(zhì)溶液中的隔膜16的鋰離子最終調(diào)和并且在正 極14上形成插層鋰。通過(guò)外部電路18的電流可以被控制并且引導(dǎo)穿過(guò)負(fù)載設(shè)備22,直到負(fù) 極12中的插層鋰的水平低于可工作水平，或者電能需求消失。
[0049] 通過(guò)向鋰離子電池 10施加外部電池充電器，使電池放電期間發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)逆 轉(zhuǎn)，鋰離子電池10可以在其可得容量部分或完全放電后隨時(shí)被充電或再充電。鋰離子電池 10連接到外部電源迫使在正極14上的鋰過(guò)渡金屬氧化物或磷酸鹽發(fā)生其他方式的非自發(fā) 氧化，從而產(chǎn)生電子并且釋放出鋰離子。電子，其通過(guò)外部電路18流回負(fù)極12,以及鋰離子， 其被電解質(zhì)攜帶穿過(guò)多微孔聚合物隔膜16移向負(fù)極12,在負(fù)極12上重新結(jié)合并且使用在下 一個(gè)電池放電循環(huán)期間消耗的插層鋰進(jìn)行補(bǔ)充。
[0050] 可以用來(lái)對(duì)鋰離子電池 10充電的外部電池充電器可以根據(jù)鋰離子電池 10的尺寸、 結(jié)構(gòu)以及特定最終用途進(jìn)行變化。一些合適的外部電池充電器包括插入到交流電源插座和 汽車(chē)交流發(fā)電機(jī)的電池充電器。
[0051] 為了進(jìn)一步示例本公開(kāi)，本文給出實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，這些實(shí)施例僅為了示例性目 的而提供，而不應(yīng)當(dāng)理解為對(duì)公開(kāi)范圍的限制。 實(shí)施例 制備具有系著的氮雜-15-冠醚基團(tuán)的海藻酸鈉
[0052] 海藻酸鈉粉末（Cat .No · 218295，MPI，lg，~0.00286mol)懸浮于玻璃瓶（50-mL容 量，F(xiàn)isher Scientific)的乙酸乙酯（25mL)并且隨后使用IKA Turrax t25均質(zhì)機(jī)均質(zhì)幾分 鐘，直到混合物達(dá)到50°C。在磁力攪拌下，加入氮雜-15-冠-5(IBC Technologies，0 ·626g， 0.00286mol)，隨后在磁力攪拌下逐滴加入六亞甲基二異氰酸酯（0.481g，0.00286mol)。固 定瓶蓋，并且將混合物放置于輥乳機(jī)上8小時(shí)。將混合物轉(zhuǎn)移到50-mL容量的離心管(Fisher Scientific)并且以1000 rpm離心10分鐘。將液相從固體中倒出并且使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀進(jìn)行蒸 發(fā)，留下少量殘?jiān)?〇. Ig)。真空干燥的剩余固體是1.8g。使用Turrax t25均質(zhì)機(jī)懸浮于水中 的一部分該產(chǎn)品用作鋰離子電池中的電極粘合劑。使用甲苯異氰酸酯（〇.498g， 0.00286mol)以及再次使用二苯甲烷二異氰酸酯（0.715 8,0.00286111〇1)替代使用六亞甲基 二異氰酸酯，重復(fù)該制備方法。據(jù)信二異氰酸酯的一個(gè)異氰酸酯基團(tuán)與海藻酸鹽上的羥基 基團(tuán)反應(yīng)，形成氨基甲酸酯基團(tuán)，而其余剩余的側(cè)鏈的異氰酸酯基團(tuán)與氮雜-15-冠-5反應(yīng)， 形成脲基團(tuán)。 制備具有系著的氮雜-15-冠醚基團(tuán)的海藻酸鋰 [0053] 將乙酸乙酯(50mL)加入到裝有兩個(gè)滴液漏斗，一個(gè)機(jī)械攪拌器和一個(gè)氬氣入口的 250-mL的Morton燒瓶中。在劇烈攪拌下，隨后單獨(dú)地，同時(shí)地并且逐滴地加入乙酸乙酯 (50mL)的六亞甲基二異氰酸酯（0.481 8,0.00286111〇1)以及乙酸乙酯（501^)的氮雜-15-冠-5 (0.626g，0.00286mol)。完整加入后，將混合物攪拌8小時(shí)。隨后將該混合物逐滴加入到劇烈 攪拌的懸浮于乙酸乙酯（25mL)的海藻酸鈉粉末(Cat.No.218295，MPI，lg，~0.00286molW9 均質(zhì)分散液中。海藻酸鈉分散液使用IKA Turrax t25均質(zhì)機(jī)均質(zhì)幾分鐘，直到混合物達(dá)到 約50°C。完全加入后，攪拌持續(xù)16個(gè)小時(shí)。隨后使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀移出乙酸乙酯，并且剩余物 真空干燥，固體殘余為2g。使用Turrax t25均質(zhì)機(jī)懸浮于水中的該產(chǎn)品對(duì)水性1-摩爾氯化 鋰(4L)透析(Spectra/Pro透析膜管，截留分子量12,000-14，000,Fisher Scientific)兩天 并且隨后對(duì)去離子水(4L)透析至少每天換水2次持續(xù)1星期。隨后該分散液用作鋰離子電池 的電極粘合劑。使用甲苯異氰酸酯(0.498 8,0.00286111〇1)重復(fù)該制備方法以及再次使用二 苯甲烷二異氰酸酯(0.715g，0.00286mol)替代使用六亞甲基二異氰酸酯。據(jù)信二異氰酸酯 的一個(gè)異氰酸酯基團(tuán)與氮雜-15-冠-5反應(yīng)，形成脲基團(tuán)，并且，隨后二異氰酸酯加和物的其 余異氰酸酯基團(tuán)與海藻酸鹽上的羥基基團(tuán)反應(yīng)，形成氨基甲酸酯基團(tuán)?；蛘?，羧甲基纖維 素，β-環(huán)糊精，聚乙烯醇（以及其乙酸酯共聚物)和聚丙烯酸可以用來(lái)替換反應(yīng)中的海藻酸 鈉。
[0054]聚合物上的酸基還可以與異氰酸酯基團(tuán)反應(yīng)形成酰胺連接基，這是將螯合劑/大 環(huán)系在聚合物上的另一手段。 水性制備具有系著的氨基甲基-15-冠-5的海藻酸鋰 [0055] 將水(99g)的海藻酸鈉（Ig，0.00286mol)用Turrax t25均質(zhì)機(jī)進(jìn)行均質(zhì)，直到形成 均一的分散液。然后將分散液在冰浴中冷卻至4°C。然后加入水性N-羥基磺基琥珀酰亞胺鈉 鹽（1.863g，0.00858mol)，并且內(nèi)容物攪拌30分鐘。加入新鮮制備的水性N-(三甲基-3-丙基 銨）-Ν'-乙基碳二亞胺）碘化物，[(CH 3)3N+-CH2CH2CH 2-N = C = N-CH2CH3I - ]，（I .27g， 0.00429mol)，然后將反應(yīng)混合物在4°C冰箱中攪拌1.5小時(shí)。隨后，使用pH9.2的0.2M磷酸鹽 緩沖液將溶液的pH值調(diào)節(jié)至大約7.4。然后加入2-氨基甲基-15-冠-5(0.712 8,0.00286111〇1) 的水溶液。然后將反應(yīng)溶液的PH值調(diào)節(jié)至大約7.4(用于發(fā)生偶合反應(yīng)的最佳pH值），并且在 4°C下攪拌反應(yīng)混合物24小時(shí)。然后反應(yīng)混合物對(duì)pH7.4的5-mM水性氯化鋰的磷緩沖液透析 兩天，并且然后對(duì)去離子水透析頻繁換水1星期。隨后分散液用作鋰離子電池的電極粘合 劑?；蛘撸?-氮雜-15-冠_5(0.626g，0.00286mol)可以用來(lái)替代2-氨基甲基-15-冠-5;然而， 系著反應(yīng)通常有效進(jìn)行下降。然而，聚丙烯酸可以用來(lái)替換反應(yīng)中的海藻酸鈉(或者具有其 它陽(yáng)離子，例如Li +的海藻酸鹽）。
[0056]應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明提供的范圍包括所述范圍和所述范圍內(nèi)的任意值或子范圍。例 如，從約2.0伏至約5.0伏的范圍應(yīng)當(dāng)解釋為不僅包括明確提到的約2.0伏至約5.0伏的限 制，而且包括單個(gè)數(shù)值，例如3伏，4.2伏，等等，以及子范圍，例如從約3.1伏至約3.9伏，等 等。而且，當(dāng)使用"約"描述數(shù)值時(shí)，這意味著包括與所述數(shù)值的微小變化(至多+/-10%)。
[0057]在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中，關(guān)于"一個(gè)實(shí)施例"，"另一個(gè)實(shí)施例"，"實(shí)施例"，等等，意味著結(jié) 合該實(shí)施例所述的特定要素(例如，特征，結(jié)構(gòu)，和/或特點(diǎn)）包括在至少一個(gè)本發(fā)明所述的 實(shí)施例中，并且可以或可以不出現(xiàn)在其它實(shí)施例中。此外，應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)于任何實(shí)施例，所述 的要素可以以任意合適的方式合并到多個(gè)實(shí)施例中，除非上下文另有明確說(shuō)明。
[0058]在描述和限定本文公開(kāi)的實(shí)施例時(shí)，單數(shù)形式"a"，"an"和"the"包括復(fù)數(shù)指示物， 除非上下文另有明確說(shuō)明。
[0059]盡管已經(jīng)詳細(xì)描述了幾個(gè)實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，可以對(duì)所 公開(kāi)的實(shí)施例進(jìn)行改變。因此，前面的描述應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是非限制性的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于鋰離子電池的正極，其包含： 鋰過(guò)渡金屬氧化物基活性材料； 高表面積碳；以及 具有鍵合其上的大環(huán)的反應(yīng)性粘合劑。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極，其中所述大環(huán)選自冠醚、莢醚、套索醚、杯芳烴、杯芳冠 醚或其組合。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極，其中所述大環(huán)選自ζ醚）， 7_二氮 5-5)， t醚）， 〇4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極，其中所述反應(yīng)性粘合劑是糖類(lèi)、聚（乙烯醇）、聚（乙烯 醇）的乙酸酯共聚物、聚丙烯酸、聚十一碳烯醇、聚乙烯基苯甲醇、聚十一碳烯酸或酸性纖維 素化合物的鹽。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的正極，其中所述反應(yīng)性粘合劑是糖類(lèi)，且其中所述糖類(lèi)是β-環(huán) 糊精。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的正極，其中所述反應(yīng)性粘合劑是酸性纖維素化合物的鹽，且其 中： 所述鹽是鋰鹽、鈉鹽或鉀鹽；以及 所述酸性纖維素化合物是海藻酸或羧甲基纖維素。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極，其中所述高表面積碳是乙炔黑；以及 所述鋰過(guò)渡金屬氧化物基活性材料選自LiMn2〇4、LiCo〇2、Li (Mm.5Ni〇.5)〇2、LiFeP〇4、 Li2FeP〇4F、LiNixC〇1-yM x+y02(Μ是金屬）、LixMn2-yAl y〇4及LiV2〇5。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極，其中連接基連接所述大環(huán)至所述反應(yīng)性粘合劑。9. 一種鋰離子電池，其包含： 正極，其包括： 鋰過(guò)渡金屬氧化物基活性材料； 高表面積碳；以及 具有鍵合至其上的大環(huán)的反應(yīng)性粘合劑； 負(fù)極；以及 浸泡在電解質(zhì)溶液中的多微孔聚合物隔膜，所述多微孔聚合物隔膜放置于正極和負(fù)極 之間。10. -種制備用于鋰離子電池的正極的方法，該方法包含： 通過(guò)酯、酰胺、醚或異氰酸酯連接基，使用大環(huán)對(duì)反應(yīng)性粘合劑進(jìn)行官能化，從而形成 官能化的反應(yīng)性粘合劑；以及 將所述官能化的反應(yīng)性粘合劑與鋰過(guò)渡金屬氧化物基活性材料和高表面積碳混合。
【專(zhuān)利摘要】鋰離子電池包括正極和負(fù)極。在一個(gè)實(shí)例中，用于鋰離子電池的正極包括鋰過(guò)渡金屬氧化物基活性材料和高表面積碳。正極進(jìn)一步包括具有鍵合至其上的大環(huán)的反應(yīng)性粘合劑。
【IPC分類(lèi)】H01M4/131, H01M10/0525, H01M4/62
【公開(kāi)號(hào)】CN105609704
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410642306
【發(fā)明人】I·C·哈拉萊, T·J·富勒, Z·李
【申請(qǐng)人】通用汽車(chē)環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司
【公開(kāi)日】2016年5月25日
【申請(qǐng)日】2014年9月30日
【公告號(hào)】US20150093639