[发明专利]制造包括基于含氟聚合物的固体电解质界面层电极的方法

说明书

一种制造电极的方法包括将含氟聚合物膜施加到锂基主体材料上，通过加热使含氟聚合物膜脱氟以产生具有固体电解质界面(SEI)层的锂电极，所述固体电解质界面(SEI)层包括脱氟含氟聚合物和至少约5重量％的LiF。含氟聚合物可包括氟化乙烯丙烯、全氟烷氧基烷烃、偏二氟乙烯和全氟甲基乙烯基醚与四氟乙烯的共聚物中的一种或多种。含氟聚合物可包括一种或多种氟化单体，包括六氟丙烯、四氟乙烯、乙烯‑四氟乙烯、全氟醚和偏二氟乙烯。脱氟含氟聚合物的‑CF₃官能团可占SEI层的约3重量％至约10重量％。SEI层可包括约30重量％至约50重量％的LiF。所述方法可以包括通过在阴极和电极之间设置电池隔板，并将电池隔板、阴极和电极设置在电解质中来组装电池单元。

引言

锂离子电池描述了一类可充电电池，其中锂离子在负电极(即阳极)和正电极(即阴极)之间移动。液体、固体和聚合物电解质可以促进锂离子在阳极和阴极之间的移动。锂离子电池由于其高能量密度和经历连续充电和放电循环的能力而在国防、汽车和航空航天应用中日益普及。Li金属电极的大体积变化和高反应性会导致“苔藓”锂结构和/或锂枝晶生长，这会降低这种锂离子电池的循环效率和应用。

发明内容

提供了制造电极的方法。所述方法包括提供包括集电器和施加到其上的锂基主体材料的电极，将包括一种或多种含氟聚合物的含氟聚合物膜施加到锂基主体材料的暴露表面，并通过加热使含氟聚合物膜脱氟以产生具有固体电解质界面(SEI)层的锂电极，其包括脱氟含氟聚合物和至少约5重量％的LiF。一种或多种含氟聚合物可包括氟化乙烯丙烯(FEP)、全氟烷氧基烷烃(PFA)、偏二氟乙烯(THV)和全氟甲基乙烯基醚与四氟乙烯(MFA)的共聚物中的一种或多种。含氟聚合物膜可包括选自由氟化乙烯丙烯(FEP)、全氟烷氧基烷烃(PFA)、偏二氟乙烯(THV)和全氟甲基乙烯基醚与四氟乙烯(MFA)的共聚物构成的群组的一种或多种含氟聚合物。一种或多种含氟聚合物可包括一种或多种氟化单体，其中氟化单体包括六氟丙烯、四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯、全氟醚和偏二氟乙烯。一种或多种含氟聚合物的-CF₃官能团可以是施加于锂基主体材料的含氟聚合物膜的至少约10重量％。一种或多种脱氟含氟聚合物的-CF₃官能团可占SEI层的约3重量％至约10重量％。SEI层可包括约30重量％至约50重量％的LiF。锂基主体材料可包括至少约50重量％的锂。加热可以在低于锂基主体材料的熔点下发生。所述方法还可以包括从随后施加含氟聚合物膜的锂基主体材料的暴露表面去除天然钝化层。

还提供了制造电池单元的方法。所述方法包括提供包括集电器和施加到其上的锂基主体材料的阳极，将包括一种或多种含氟聚合物的含氟聚合物膜施加到锂基主体材料的多个暴露表面，通过加热使含氟聚合物膜脱氟以产生具有固体电解质界面(SEI)层的锂阳极，所述固体电解质界面(SEI)层包括脱氟含氟聚合物和至少约5重量％的LiF，并随后组装电池单元。可以通过在阴极和锂阳极之间设置电池隔板，并将电池隔板、阴极和锂阳极设置在电解质中来组装电池单元。电解质可以是液体电解质。施加可以在真空和/或惰性气氛中进行。可以通过基于等离子体的工艺将一种或多种含氟聚合物施加到锂基主体材料的多个暴露表面，并且可以在施加期间至少部分地发生加热。所述方法还可以包括在施加之前从锂基主体材料中去除天然钝化层，其中在施加期间发生的加热实现含氟聚合物膜的合适程度的脱氟。所述方法还可包括在脱氟之前在非惰性环境中施加、运输和/或储存锂阳极。可以通过热蒸发或电子束蒸发将一种或多种含氟聚合物施加到锂基主体材料的多个暴露表面上。锂基主体材料的多个暴露表面均可包括钝化层，并且在施加之前不去除多个钝化层。一种或多种含氟聚合物的-CF₃官能团可以是施加于锂基主体材料的含氟聚合物膜的至少约10重量％。SEI层可包括约30重量％至约50重量％的LiF。

根据示例性实施例的以下详细描述和附图，示例性实施例的其他目的、优点和新颖特征将变得更加清楚。

附图说明

图1示出了根据一个或多个实施例的锂电池单元；

图2示出了根据一个或多个实施例的混合动力电动车辆的示意图；