[发明专利]电解质的分离

说明书

技术领域

本发明一般性涉及锂电池，更具体涉及锂电池内电解质组合物的分 离。

背景技术

近年来，对于具有含锂阳极的高能量密度电池的开发存在极大的兴 趣。这种类型的典型可充电电池包括以锂金属作为活性阳极物质或以锂 插层化合物(intercalation compound)作为活性阳极物质的阳极。许多 这种电池包括含有硫作为活性阴极物质的阴极。

在对这类可充电电池充电时，阳极处锂离子被还原成锂金属，同时 在阴极处硫化锂物质被氧化形成硫。该过程中生成的硫与限定部分阴极 的其他硫结合。锂离子被释放进入连接阴极与阳极的电解质中。放电时， 阳极处锂金属被氧化成锂离子，该锂离子被释放进电解质中，同时在阴 极处锂离子和硫参与还原反应而形成硫化锂物质。

这种类型的电池在重量和能量密度方面特别吸引人，尤其是含锂金 属作为活性阳极物质的那些电池。锂金属阳极或主要包含锂金属的阳极 提供了构建重量较轻并且其能量密度比诸如锂离子、镍金属氢化物或镍 -镉电池等电池更高的电池的机会。这些特征对于因重量轻而具备高价 值的便携式电子装置如蜂窝式电话和膝上型计算机所用的电池来说是 高度期望的。

如上所述，多硫化锂物质(在本文中也称“多硫化物”)对于这类电池 的化学过程起作用。放电时，在硫阴极处的还原反应过程中形成多硫化 锂物质，其中涉及来自电解质的锂离子。正如所熟知的，这种类型的电 池中可能存在穿梭机制，其中涉及硫化锂从含更多硫的高价物质向含较 少硫的低价物质如Li₂S的氧化和还原。

在一些这种类型的可充电锂电池中，对于阳极和阴极使用单一电解 质并不是最优的，例如可获得高硫阴极性能但以锂阳极的循环能力和稳 定性为代价。例如，为获得更好的硫阴极性能、倍率性能(rate capability) 和硫利用率，可选择能够溶解高浓度多硫化物的适宜电解质。但是，除 了电解质中溶解的多硫化物以外，这样的电解质可能导致锂阳极腐蚀。 另一方面，当使用对锂阳极的反应性较低的电解质时，多硫化物在这类 电解质中的溶解度可能相当低。这可能导致不溶的多硫化物(即“板岩 (slate)”)在阴极处积聚，这可能导致器件性能劣化和/或器件寿命缩短。 因此需要涉及对阳极和阴极均有利的电解质的方法和器件。

发明内容

本发明提供涉及包括锂电池在内的电化学装置中的电解质组合物 分离的方法和制品。

在一个实施方案中，提供一种锂电池。所述锂电池包括含有锂(例如， 锂金属、锂插层化合物或锂合金)作为活性阳极物质的阳极、包含由阴 极集电器支承的活性阴极物质的阴极、和在阳极与阴极集电器之间的非 均相电解质。该非均相电解质包含第一电解质溶剂和第二电解质溶剂， 其中，在使用中，第一电解质溶剂不均衡地存在于阳极处，第二电解质 溶剂不均衡地存在于阴极处，其中第二电解质溶剂包含至少一种与阳极 发生不利反应的物质。

在另一实施方案中，提供一种形成锂电池的方法。所述方法包括提 供包含锂(例如，锂金属、锂插层化合物或锂合金)作为活性阳极物质的 阳极、在阳极上沉积包含聚合物和第一电解质溶剂的混合物、阴极设置 为使所述混合物位于阳极和阴极之间、使阴极暴露于第二电解质溶剂、 和使至少部分的第一和第二电解质溶剂在所述电池内分隔开。

在另一实施方案中，提供一种操作锂电池的方法。所述方法包括操 作锂电池使之包括含有锂(例如，锂金属、锂插层化合物或锂合金)作为 活性阳极物质的阳极、阴极和包含至少第一和第二电解质溶剂的电解 质，并将至少部分的第一和第二电解质溶剂分隔开以使第一电解质溶剂 不均衡地存在于阳极处，而第二电解质溶剂不均衡地存在于阴极处，其 中第二电解质溶剂包含至少一种与阳极发生不利反应的物质。

在另一实施方案中，提供一种形成锂电池的方法。所述方法包括提 供包含锂(例如，锂金属、锂插层化合物或锂合金)作为活性阳极物质的 阳极和在阳极上沉积聚合物层。聚合物层可暴露于第一电解质溶剂。阴 极可邻近阳极设置，以使聚合物层位于阳极和阴极之间。然后，可使阴 极暴露于第二电解质溶剂。至少部分的第一和第二电解质溶剂可在所述 电池内分隔开。