[发明专利]用于在电化学电池中使用的电解质材料

说明书

相关申请

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2010年8月24日提交的、并且标题为“用于在电化学电池中使用的电解质材料”的美国临时专利申请序列号61/376,559的优先权，出于所有目的，该申请通过引用以其全部内容结合在此。

发明领域

在此总体上描述了用于在电化学电池中使用的电解质材料、包含这些电解质材料的电化学电池、以及制作这类材料和电池的方法。在一些实施方案中，在此所述的这些材料、方法以及用途涉及包含硫和锂的电化学电池，例如像锂硫电池组。

背景

含锂化合物的电池以及含这类电池的电池组是用于存储能量的现代化手段。它们在容量和使用期方面胜过常规的二次电池组，并且在许多时刻可以避免使用毒性材料，如铅。然而，与常规的基于铅的二次电池组相比，各种技术问题还未得到解决。

基于以锂化金属氧化物（如LiCoO₂、LiMn₂O₄以及LiFePO₄）为基础的阴极的二次电池组是广为所知的，参见，例如EP1296391A1和US6,962,666以及其中引用的专利文献。虽然其中提及的电池组显示出有利的特点，但它们在容量方面是有限的。为此，已经做出大量尝试以改进这些电解质材料。特别有前景的是所谓的锂硫电池组。在这类电池组中，锂将被氧化并被转化成硫化锂类，如Li₂S_8-a，a是范围从0至7的数字。在再充电过程中，将再生锂和硫。这类二次电池具有高容量的优点。

锂硫电池组的一个具体问题是热散逸，热散逸可以在介于例如150°C至230°C的高温下观察到并且导致该电池组的完全破坏。已经建议各种方法来阻止这种热散逸，如用聚合物涂布电极。然而，这些方法通常导致容量上的大幅减少。已经将容量损失归于（除此之外）再充电过程中的锂枝状晶体的形成、由可溶的硫化锂类（如Li₂S₃、Li₂S₄或Li₂S₆）的形成所引起的硫损失、充电或放电过程中的多硫化物穿梭（shuttle）、体积变化、以及其他。

在WO2008/070059中，对于用于锂硫电池组的涂层电极披露了各种材料。然而，热散逸问题尚没有得到圆满解决。

发明概述

在此提供了用于在电化学电池中使用的电解质材料、包含这些电解质材料的电化学电池、以及制作这类材料和电池的方法。本发明的主题，在一些情况下包括相关联的产品、具体问题的替代解决方案，和/或一种或多种系统和/或物品的多种不同用途。

在一方面，提供一种电化学电池（例如，锂电池组）。在一些实施方案中，该电化学电池（例如，锂电池组）包括包含锂作为阳极活性物质的阳极；包含阴极活性物质、可被阴极集电器支持的阴极；以及包含定位在该阳极与该阴极之间的非流体材料和被该非流体材料吸收的辅助材料的电解质，该非流体材料具有与该阳极的表面相接触的表面。在一些实施方案中，该非流体材料，与所吸收的辅助材料结合，具有比锂金属的屈服强度大的屈服强度。

在一些实施方案中，该电化学电池包括包含锂作为阳极活性物质的阳极；包含阴极活性物质的阴极；以及包含非流体材料的电解质，其中当该电化学电池被配置来使用时，该电解质具有比锂金属的屈服强度大的屈服强度。

在一些实施方案中，该电化学电池包括：

(A)含有硫的电极

(B)含有锂或锂合金的电极，

(C)至少一种选自聚醚砜类的有机(共)聚合物，所述聚醚砜处于凝胶状态，

(D)至少一种有机溶剂，以及

(E)至少一种锂盐。

在一些实施方案中，该电化学电池包括包含锂作为活性阳极物质的阳极；包含阴极活性物质的阴极；以及包含非流体材料的电解质，其中该电解质被配置成使得该电化学电池可以在高达约130°C的温度下循环，而不经历热散逸。

在一些实施方案中，描述了用于制作一种电化学电池的方法。用于制作该电化学电池的方法可以包括提供锂或锂合金，该锂或锂合金可被沉积在基底上；将至少一种聚醚砜在有机溶剂中的溶液沉积在所述锂或锂合金上；将聚醚砜的残余溶剂含量调整至范围为按重量计从0.01%至25%；并且用至少一种锂盐在至少一种有机溶剂中的溶液处理所述沉积的聚醚砜。