[发明专利]锂基电池电极

说明书

一种正电极的示例包括硫基活性材料颗粒、包封所述硫基活性材料颗粒的碳涂层以及形成在所述碳涂层的表面上的结构涂层。所述结构涂层选自包括金属氧化物复合结构、混合的碳和金属氧化物的复合结构及聚合物结构的涂层的组。

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年8月21日提交的美国专利临时申请序号61/868,370的权益，所述美国专利临时申请通过引用整体地结合于本文中。

技术领域

本发明涉及锂基电池电极。

背景技术

二次或可再充电的锂硫电池或锂离子电池通常被用于许多固定的和便携式的装置中，例如在消费电子、汽车和航空航天工业中遇到的那些。由于各种原因，锂系电池已经得到普及，这些原因包括相对高的能量密度、与其他类型的可再充电电池相比一般不出现任何记忆效应、相对低的内阻以及在不使用时的低自放电率。锂电池在其有效寿命期间承受反复功率循环(power cycling)的能力使它们成为有吸引力的和可靠的电源。

发明内容

正电极的一个示例包括硫基活性材料颗粒、包封硫基活性材料颗粒的碳涂层以及在碳涂层的表面上形成的结构涂层。所述结构涂层选自包括金属氧化物复合结构、混合的碳和金属氧化物复合结构以及聚合物涂层的组。

附图说明

通过参考下面的详细描述和附图，本公开的示例的特征和优点将变得显而易见，在附图中，相同的附图标记对应于相似但也许不相同的部件。为简明起见，附图标记或具有先前描述的功能的特征可能或可能不结合其中出现它们的其他附图来描述。

图1是根据本公开的一个示例的正电极的示例、根据本公开的一个示例的负电极的示例以及位于其间的分隔件的示意性剖视图；

图2是示出了充电和放电状态的锂硫电池的示例的示意性透视图，所述电池包括本文所公开的正电极的示例；

图3是用于涂覆颗粒或电极的系统的示例的示意图；

图4是用于涂覆颗粒或电极的工业原子层沉积(ALD)单元的示意图；

图5是图示了包括本文所公开的涂覆电极的示例的纽扣电池的放电和充电容量(mAh/g)及库仑效率(Coulombic efficiency)的示图；以及

图6是图示了对于包括本文所公开的涂覆电极的示例的纽扣电池在若干循环期间的电化电势对Li⁺/Li^-(Y轴)相对比容量(specific capacity)(mAh/g)的示图。

具体实施方式

锂硫电池和其他锂离子电池一般通过在负电极(有时称为阳极)和正电极(有时称为阴极)之间可逆地传递锂离子来操作。负电极和正电极位于用适于传导锂离子的电解质溶液浸透的多孔聚合物分隔件的相对侧上。电极中的每一个还与相应的集流器相关联，所述集流器通过允许电流在负电极和正电极之间传递的可中断外部电路连接。

已发现锂硫电池的生命周期可受到多硫化物(例如，多硫化锂中间体(lithiumpolysulfide intermediate)，Li₂S_x，其中，2<x<8)在电池放电过程期间从硫阴极通过多孔聚合物分隔件到阳极的迁移、扩散或穿梭运动限制。在阴极处产生的多硫化物在电解质中可溶解，并且能够迁移到阳极(例如，锂电极)，在那里，它们以寄生(parasitic)的方式与阳极反应以产生较低阶的多硫化物。这些多硫化物扩散回到阴极并且再生成较高形式的多硫化物。作为结果，发生了穿梭效应(shuttle effect)。这种效应导致硫利用率降低、自放电、循环能力差以及电池的库伦效率降低。据信即使阳极处的少量的多硫化物(例如，Li₂S)也能永久地结合到负电极，并且导致活性锂在阳极处的寄生损失，这会阻止可逆电极操作并且降低锂硫电池的使用寿命。