[发明专利]用于电化学电池的离子传导复合材料

说明书

提供了包括用于保护电化学电池中的电极的复合层的制品和方法。在一些实施方案中，所述复合层包含聚合物材料和多个颗粒。

技术领域

提供了包括用于保护电化学电池中的电极的复合层的制品和方法。

背景技术

降低基于锂(或其他碱金属或碱土金属)的电池的循环寿命的因素之一是由于电极中存在的金属锂与电解质反应而在电池循环期间消耗电解质。为了使该反应最小化或基本上防止该反应并因此增加电池的循环寿命，期望将金属锂与电解质隔开。这通常涉及使用涂覆在金属锂表面上的锂离子传导材料层。该材料允许锂离子扩散到金属锂表面以及从金属锂表面扩散，同时阻止电解质以基本上防止该反应。虽然已制造了某些保护结构，但是对于锂和其他碱金属电极的保护结构的改进将是有益的并且将应用于涉及使用这种电池和电极的多个不同领域。

发明内容

提供了包括用于保护电化学电池中的电极的复合层的制品和方法。在一些情况下，本发明的主题涉及相关产品、具体问题的替代解决方案和/或一个或更多个系统和/或制品的多种不同的用途。

在一组实施方案中，提供了一系列用于电化学电池的电极。在一个实施方案中，电极包含电活性层和与电活性层相邻的复合层，该电活性层包含电活性材料。复合层包含聚合物材料和嵌入聚合物材料内的多个颗粒，其中多个颗粒的最大截面尺寸大于复合层内聚合物材料的平均厚度。多个颗粒中的至少一部分与电活性层直接接触。复合层对于电活性材料的离子具有传导性。

在另一个实施方案中，用于电化学电池的电极包含电活性层和复合层，该电活性层包含电活性材料，该复合层具有第一表面和第二表面，第一表面与电活性层相邻，复合层包含聚合物材料。多个颗粒嵌入复合层的聚合物材料内，其中多个颗粒的至少一部分在复合层的第一表面处与电活性层直接接触。多个颗粒中的至少一部分在复合层的第二表面处暴露出来。复合层对电活性材料的离子具有传导性。

在另一个实施方案中，提供了用于在充电或放电之前的电化学电池的电极。电极包含电活性层，该电活性层包含电活性材料，其中电活性层的表面的峰谷粗糙度(Rz)小于或等于约1微米。电极还包括与电活性层相邻的复合层，复合层包含聚合物材料和嵌入聚合物材料内的多个颗粒。

在一组实施方案中，提供了一系列方法。在一个实施方案中，制造电极的方法包含用聚合物材料涂覆包含电活性材料的电活性层的表面，以及将多个颗粒放置到聚合物材料的表面的至少一部分上。该方法包括将外部压力施加到多个颗粒以使多个颗粒的至少一部分嵌入聚合物材料中，从而形成复合层。多个颗粒中的至少一部分与电活性层直接接触。复合层对电活性材料的离子具有传导性。

当结合附图考虑时，本发明的其他优点和新特征将由以下本发明的多个非限制性实施方案的详细描述而变得显而易见。在本说明书和通过引用并入的文件包括冲突和/或不一致的公开内容的情况下，以本说明书为准。如果通过引用并入的两个或更多个文件相对于彼此包括冲突和/或不一致的公开内容，则以生效日期靠后的文件为准。

附图说明

将参照附图通过示例的方式来描述本发明的非限制性实施方案，附图为示意性的并且不旨在按比例绘制。在附图中，所示出的每个相同或几乎相同的组件通常由单一附图标记表示。为了清楚起见，在不需要举例说明来使本领域普通技术人员理解本发明的情况下，没有在每幅图中标注出每个组件，也没有示出本发明各实施方案的每个组件。在附图中：

图1A是根据一组实施方案的沉积在下面的电活性材料层上的保护层的示意图；

图1B是根据一组实施方案的沉积在下面的电活性材料层上的保护层的另一示意图；

图2A至2B是根据一组实施方案的用于制造电极结构的方法的示意图；

图3A示出了根据一组实施方案的保护层的平铺视图SEM图像；

图3B示出了根据一组实施方案的保护层的截面视图SEM图像。

具体实施方式