[发明专利]复合材料

说明书

本发明公开了一种可用于制备电化学电池电极的可渗透复合材料，复合材料包括：设有孔的支撑物；以及沉积在支撑物的多个孔中的碱金属。本发明还公开了一种包括复合材料的电极，复合材料的制备方法，以及包括电极的电池和电池组件。

技术领域

本发明涉及一种可用于制备电化学电池电极的复合材料，更具体地说，本发明非特定地涉及一种可渗透复合材料、复合材料的制备方法、可用于包括复合材料的电池的电极，以及包括电极的电极组件或电池。

背景技术

石墨和碳的其他同素异形体为电池电极中使用最广泛的材料。但是，近年来，人们的注意力已转向了硅、硅碳复合材料以及锂等电极材料的发展。众所周知，碱金属，尤其是锂，具有所有已知电极材料中最高的比能量，使其成为电池电极材料中很有前途的材料。

当在电池的负极中使用金属锂时，可以在对应的正极中使用多种活性材料，包括非锂化的二氧化锰、二氧化钒，以及硫、磷、硒等元素。

此外，使用金属锂作为负极可以显著增加电池的比能量。例如，在使用磷酸锂作为正极的电池中，用金属锂电极代替石墨负极能使电池的比能量增加30％。

在电极中使用金属锂存在一些缺点：金属锂是一种非常柔软的塑性材料，可以通过压制、挤出和压延方式塑造成型，但是，在电极制造过程中处理金属锂是一项具有挑战的任务，因为其会紧密附着在涉及的许多结构材料上。因为金属锂机械强度低和非常柔软，所以很难防止金属锂弯曲和撕裂。

一旦组装成电化学电池，在电池充电过程中，金属锂很容易形成枝晶。枝晶是在电极表面附近形成的精细分散的锂微纤维或锂微部，基本上被排除参与电池中发生的电化学过程，因此降低了电池的比能量。在某些情况下，枝晶甚至可以到达相对的电极，导致潜在的电池短路风险。

与枝晶形成相关的另一个问题是电解液被锂过度还原，会导致金属锂电极钝化和需要增加电解液，从而降低了电池的比能量。

对小型化、在不需要充电的情况下可以更长时间提供电力的电池的需求一直存在。特别地，这类电池在便携式电子设备(如智能电话和平板电脑)中非常受欢迎，因为它们设计更灵活、更紧凑，且能改善设备的性能。为了满足这一需求，有必要提供可增加电池比能量的方法。

通过尽可能地降低电极中金属锂的总质量，同时保持电池的电容量，可以增加电池的比能量，通常可以通过压延以减小锂箔的厚度来实现。但是，由于金属锂的机械性能差，此技术只适用于将锂箔的厚度加工至100μm。

WO 2013/121164揭示了一种通过引入聚合物网作为强化材料来改善金属锂的机械性能的方法：将一层聚丙烯放置在两层锂箔之间，通过压延将各层材料压在一起，可以制备厚度约为60μm的电极。

但是，使用这种方法制备电极仍存在一些技术难题，例如锂箔的处理。此外，这些电极的电化学特性仍有改进空间。

本发明的目的在于：解决上述问题中的至少一个问题，或者解决与现有技术相关的其他问题。

发明内容

本发明提供了一种可用于电极的复合材料，复合材料包括：设有孔的支撑物；以及沉积在支撑物上的碱金属。

根据本发明的第一个方面，提供了一种可渗透复合材料，特别是一种可用于(制造或形成)电化学电池电极的复合材料，复合材料包括：设有孔的支撑物；以及沉积在支撑物的多个孔中的碱金属。

经研究发现，这种复合材料用作电化学电池的电极时可以提供理想的电化学性能。如果不希望受理论的约束，与不渗透材料相比，可渗透复合材料为电化学反应提供了改进的条件，使电化学反应在电极的两侧同样执行，使得复合材料在电极中或作为电极被高效地使用，并且改善完整的电化学系统的电化学行为，例如延长循环寿命和增加能量密度。