[发明专利]电极的保护层

说明书

提供了包括用于保护电化学电池中的电极的层的制品和方法。如本文所述的层如电极保护层可包含许多粒子(例如结晶无机粒子、非晶无机粒子)。在一些实施方案中，所述许多粒子(例如无机粒子)的至少一部分互相熔结。例如，在一些实施方案中，该层可通过气溶胶沉积或涉及对粒子施以相对较高的速度以在沉积过程中发生粒子熔结的另一合适的方法形成。在一些实施方案中，该层(例如包含许多粒子的层)是离子导电层。

领域

提供了包括例如用于保护电化学电池中的电极的离子导电层的制品和方法。

背景

降低锂-(或其它碱金属-或碱土金属-)基电池中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的反应而在电池循环过程中消耗电解质。为了最大限度减少或基本防止这种反应并因此提高电池的循环寿命，理想地是将金属锂与电解质隔离。这通常涉及使用涂布在金属锂表面上的锂离子导电材料层。这种材料允许锂离子向和从金属锂表面扩散，同时防止电解质接触锂表面，因此防止锂和电解质之间的任何副反应。尽管已经制造某些保护结构，但用于锂和其它碱金属电极的保护结构的改进是有益的并可用于涉及使用此类电池和电极的许多不同的领域。

概述

提供包括用于保护电化学电池中的电极的离子导电层的制品和方法。在某些实施方案中，提供电极结构和/或制造电极结构的方法，其包括包含锂金属或锂金属合金的阳极和包含许多本文所述的粒子(例如熔结无机粒子)的离子导电层。本文中公开的主题在一些情况下涉及相关产品、对特定问题的备选解决方案和/或一种或多种系统和/或制品的许多不同的用途。

在一组实施方案中，提供一系列制品。在一个实施方案中，用于电化学电池中的制品包含第一层和布置在第一层上的第二层，其中第二层包含许多粒子，且其中第二层是基本上无孔的。所述许多粒子包含离子导电材料。所述许多粒子的至少一部分至少部分嵌在第一层内。所述许多粒子的至少一部分互相熔结。第二层具有大约10^-6S/cm至大约10^-2S/cm的离子电导率。第二层具有大约0.5微米至大约50微米的平均厚度。

在另一实施方案中，用于电化学电池中的制品包含第一层和布置在第一层上的第二层，其中第二层包含离子导电材料和非离子导电材料。至少一部分离子导电材料是结晶的。所述离子导电材料以大于第二层的85重量％的量存在于第二层中。第二层具有大约10^-6S/cm至大约10^-2S/cm的离子电导率。第二层具有大约0.5微米至大约50微米的平均厚度。

在另一组实施方案中，提供电化学电池。在一个实施方案中，电化学电池包含第一层和布置在第一层上的第二层，其中第二层包含许多具有大于0.5微米的粒度的粒子，其中所述许多粒子包含离子导电材料。第二层具有大约10^-6S/cm至大约10^-2S/cm的离子电导率。第二层具有大约0.5微米至大约50微米的平均厚度。所述电化学电池还包括液体电解质。第二层对所述液体电解质基本不可透。

在另一组实施方案中，提供一系列方法。在一个实施方案中，提供一种形成用于电化学电池中的制品的方法。所述方法包括使包含第一材料的第一层暴露于具有至少400m/s的速度的许多粒子，其中所述粒子包含不同于第一材料的第二材料。所述方法还涉及使至少一部分所述粒子嵌在第一层中，和形成包含第二材料的第二层，其中第二层具有大约10^-6S/cm至大约10^-2S/cm的离子电导率。

在另一实施方案中，一种形成用于电化学电池中的制品的方法包括使包含第一材料的第一层暴露于具有足以使至少一些粒子熔结的速度的许多粒子，其中所述粒子包含第二材料。所述方法涉及使至少一部分所述粒子嵌在第一层中，和形成包含第二材料的第二层，其中第二层具有大约10^-6S/cm至大约10^-2S/cm的离子电导率。