[发明专利]具有耐腐蚀性增强的集电器的电化学器件

说明书

本发明公开了一种电化学器件或光‑电化学器件，其包含：含有在后文中被称为TFSI^‑的双三氟甲磺酰亚胺阴离子的电解质；至少两个电极，每个这些电极与包含金属支持物的集电器相接触，其特征在于至少一个电极具有集电器，所述集电器的金属支持物包含用直链或支链含氟碳链例如全氟烷基链以分子层形式官能化的电活性表面，这提高了所述官能化表面与非官能化表面相比的耐腐蚀性，其中不损害电子在所述电极与其集电器之间的通过，所述官能化表面位于所述电极与其集流体之间的界面处。

技术领域

本发明涉及储能器件，锂离子、钠离子、镁离子、钙离子或铝离子电池，被称为超级电容器的电化学电容器，锂离子或钠离子电容器，介于电池与超级电容器之间的混合式器件，光电池或电致变色器件的领域。

更具体来说，本发明适用于被包含在这些电池或器件中的集电器的领域。

背景技术

在这些器件或电池中，集电器通常包含金属、大多数是基于铝的片材，以提供与电解质的电连接。

集电器是金属支持物，其功能是向电化学器件或光-电化学器件内的电极提供电子或从所述电极收获电子。

在其中固体或液体电解质包含高导电性盐例如三氟甲磺酰亚胺阴离子(TFSI^-)的器件或电池、特别是可充电锂电池中，常常在几个循环后或在高电势下观察到腐蚀。这主要是被称为点状腐蚀的局部腐蚀，其在集电器的金属中产生小孔，改变其性质并损害其效率，并因此损害所述电池或器件的效率。

为了减弱或至少限制所述点状腐蚀，已提出了几种方法。

第一种方法是修改与集电器相接触的电解质组成。已做出大量尝试，其中包括：

-提高锂离子电池的电解质中LiTFSI的浓度(Kazuaki Inoue等，“通过使用高浓度LiTFSI抑制铝的腐蚀”(Suppression of aluminum corrosion by using highconcentration of LiTFSI)，Journal of Power Sources,vol.231,pp.234-238,2013)；

-在所述LiTFSI电解质中掺入纳米粒子，例如二氧化硅烟纳米粒子(Yangxing等，“使用气相法二氧化硅纳米粒子减弱LiTFSI电解质中铝集电器的腐蚀”(Attenuation ofaluminum current collector corrosion in LiTFSI electrolytes using fumedsilica nanoparticles)，Electrochemical and Solid-State Letters,vol.7,pp.A228-A230,2004)；

-在主要含有LiTFSI作为锂盐的电解质中添加少量LiPF₆(Mouad Dahbi等，“EC/DMC LiTFSI和LiPF₆电解质用于电化学储存的比较研究”(Comparative study of EC/DMCLiTFSI and LiPF₆electrolytes for electrochemical storage)，Journal of PowerSources,vol.196,pp.9743-9750,2011)；

-在电解质中使用离子液体代替经典的有机碳酸酯溶剂(碳酸亚乙酯EC、碳酸二乙酯DEC、碳酸二甲酯DMC)(C.Peng等，“Al集电器在1-烷基-3-甲基咪唑鎓双[(三氟甲基)磺酰基]酰胺离子液体电解质中的负极行为”(Anodic behavior of Al current collectorin1-alkyl-3-methylimidazolium bis[(trifluoromethyl)sulfonyl]amide ionicliquid electrolytes)，Journal of Power Sources,no.173,pp.510-517,2007)。