[发明专利]电极，具有电极的电化学储能器和电极的制造方法

说明书

本发明涉及一种具有催化剂层(2.2)的用于电化学储能器(1)的电极(2)，包括导电基质和嵌入所述导电基质的化学活性材料。根据本发明，所述催化剂层(2.2)配设有保护涂层(2.3)，所述保护涂层至少包括金属氧化物和甲硫氨酸。本发明还涉及一种包括至少一个这种电极(2)的电化学储能器(1)，以及一种制造这种电极(2)的方法。

技术领域

本发明涉及的是根据权利要求1的前序部分所述的一种用于电化学储能器的电极。本发明还涉及一种具有这种电极的电化学储能器。本发明还涉及一种制造这种电极的方法。

背景技术

用于电化学储能器的电极已在现有技术中为人所知。例如在DE 11 2014003358T5中描述过一种用于锂硫电池的正电极，其包括由硫基活性材料构成的颗粒，和封装由硫基活性材料构成的颗粒的碳涂层。这种正电极还包括构建在碳涂层的表面上的结构涂层。这个结构涂层选自由以下构成的群组：由金属氧化物复合材料构成的结构涂层、由混合的碳与金属氧化物复合材料构成的结构涂层，和聚合物结构涂层。

DE 10 2013 222 145 A1也描述过一种锂硫电池，其包括含固态锂的阳极和含硫化合物的具有金属氧化物涂层的阴极。

发明内容

本发明的目的是提供一种相对现有技术有所改进的电极、一种改进型电化学储能器和一种适于制造这种电极的方法。

就所述电极而言，本发明用以达成上述目的的解决方案为权利要求1所述的特征。就所述电化学储能器而言，本发明用以达成上述目的的解决方案为权利要求7所述的特征。就所述方法而言，本发明用以达成上述目的的解决方案为权利要求9所述的特征。

本发明的有利技术方案参阅从属权利要求。

一种具有催化剂层的用于电化学储能器的电极，包括导电基质和嵌入所述导电基质的化学活性材料。所述导电基质例如为多孔且机械柔性的碳结构。例如将导电性能良好的石墨或炭黑用作该碳结构。作为化学活性材料，例如将硫嵌入该导电基质。这里的化学活性材料指的是某种材料，其在电极工作过程中，特别是在包括该电极的电化学储能器工作过程中会发生氧化或还原。

根据本发明，所述催化剂层配设有保护涂层，所述保护涂层至少包括金属氧化物和甲硫氨酸。

借助该保护涂层来防止化学活性材料脱离导电基质。化学活性材料脱离导电基质可能发生在电化学储能器的放电过程中，其中化学活性材料的在上一充电过程中未完全元素化(如转化为元素硫)的短链和/或长链聚合性化合物，特别是聚硫，会从催化剂层排出，并通过电解质迁移至对电极。在对电极上，这些聚合性化合物会与对电极的化学活性材料(如锂)发生反应并可能形成某个层，该层大幅减小电化学储能器的容量和使用寿命。此外，整合在电极的导电基质中的化学活性材料会逐步减少，电极与对电极间发生短路的风险显著提高。

包括甲硫氨酸和至少一个金属氧化物的保护涂层仅针对某些离子(如锂离子)可透，但并非针对该化学活性材料的聚合性化合物(如聚硫)可透。从而确保只有与电极进行共同作用的对电极的化学活性材料(如锂)才能通过该保护涂层，电极的化学活性材料停留在该电极的催化剂层中。

也被称作2-氨基-4-甲基巯基丁酸的甲硫氨酸是含硫的蛋白质氨基酸，且因其极佳的化学稳定性而适于在电极中用作保护涂层的组成部分。所述至少一个金属氧化物(如氧化铝)为某个金属元素(如铝)的氧化物且具有电绝缘特性。所述至少一个金属氧化物具备离子选择性并且针对某些离子(如锂离子)可透。通过将孔径规定为小于2微米且层厚大于3.5微米来实现这一点。此外，所述金属氧化物相对电解质而言化学稳定，该电解质作为对电极的化学活性材料的传输介质布置在电极与对电极之间。基于所述保护涂层的半透性，所述电解质至少部分地进入所述保护涂层。甲硫氨酸和金属氧化物均在电解质的影响下基本化学稳定，因而在电化学储能器工作过程中，保护涂层的功能保持不变。