[发明专利]锂阳极装置堆叠制造

说明书

提供了金属电极、更具体地含锂阳极、包括前述的含锂电极的诸如二次电池组的高性能电化学装置、及其制造方法，在一个实现方式中，提供了阳电极结构。阳电极结构包含：包含铜的集电器、在集电器上形成的锂金属膜、在锂金属膜上形成的铜膜、和在铜膜上形成的保护膜。保护膜是选自包含下列材料的群组的锂离子传导膜：锂离子传导陶瓷、锂离子传导玻璃、或离子传导液晶。

技术领域

本文描述的实现方式通常涉及金属电极、更具体地含锂阳极、包括前述的含锂电极的诸如二次电池组的高性能电化学装置、及其制造方法。

背景技术

可充电的电化学存储系统目前对于日常生活的许多领域变得越来越有价值。诸如锂离子(Li-离子)电池组之类的高容量电化学能量存储装置的应用领域数量不断增多，包括便携电子、医学、运输、连网大型能量存储器、可再生能量存储器、和不间断电源(UPS)。传统的铅/硫酸电池组经常缺乏电容，并且对于这些不断增长的应用常常循环不充分。然而，认为锂离子电池组具有最好的机会。

通常，锂离子电池组出于安全原因不含有任何金属锂，而是使用石墨材料作为阳极。然而，使用处于充电状态的石墨可以充电直至极限组成LiC6，与使用金属锂相比，导致非常低的容量。目前，本行业正在从基于石墨的阳极转向掺硅石墨，用于增加能量电池密度。然而，掺硅石墨阳极具有第一循环容量损失的缺点。因此，需要锂金属沉积来补充掺硅石墨阳极的第一循环容量损失。然而，锂金属面临数个装置集成挑战。

锂是碱金属。类似于第一主族的重元素同系物，锂的特征是与各种物质具有强烈反应性。锂与水、醇和含有质子氢的其它物质剧烈地反应，这经常导致点燃。锂在空气中不稳定，且与氧、氮和二氧化碳反应。锂常规上在惰性气体氛围(稀有气体，诸如氩)下移送，并且锂的强烈反应性要求其它处理操作也在惰性气体氛围中执行。因此，锂面临处理、存储、和运输时的数种挑战。

已经开发了针对锂金属的保护性表面处理。一种对锂金属的保护性表面处理的方法包括用蜡层、例如是聚乙烯蜡涂布锂金属。然而，通常施加的大量涂布试剂干扰对锂金属膜的后续处理。

另一种保护性表面处理的方法提出产生具有连续碳酸盐涂层、聚合物涂层(例如，聚氨基甲酸酯)、PTFE、PVC、聚苯乙烯等等的稳定锂金属粉末(“SLMP”)。然而，当预锂化电极材料时，这些聚合物涂层可能导致问题。

由此，需要用于在能量存储系统中沉积和处理锂金属的方法和系统。

发明内容

本文描述的实现方式大致涉及金属电极、更具体地含锂阳极、包括前述的含锂电极的诸如二次电池组的高性能电化学装置、及其制造方法。在一个实现方式中，提供了一种阳电极结构。阳电极结构包含：包含铜的集电器、在集电器上形成的锂金属膜、在锂金属膜上形成的铜膜、和在铜膜上形成的保护膜。保护膜是选自包含下列材料的群组的锂离子传导膜：锂离子传导陶瓷、锂离子传导玻璃、或离子传导液晶。

在另一实现方式中，提供了一种阳电极结构。阳电极结构包含：包含铜的集电器、在集电器上形成的硅石墨阳极、在硅石墨阳极上形成的锂金属膜、和在锂金属膜上形成的保护膜。保护膜是选自包含下列材料的群组的锂离子传导材料：锂离子传导陶瓷、锂离子传导玻璃、离子传导聚合物、离子传导液晶、上述的复合组合、或上述的单元层组合。

在又一实现方式中，提供了一种阳电极结构。阳电极结构包含：包含铜的集电器、在集电器上形成的锂金属膜、和在锂金属膜上形成的保护膜堆叠。保护膜堆叠包含：在锂金属膜上形成的保护膜、在保护膜上形成的第一聚合物膜、在第一聚合物膜上形成的陶瓷膜、和在陶瓷膜上形成的第二聚合物膜。保护膜选自下列物质的群组：氟化锂(LiF)、氧化铝、铋硫属化物(chalcogenide)、铜硫属化物、碳酸锂(Li₂CO₃)、和上述的组合。