[发明专利]使用可印刷锂的电池

说明书

提供了一种具有阴极和复合阳极的电池。在一个实施方案中，复合阳极可包括锂金属阳极、固体电解质和至少一个界面层。界面层提高了固体电解质的表面的均匀性，从而为了更好的电池性能优化锂金属阳极的表面与固体电解质的表面之间的接触。阳极和/或该界面可由可印刷锂组合物形成，该可印刷锂组合物包含锂金属粉末、与锂金属粉末相容的聚合物粘合剂、与锂金属粉末相容的流变改性剂、以及与锂金属粉末和聚合物粘合剂相容的溶剂。阴极可以是复合阴极。在另一个实施方案中，可印刷锂组合物可以是箔或膜的形式。

相关申请

以下申请要求于2019年7月15日提交的美国临时申请号62/874,269、于2019年6月21日提交的美国临时申请号62/864,739，以及要求于2019年3月20日提交的美国申请号16/359,707、16/359,725和16/359,733(其要求于2018年3月22提交的临时号62/646,521的优先权)的优先权的于2019年3月21日提交的国际申请号PCT/US19/23376、PCT/US19/23383和PCT/US19/23390，和于2018年6月29日提交的美国临时申请号62/691,819的优先权，它们的公开内容中的每一个均通过引用整体并入。

发明领域

本发明涉及一种利用可印刷锂组合物的电池。

背景技术

锂和锂离子二次电池或可充电电池已发现用于某些应用，诸如蜂窝电话、便携式摄像机和便携计算机，甚至最近还用于更大功率的应用，诸如电动车和混合动力电动车。在这些应用中优选的是，二次电池具有可能最高的比容量，但仍提供安全的操作条件和良好的可循环性，使得在随后的再充电和放电循环中保持高比容量。

尽管存在二次电池的各种构造，但每种构造都包括正电极(或阴极)、负电极(或阳极)、分隔阴极和阳极的隔膜(separator)、与阴极和阳极电化学连通的电解质。对于二次锂电池，当二次电池放电(即用于其特定应用)时，锂离子通过电解质从阳极转移到阴极。在放电期间，电子从阳极被收集并通过外部电路传递到阴极。当二次电池充电或再充电时，锂离子通过电解质从阴极转移到阳极。

新的锂离子电池或(蓄)电池最初处于放电状态。在锂离子电池的第一次充电期间，锂从阴极材料移动到阳极活性材料。从阴极移动到阳极的锂与石墨阳极的表面处的电解质材料发生反应，导致在阳极上形成钝化膜。石墨阳极上形成的钝化膜是固体电解质界面(SEI)。在随后放电时，通过形成SEI消耗的锂不返回到阴极。这导致锂离子电池与初始充电容量相比具有更小的容量，因为一些锂已通过SEI的形成被消耗掉。在第一次循环时部分消耗可用锂降低了锂离子电池的容量。这种现象被称为不可逆容量，并且已知消耗锂离子电池容量的约10％至大于20％。因此，在锂离子电池初次充电后，锂离子电池损失其容量的约10％至大于20％。

一种解决方案是使用稳定的锂金属粉末使阳极预锂化。例如，可以通过用二氧化碳钝化金属粉末表面来稳定锂粉末，如美国专利号5,567,474、5,776,369和5,976,403中所述，这些专利的公开内容通过引用整体并入本文。因为锂金属和空气的反应，CO₂钝化的锂金属粉末只能在锂金属含量衰减之前在低湿度水平的空气中使用一段有限的时间。例如，另一种解决方案是将涂层诸如氟、蜡、磷或聚合物施加到锂金属粉末上，诸如在美国专利号7,588,623、8,021,496、8,377,236和美国专利公开号2017/0149052中描述的。

然而，仍然需要具有锂化或预锂化组分的固态电池以增加能量密度并提高安全性和可制造性。

发明内容

为此，本发明提供一种具有用可印刷锂组合物预锂化或锂化的一种或多种组分的固态电池。包含可印刷锂组合物的固态电池将具有增加的能量密度和提高的安全性和可制造性。