[发明专利]用于电化学电池的锂合金基电极及其制造方法

说明书

本申请涉及用于电化学电池的锂合金基电极及其制造方法。根据本公开各个方面的负电极包括负极电活性材料和层。所述负极电活性材料包括锂‑铝合金。所述层直接设置在负极电活性材料的至少一部分上并偶联至负极电活性材料。所述层包含阳极氧化铝并具有多个孔。本公开还提供包括所述负电极的电化学电池。在某些方面中，所述负极电活性材料是导电的并且充当负电极集流器，使得电化学电池不含单独的负电极集流器组件。在某些方面中，所述层是离子传导性的和是电绝缘的并且充当隔离件，使得电化学电池不含单独的隔离件组件。在各个方面中，本公开还提供了制造所述负电极的方法。

技术领域

本公开涉及锂合金基电极、包括所述锂合金基电极的电化学电池(electrochemical cells)及其制造方法。

背景技术

本部分提供了与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。

高能量密度电化学电池，例如锂离子蓄电池(batteries)，可用于各种消费产品和车辆，例如混合动力或电动车辆。随着在蓄电池功率、寿命和成本方面持续实现技术进步，蓄电池驱动车辆显示出作为运输选择的前景。潜在地限制蓄电池驱动车辆的更广泛接受和使用的一个因素是潜在地有限的驾驶范围，尤其是在其中充电站还不像如今的加油站那样随处可见的早期采用阶段。希望提供能够提供更长驾驶范围和更短充电时间的蓄电池。此外，蓄电池驱动车辆通常需要在极端天气条件下工作，例如在北方冬季天气中在低温下工作。

面对这些要求，找到满足能量和功率要求这两者的经济的蓄电池化学一直是一个挑战。长期以来一直需要这样的蓄电池，其具有避免或最小化使用昂贵金属例如钴和其它贵金属的化学，同时提供有利的功率输送、长驾驶范围和快速充电以增强蓄电池的广泛使用，尤其是在车辆中。

发明内容

本部分提供了本公开的一般概述，而不是其全部范围或其所有特征的全面公开。

在各个方面中，本公开提供了一种负电极(negative electrode)，所述负电极包括负极电活性材料(negative electroactive material)和层。所述负极电活性材料包含锂-铝合金。所述层直接设置在所述负极电活性材料的至少一部分上并且偶联至所述负极电活性材料。所述层包含阳极氧化铝(anodic aluminum oxide)并具有多个孔。

在一个方面中，所述负极电活性材料限定主体(body)。所述层包括设置在所述主体的第一侧上的第一层和设置在与所述主体的所述第一侧相对的所述主体的第二侧上的第二层。

在一个方面中，所述主体限定锂浓度梯度，使得最高锂摩尔浓度设置在所述主体的与所述层相邻的区域中。

在一个方面中，所述主体基本上由所述锂-铝合金、锂、铝和电解质组成。

在一个方面中，所述层具有大于或等于约20%至小于或等于约50%的孔隙率。所述主体具有小于或等于约15%的孔隙率。

在一个方面中，所述层具有小于或等于约10微米的厚度。所述多个孔中的至少一部分孔连续延伸穿过所述层直到所述负极电活性材料。

在一个方面中，所述层进一步包含锂。

在各个方面中，本公开提供了一种电化学电池。所述电化学电池包括正电极、负电极和电解质。所述正电极包含正极电活性材料。所述负电极包括负极电活性材料和层。所述负极电活性材料包含锂-铝合金。所述层直接设置在所述负极电活性材料的至少一部分上并且偶联至所述负极电活性材料。所述层包含阳极氧化铝。所述层包含多个孔。所述层是电绝缘的(electrically insulating)。所述电解质设置在所述正电极和所述负电极之间，使得所述电解质的一部分设置在所述层的所述多个孔内。

在一个方面中，所述层具有大于或等于约5微米的厚度。所述层被配置为充当隔离件(separator)。所述电化学电池不含单独的(distinct)隔离件组件。