[发明专利]阳极保护层

说明书

本发明公开了一种电化学电池组件，其包括：至少一个或多个电化学电池，该至少一个或多个电化学电池包括阴极，该阴极包括电化学活性材料；阳极，该阳极包括碱金属或碱金属合金层以及包含第一层和第二层的保护层；其中该第一层包括与碱金属合金化并形成在该碱金属或碱金属合金层上的金属和/或非金属，并且第二层沉积在该第一层上，其中该第二层是具有小于10^‑5S cm^‑1的电子电导率的离子导电层；和电解质，并且其中该电池组件还包括向该至少一个或多个电化学电池施加压力的装置。

本发明涉及电化学电池。本发明还涉及一种形成电化学电池的方法，特别是在电化学电池的阳极上形成涂层的方法。

背景技术

包括碱金属和碱土金属的电极已经用于初级电化学电池和次级电化学电池两者。具体地，已经发现锂是用于形成电极的期望材料，因为它是能够提供高能量密度的轻质材料。这可以使得能够构建适用于宽范围应用(包括其中使电池的重量最小化至关重要的那些应用)的电池。例如，在锂硫电池中，锂金属箔可用作电池的阳极。

然而，尽管使用此类电极提供了优点，但碱金属和碱土金属在被采用于电化学电池中时具有某些缺点。以锂金属箔为例，锂可与电池内的电解质发生反应。这可在电极上方形成电阻层，并随着时间的推移降低电池性能。还可在循环期间在锂金属箔的表面上形成锂枝晶和/或苔藓沉积物，这可导致短路和降低的循环性能，并可最终导致电池寿命缩短。

鉴于上述困难，在阳极表面上包含保护层可为期望的。已经提出了各种保护层。需要此类保护层来传导碱金属离子，同时降低或防止阳极表面与大量电解质之间的接触。例如，阳极顶部上的合金层已经被建议作为改善电池循环或容量特性的一种手段。然而，随着时间的推移，碱金属合金层可与电解质反应，从而导致在电极顶部上形成电阻层。还可在合金层顶部上观察到碱金属镀层，以及不均匀的剥离。

也已经提出将陶瓷材料作为用于在阳极上形成保护层的候选物。US 6,025,094公开了一种负电极，该负电极具有碱金属层和涂覆该碱金属层的玻璃状或无定形保护层，其中该保护层传导碱金属离子。然而，陶瓷层的使用可增加阳极的电荷转移电阻，这可导致碱金属的不均匀剥离和电镀以及碱金属在保护层顶部上的沉积。

附图说明

图1提供了锂金属电极表面的SEM图像。

图2提供了具有在表面上形成的合金层的锂阳极的SEM图像和阻抗图。

图3提供了具有在表面上形成的陶瓷层的锂阳极的SEM图像和阻抗图。

图4提供了根据本发明实施方案的在施加0MPa、0.5MPa和1MPa的力的情况下完成锂电镀步骤之后，受保护的锂阳极的数字照片和SEM图像。

图5提供了根据本发明实施方案的在锂剥离步骤之后，受保护的锂阳极的数字照片、SEM图像和横截面。

图6提供了根据本发明实施方案的受保护的锂阳极的数字照片和SEM图像。

图7提供了根据本发明实施方案的受保护的锂阳极的电化学数据。

具体实施方式

在描述本发明的特定示例之前，应当理解的是，本公开不限于本文所公开的特定电池、方法或材料。还应该理解的是，本文使用的术语仅用于描述特定示例，并不旨在进行限制，因为保护范围将由权利要求及其等同物来限定。

在描述和要求保护本发明的电池和方法时，除非上下文另有明确指示，否则将使用以下术语：单数形式“一种(a)”、“一种(an)”和“该”包括复数形式。因此，例如，提及“阳极”包含提及一种或多种这些元素。

根据本发明的第一方面，提供了一种电化学电池组件，该电化学电池组件包括：

至少一个或多个电化学电池，该至少一个或多个电化学电池包括

-阴极，该阴极包括电化学活性材料；