[发明专利]使电池电极免受副反应影响的保护方案

说明书

本发明提供一种电池电极成分，所述电池电极成分包括复合材料颗粒。所述成分(它可以代表所有成分或者含量较多的成分中的一部分)中的每种复合材料颗粒可包括多孔电极颗粒和填料材料。所述多孔电极颗粒可包含活性材料，所述活性材料设置成在电池运行期间存储和释放离子。所述填料材料可占据所述电极颗粒的孔隙的至少一部分。所述填料材料可以为液体并且实质上不能传输电子。

母案信息

本专利申请是2018年4月8日进入中国国家阶段的PCT申请PCT/US2016/055595的分案申请，该国家阶段申请的申请号为201680058812.9，申请日为2016年10月5日，发明名称为“使电池电极免受副反应影响的保护方案”。

技术领域

本申请总体上涉及能量存储装置，并且更具体地涉及电池技术等。

背景技术

大量的消费电器、电动交通工具、存储电网和其他重要的应用设备都期望使用高级可充电电池，部分原因是它们的能量密度相对较高、比能相对较高、重量较轻并且潜在寿命较长。

然而，尽管电池在商业应用方面日益普及，但是这些电池还需要进一步的开发，尤其是在低排放或零排放方面的潜在应用、混合电动或全电动交通工具、消费电器、节能货轮和机车、航空航天领域和电网。具体地，期望对各种可充电电池作进一步改进，例如可充电金属和金属离子电池(例如可充电Li和Li离子电池、可充电Na和Na离子电池、可充电Mg和Mg离子电池等)、可充电碱性电池、可充电金属氢化物电池和铅锌电池等。

在许多不同类型的可充电电池中，活性(充电存储)材料可以生产成具有大表面积的多孔结构或多孔复合材料，其中在电池运行期间孔隙暴露于电解质。在某些情形中，可能期望形成这些孔隙以便适应在电池运行期间的容积变化或者减小离子扩散距离或电子扩散距离。具有容积变化能力的材料的示例包括所谓的转换型和所谓的合金型电极材料。在金属离子电池(例如，Li离子电池)的情形中，这种转换型电极材料的示例包括但不限于金属氟化物(例如氟化锂、氟化铁、氟化铜和铋的氟化物等)、金属氯化物、金属碘化物、金属硫族化物(例如，硫化物)、硫、氧化物、金属氮化物、金属磷化物、金属氢化物以及其他物质。在金属离子电池(例如，Li离子电池)的情形中，这种合金型电极材料的示例包括但不限于硅、锗、锑、铝、镁、锌、镓、砷、磷、银、金、镉、铟、锡、铅、铋、它们的合金以及其他合金。与用于商业锂离子电池中的所谓的嵌入型电极相比，这些材料通常具有更高的重量和体积容量。转换型电极也广泛用于各种含水电池，例如碱性电池、金属氢化物电池、铅酸电池等。这些材料包括但不限于各种金属(例如，铁、锌、镉、铅和铟等)、金属氧化物、金属氢氧化物、金属氢氧化合物、金属氢化物，等等。

在某些情形中，在电池运行期间具有最小体积变化能力的活性材料(例如，用于Li离子电池的所谓的嵌入型材料，例如钛酸锂或氧化钛阳极材料或者钴酸锂、锂镍钴锰氧化物、锂钴铝氧化物、锂镁氧化物以及各种其他层状、尖晶石状、橄榄石状和具有令人喜爱的结构的及其他Li嵌入型的化合物，等等)还可以生产为多孔颗粒或者多孔复合材料颗粒(例如，作为含这些活性材料和导电碳或其他材料的复合材料)以便改进它们在电池中的倍率性能。

尽管活性材料颗粒的大的比表面积或孔隙度可以有利地改进含这种颗粒的电极的各种性能(例如，改进稳定性或者增大倍率性能)，但是它也可以显著地增大与电解质发生不良反应的程度。这些不良反应可以包括例如活性材料溶解、电解质随着例如不期望的气体、固体或液体产品的形成而分解、所谓的离子穿梭和活性离子的不可逆损失(例如，在Li离子电池的情形中Li的损失)，等等。这些不良反应可能导致自放电、电池单元电阻增加、可用功率减小、可用能量减少或者容量逐渐损失。活性材料的大的表面积还可以显著地增加与这些电池相关的安全隐患。

相应地，仍然需要改进的电池、部件以及其他相关材料和制造工艺。

发明内容

在此公开的实施方式通过提供改进的电池部件、由此制成的改进的电池以及制造和使用所述改进的电池的方法而解决了上述问题。