组合物、分层、电极及其制造方法技术

本发明专利技术提供了包括组件的单体电池，所述组件包含烃离聚物。所述组件可以是单体电池中的任何元件诸如内壁，或对元件的改进物诸如薄膜、膜和涂层。所述烃离聚物为具有离子官能度的任何聚合物，诸如用锂中和的聚合(甲基丙烯酸酯)，并且不含有卤素或含卤素的取代基。所述烃离聚物也可以被包含在单体电池的元件(诸如多孔隔膜)内的组合物中。单体电池还包括如下元件：包含硫化合物的正电极、负电极、连接正电极与负电极的电路、电解质介质和单体电池的内壁。此外，本发明专利技术提供了制造单体电池的方法和使用单体电池的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术提供了包括组件的单体电池，所述组件包含烃离聚物。所述组件可以是单体电池中的任何元件诸如内壁，或对元件的改进物诸如薄膜、膜和涂层。所述烃离聚物为具有离子官能度的任何聚合物，诸如用锂中和的聚合(甲基丙烯酸酯)，并且不含有卤素或含卤素的取代基。所述烃离聚物也可以被包含在单体电池的元件(诸如多孔隔膜)内的组合物中。单体电池还包括如下元件：包含硫化合物的正电极、负电极、连接正电极与负电极的电路、电解质介质和单体电池的内壁。此外，本专利技术提供了制造单体电池的方法和使用单体电池的方法。【专利说明】相关申请的交叉引用本申请要求2012年I月18日提交的美国临时申请61/587849和2012年2月23日提交的美国临时申请61/602180的提交日期优先权及其权益，上述申请全文以引用的方式并入本文。
技术介绍
锂硫(即“L1-S”)电池作为潜在的便携式电源受到了广泛的关注，这是由于它们可适用于不同的领域。这些领域包括新兴领域(诸如电动汽车和便携式电子装置)和传统领域(诸如汽车点火电池)。就成本、安全性和容量方面而言，特别是与不是基于硫的锂离子电池技术相比，L1-S电池具有广阔的前景。例如,元素硫常被用作L1-S电池的L1-S单体电池中的电活性硫的来源。与基于元素硫的L1-S单体电池中的电活性硫相关的理论充电容量为约1，672mAh/g S。相比之下，基于金属氧化物的锂离子电池中的理论充电容量往往小于250mAh/g金属氧化物。例如，基于金属氧化物物质LiFePO4的锂离子电池中的理论充电容量为176mAh/g。 L1-S电池包括一个或多个电化学伏打L1-S单体电池，它们由单体电池中发生的化学反应获得电能。单体电池包括至少一个正电极。当将新的正电极初始纳入L1-S单体电池时，电极包括掺入其结构内的一定量的硫化合物。硫化合物包括在操作单体电池中可被利用的潜在电活性硫。L1-S单体电池中的负电极通常包括锂金属。一般来讲，单体电池包括具有一种或多种溶剂和电解质的单体电池溶液。该单体电池还包括一个或多个多孔隔膜，用于将正电极与负电极分开并电隔离，但允许单体电池溶液在它们之间发生扩散。一般来讲，正电极连接到相同单体电池中的至少一个负电极。该连接通常是通过导电金属电路进行的。 L1-S单体电池构造还包括但不限于具有初始不包括锂金属但包括另一种材料的负电极的那些。这些材料的例子为石墨、硅合金及其它金属合金。其它L1-S单体电池构造包括正电极掺入了锂化的硫化合物的那些，所述锂化的硫化合物如硫化锂(即，Li2S)。 L1-S单体电池中的硫化学物质涉及相关系列的硫化合物。在L1-S单体电池中的放电阶段，锂被氧化以形成锂离子。同时单体电池中诸如S8和Li2S8的较大或较长链的硫化合物被电化学还原并转换成较小或较短链的硫化合物。一般来讲，可由以下元素硫电化学还原形成多硫化锂和硫化锂的理论放电序列来表示在放电期间发生的反应: S8 — Li2S8 — Li2S6 — Li2S4 — Li2S3 — Li2S2 — Li2S 在L1-S单体电池的充电阶段期间发生相反的过程。锂离子被抽出单体电池溶液。这些离子可以被镀出溶液并返回至金属锂负电极。反应通常可由以下代表各种硫化物电氧化成元素硫的理论充电序列表示: Li2S — Li2S2 — Li2S3 — Li2S4 — Li2S6 — Li2S8 — S8 以前开发的L1-S单体电池及电池的通常局限是容量劣化或容量“衰减”。容量衰减与库仑效率相关联，库仑效率是通过充电储存且可在放电期间重新获得的电荷的分数或百分比。通常据信容量衰减和库仑效率部分归因于硫通过形成某些可溶性硫化合物而损失，所述可溶性硫化合物在L1-S单体电池中的电极之间“往返”并反应以沉积在负电极的表面上。据信这些沉积的硫化物可阻塞和以其它方式污染负电极的表面，并且还可导致硫从单体电池的总电活性硫中损失。阳极沉积的硫化合物的形成涉及尚未完全了解的复杂化学过程。 此外，低库仑效率是L1-S单体电池及电池的另一种常见的局限性。低库仑效率可伴有高自放电速率。据信低库仑效率也部分地为形成可溶性硫化合物的结果，在L1-S单体电池的充电和放电过程期间，所述可溶性硫化合物在电极之间往返。 一些以前开发的L1-S单体电池及电池已在其正电极中利用了高载量的硫化合物，试图解决与容量劣化和阳极沉积的硫化合物相关的缺点。然而，简单地使用较高载量的硫化合物造成了其它方面的困难，包括在高载量情况下缺乏对硫化合物全部量的足够的控制。此外，使用这些组合物形成的正电极往往会开裂或破裂。另一种困难可能部分地是由于较高载量硫化合物具有绝缘效果的原因。绝缘效果可促使在这些以前开发的L1-S单体电池及电池的正电极中难以实现与高载量硫化合物中所有潜在电活性硫相关的全部容量。 常规而言，已经通过在组合物中使用较高量的粘结剂掺入到这些正电极当中来解决对高载量硫化合物缺乏足够控制的问题。然而，掺入了高粘结剂量的正电极往往具有较低的硫利用率，这继而降低了具有这些电极的L1-S单体电池的有效最大放电容量。 L1-S单体电池及电池基于其正电极中的电活性硫的高理论容量和高理论能量密度而言是可取的。然而，达到完全的理论容量和能量密度仍然是遥遥无期。此外，如上文所提到的那样，存在于L1-S单体电池中的硫化物往返现象(即，多硫化物在电极之间移动)可导致这些电化学单体电池具有相对低的库仑效率；并且这通常伴有不期望的高自放电速率。此外，与容量劣化、阳极沉积的硫化合物以及硫化合物本身所固有的差导电性相关伴随有局限性，所有这些都与以前开发的L1-S单体电池及电池相关联，它们限制了 L1-S电池作为电源的应用及商业可接受性。 鉴于上述情况，所需要的是没有上文所确定的以前开发的L1-S单体电池及电池的局限性的L1-S单体电池及电池。
技术实现思路
提供该
技术实现思路
以介绍概念的选择。下文在【具体实施方式】中对这些概念进行进一步的描述。本
技术实现思路
不旨在确认所要求保护的主题的关键特征或必要特征，本
技术实现思路
也不旨在帮助确定所要求保护的主题的范围。 本专利技术通过提供并入了烃离聚物组件的L1-S单体电池而满足上文确定的需要，所述烃离聚物组件诸如涂层、膜、薄膜及掺入了烃离聚物的其它组件。下文在【具体实施方式】中描述可使用的烃离聚物组件的各种类型及组合的例子。烃离聚物组件为L1-S单体电池提供高库仑效率。在一些实施例中，烃离聚物组件还为L1-S单体电池提供高最大放电容量以及高库仑效率，并且没有上文所确定的以前开发的L1-S单体电池及电池的局限性。 根据本专利技术原理的烃离聚物组件为L1-S单体电池提供意外的高库仑效率和非常高的放电与充电容量比率。虽然不受任何具体理论的束缚，但据信烃离聚物组件中的烃离聚物抑制可溶性硫化合物的往返并抑制其到达L1-S单体电池中的负电极。这通过单体电池中的硫损失减少容量衰减。此外,在这些单体电池中避免了低硫利用率和高放电容量劣化。 根据本专利技术原理的烃离聚物组件、其制造方法及其使用方法实现了这些及其它目的。 根据本专利技术的第一原理提供了一种单体电池。所述单体电池包括包含烃离聚物的组件。单体电池还可包括以下中的一者或多者:包含硫本文档来自技高网...

【技术保护点】
单体电池，其包括：包含硫化合物的正电极；负电极；连接所述正电极与所述负电极的电路；电解质介质；所述单体电池的内壁；和包含烃离聚物的组件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：K考塔基斯，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：美国;US