导电和液体留存结构制造技术

具有改进电池性能的锂硫电池可包括碳层。需要高负载阳极增加能量密度，但是当测试高负载阳极的电池时，难以表达容量。当负载增加时，为留存电解质溶液以便提高电池性能，导电结构可被插入电池，因此不仅提供了电解质溶液留存而且提供了反应区域。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及在二次电池中留存电解质的结构。
技术介绍
燃料电池是将诸如燃料和氧化剂的反应物的化学能直接转化成直流(DC)电的设备。燃料电池不仅比诸如锂离子电池的移动式电力储存系统更有效，而且比燃烧，如化石燃料的电力发生器(power generator)更有效，因此，其应用已经被扩展到各种领域。通常，燃料电池技术包括许多种燃料电池，如碱性燃料电池、聚合物电解质类型的燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池以及酵素燃料电池。燃料电池在现今非常重要，其至少可分为四类，如，(i)使用压缩氢气作为燃料的燃料电池，(ii)质子交换膜(PEM)或聚合物电解质膜(PEM)电池，其使用诸如甲醇(CH3OH)的酒精、诸如硼氢化钠(NaBH4)的金属氰化物、碳氢化合物或其它转化成氢燃料的燃料，(iii)可直接消耗非氢燃料的PEM燃料电池或直接氧化燃料电池，以及(iv)在高温下直接将碳氢化合物转化成电的固体氧化物燃料电池(SOFC)。另一方面，作为一种非水电解质溶液二次电池，锂离子二次电池已经商品化(commercialized.)。例如，锂离子二次电池可包括:包括锂钴氧化物(例如LiCoO2)的阳极、包括石墨材料或含碳材料的阴级、基于溶解锂盐的有机溶剂的非水电解质溶液以及作为分离器的多孔膜。作为电解质溶液的溶剂，具有低粘度和低熔点的非水溶剂被使用。此夕卜，因为锂硫电池的活性材料(active material)便宜且环保(environment-friendly)，所以其作为为最有前景的电池被资本化，锂硫电池具有高的能量密度，因为锂的密度是3830mAh/g，且硫的密度是1675mAh/g。锂硫电池是二次电池，其使用具有硫-硫组合(sulfur-sulfur combinat1n)的硫基化合物作为阳极活性材料，且使用碳基材料作为阴级活性材料，其中诸如锂的碱金属或诸如锂离子的金属离子被嵌入或脱嵌。其储存和产生使用氧化还原反应的电能，其中在还原反应期间(当放电时)，当S-S化合被打破时，S的氧化值被还原，且在氧化反应期间(当充电时)，当S的氧化值增加时，S-S组合再次形成。锂空气电池指的是使用锂(Li)金属作为阴级且使用空气中的氧气作为阳极活性材料的电池，其是新的能量储存方法，锂空气电池可代替(Mplace)现有的锂离子电池。锂空气电池是其中二次电池和燃料电池被组合(combined)的电池系统，当锂空气电池的阳极中从外部引入的氧气还原/氧化反应发生时，锂空气电池的阴级中锂氧化/还原反应发生。其优点是与其它第二电池相比，锂空气电池的理论能量密度高达11，140Wh/kg。通常，锂空气电池包括阴级、阳极、位于阴级和阳极之间的电解质以及分离器。通常，多孔碳被用作为阳极的元件。但是，使用多孔碳作为阳极的元件是不利的，因为当测量时，充电/放电储存容量非常低，且由于其对氧气的还原/氧化反应活性低，所以充电/放电循环寿命低。所提出的下一代二次电池使用水或非水溶剂和电解质作为反应区域，但是电池容量的表达有困难，因为需要高负载阳极，这是由于电池设计适于目标能量密度。因此，当阳极具有高负载时，电解质溶液留存是必要的，且研究的结果是，已经发现当插入玻璃过滤器(G/F)时，在高负载(2.5mg/cm2_S)或更高的电解质中容量表达变得容易。但是，其中存在缺陷，即在使用具有5mg/cm2_S或更高的高负载的阳极的二次电池中，仅使用玻璃过滤器结构的液体留存结构，反应区域是不够的。在该
技术介绍
部分公开的上述信息仅用于为了提高对本专利技术的
技术介绍
的理解，因此，其可包括没有形成的对本国本领域技术人员而言已知的现有技术的信息。
技术实现思路
本专利技术致力于解决上述现有技术的有关问题。本专利技术提供二次电池中的电解质留存结构，其提供反应区域的作用，也表达电极容量，以便提高电池性能。本专利技术涉及二次电池的通用阳极(general anode)和液体留存结构的组合(combinat1n)。本专利技术通过提及燃料电池结构或锂硫电池结构被具体描述，且本专利技术中液体留存结构的应用包括多个电池结构类型，其可被应用于相应的
—方面，本专利技术提供包括阴级、分离膜、导电和液体留存结构以及阳极的锂硫二次电池。阴级、分离膜、导电和液体留存结构以及阳极可按顺序堆叠(stack)。导电和液体留存结构可具有5μπι到1000 μm的厚度、10g/m2到120g/m 2范围内的面积重量以及70%到95%范围内的孔隙率。在优选实施例中，导电和液体留存结构可为碳纸(carbon paper)、碳租(carbonfelt)、碳面纱(carbon veil)、编织碳(woven-carbon)、碳纳米管纸(carbon nanotubepaper)或至少两个从其中选择的层叠结构(laminated structure)。在另一个优选实施例中，厚度可为50 μπι到500 μm。在另一个优选实施例中，厚度可为20 μπι到350 μm。在另一个优选实施例中，阳极负载量可为3mg/cm2.到10mg/cm2。另一方面，本专利技术提供制造锂硫二次电池的方法。在将活性材料铸造(cast)到阳极后，导电和液体留存结构可被层叠，然后与阴级和分离膜组装，或者其可在电池组装步骤中被组装在分离膜和阳极之间。在优选实施例中，导电和液体留存结构可为碳纸、碳租、碳面纱、气体扩散层(GDL)、碳纳米管纸或至少两个从其中选择的层叠结构。在另一个优选实施例中，厚度可为50 μπι到500 μm。在另一个优选实施例中，厚度可为20 μπι到350 μm。在另一个优选实施例中，阳极负载量可为3mg/cm2.到10mg/cm2。本专利技术的其它方面和优选实施例在下文讨论。应当理解本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它的类似术语通常包括机动车辆，如包括运动型多用途汽车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的载客汽车，包括各种小船和轮船的水运工具，飞机等等，且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合电动车辆、氢动力车辆以及其它替代燃料车辆(如，来源于石油之外的资源的燃料)。如本文所提及的，混合动力车辆是具有两个或更多动力来源的车辆，例如汽油发动和电动车辆。【附图说明】本专利技术以上和其它特征现在将参考在附图中说明的某些示例性实施例进行详细描述，本文仅以说明方式给出附图，因此，并不限制本专利技术，且其中:图1A-1D分别示出用于形成根据本公开实施例二次电池所采用的导电和液体留存结构的碳毡的低放大倍数图、高放大倍数图、横截面图以及表面图2是根据本公开实施例的商品化的燃料电池GDL和使用其作为电池的设计的构造;图3是示出当有玻璃过滤器(GF)时容量和寿命的曲线图；图4是示出根据碳纸厚度的容量和寿命(I次到50次循环)的曲线图；图5是示出制造使用硫的电池电极的方法的图；图6是示出用于组装没有导电和液体留存结构的电池电极的方法的图；图7是示出组装应用根据本公开实施例的导电结构的电极的方法的图；图8是示出碳纸、科琴黑(Ketjen black)、高比表面积的导电膜或将其组合的碳结构层用作根据本公开实施例的导电结构；图9是将根据本公开实施例的本专利技术示例(在高负载5mg/cm2_S下使用导电结构)的容量与对比示例的容量进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂硫二次电池，其包括：阴级；分离膜；导电和液体留存结构；以及阳极，其中所述导电和液体留存结构具有5μm到1000μm的厚度，10g/m2到120g/m2范围内的面积重量，以及70％到95％的孔隙率。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李允智，陈大建，禹熙晋，柳熙渊，朴相镇，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR