作为用于锂电池的人工SEI层的非晶LiF制造技术

一种电池、特别是锂离子电池包括阴极、阳极和电解质。阴极包括：具有固体阴极材料的第一基底；以及在第一基底之上的第一非晶涂层，其充当用于第一基底的第一人工固体‑电解质界面（“SEI”）层。阳极包括：具有固体阳极材料的第二基底；以及在第二基底之上的第二非晶涂层，其充当用于第二基底的第二人工SEI层。电解质被直接布置在第一与第二非晶涂层之间。一种生产电池的方法包括使用低温原子层沉积过程分别在第一和第二基底上沉积材料，以形成第一和第二非晶涂层。所述方法进一步包括将电解质直接部署在第一和第二非晶涂层之间以便形成电池。

Amorphous LIF as artificial SEI layer for lithium battery

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】作为用于锂电池的人工SEI层的非晶LiF相关申请本申请对2017年7月31日提交的、题为“AmorphousLiFasanArtificialSEILayerforLithiumBatteries”的申请号为62/539,073的美国临时申请要求优先权权益，所述申请的全部内容通过引用被并入本文中。
本公开内容总地涉及电池，并且更具体地涉及作为用于电池电极材料的钝化涂层的人工固体-电解质相间层。
技术介绍
基于锂的电池已经广泛地被并入以用于从便携式电子器件到电动车辆的各种用途。锂离子电池（“LiB”）是这样一种电池：其中在放电期间锂离子通过电解质从负电极（“阳极”）移动到正电极（“阴极”）。LiB一般是可再充电的，凭此在充电期间锂离子从阴极迁移回到阳极。LiB的充电和放电可能导致发生在电极和电解质之间的界面处的非意图的化学副反应。作为结果，在它们的寿命内，LiB倾向于渐进地降级，具有降低的容量、循环寿命和安全性。具体地，在电池材料之间的副反应——无论是意图的还是无意的——可消耗电极的一部分，并且导致在电极和电解质之间的界面处产生固体-电解质相间（“SEI”）层。SEI层的组成一般取决于电极和电解质的组成。在一些实例中，形成电极上的SEI的材料是令人满意的离子导体，并且因而不显著抑制电池的操作。在其它实例中，SEI可以是离子绝缘体，其降低或移除电池运转的能力。由于SEI层的形成所致的电池材料的消耗还可能降低LiB的能量容量。SEI层还可能对电池的操作有其它影响。在一些实例中，结果得到的SEI层是电子绝缘体，凭此，副反应一般将达到稳定状态，并且SEI层将大体上停止生长。在其它实例中，SEI层是电子导电的，这具有如下结果：跨SEI的电子输送馈给副反应，使得SEI层可以继续生长直到电池的最终失效为止。LiB的接连或迅速的充电和放电还可导致枝状晶（dendrite）或细丝在一个或多个电极上的形成。枝状晶是材料的晶状生长或构建，其可以沿着晶界或在电极与电解质之间的界面的一区中的其它位置而形成。细丝是经由裂缝传播而生长的材料的卷须。最终生长成连接阳极和阴极的枝状晶或细丝可能使电池短路。由于枝状晶或细丝的生长在LiB的寿命内一般是渐进的，所以枝状晶和细丝表示使LiB短接的渐进风险。短接的LiB可能过热、结构性地或化学地失效、或呈现其它安全性担忧。已做出各种努力以形成有利并且稳定的SEI层并且抑制枝状晶和细丝生长。在一个示例中，用于形成电极和/或电解质的材料被限于将会导致有利SEI的材料。这可以改善结果得到的电池的安全性或循环寿命，但是一般导致从能量密度或效率的视角对次优材料的选择。在具有类似结果的另一示例中，与电极和/或电解质一起包括添加剂材料，以便有利地改变SEI的组成。由于在电极/电解质界面处发生的副反应是复杂、渐进的，并且在本领域中未被良好理解，所以这些解决方案已取得了有限的成功。在另外的示例中，钝化涂层已经用于在电极材料上形成人工SEI。如本文中所使用的，“人工”SEI层意指由沉积的材料、而不是从其它电池组件所消耗的材料形成的层。基于铝、钛、锂、和其它材料的涂层已经诸如通过电化学沉积、原子层沉积、以及其它可接受的过程而被涂覆到电极上。然而，这些涂层一般展现次优的材料属性，诸如低离子电导率或低电阻。附加地，这样的涂层一般不可适用于阳极和阴极二者，或者不令人满意地抑制电解质中的枝状晶和/或细丝生长。鉴于前述内容，可以被应用于阳极和阴极二者的钝化涂层将会是有益的。展现有利的SEI属性、而不限制用于电极和电解质的材料的涂层也将会是有益的。抑制枝状晶和细丝生长的涂层也将会是有益的。
技术实现思路
根据本公开内容的电极包括非晶人工固体-电解质界面（“SEI”）层，并且可以展现相对于常规电极的经改善的稳定性、效率或长寿。根据本公开内容的电极的示例性实施例包括具有固体电极材料的基底，以及被涂覆在基底的表面之上的非晶涂层。非晶涂层充当用于基底的人工SEI层。在一些实施例中，非晶涂层包括基底的钝化形式的固体电极材料。在一些实施例中，固体电极材料是基于Li金属的材料，并且非晶涂层包括非晶LiF。在一些实施例中，所述电极进一步包括被布置在基底与非晶涂层之间的非晶中间层。在一些实施例中，非晶中间层包括非晶SiO2。在一些实施例中，非晶涂层具有小于100nm的厚度。在一些实施例中，所述电极是阴极。在一些实施例中，基底的固体电极材料包括LFP、NCM以及NCA中的至少一个。在一些实施例中，所述电极是阳极。在一些实施例中，基底的固体电极材料包括Li金属、硅、石墨、以及石墨烯中的至少一个。根据本公开内容的电池包括具有人工非晶SEI层的电极，并且可以展现相对于常规电极的经改善的稳定性、效率或长寿。根据本公开内容的电池的示例性实施例包括第一电极、第二电极和电解质。第一电极包括具有第一固体电极材料的第一基底，以及在第一基底的第一表面之上的第一非晶涂层。第一非晶涂层被配置成充当用于第一基底的第一人工SEI层。电解质被直接布置在第一非晶涂层与第二电极之间。在一些实施例中，第二电极包括具有第二固体电极材料的第二基底，以及在第二基底的第二表面之上的第二非晶涂层。第二非晶涂层被配置成充当用于第二基底的第二人工SEI层。电解质被直接布置在第一非晶涂层与第二非晶涂层之间。在一些实施例中，第一非晶涂层包括第一类型的材料，第二非晶涂层包括第二类型的材料，并且第一类型的材料与第二类型的材料相同。在一些实施例中，第一电极是阴极，第一固体电极材料是固体阴极材料，并且第一非晶涂层包括钝化形式的固体阴极材料，第二电极是阳极，第二固体电极材料是固体阳极材料，并且第二非晶涂层包括钝化形式的固体阳极材料，并且电解质包括电解质材料。在一些实施例中，第一和第二非晶涂层进一步包括钝化形式的电解质材料，使得所述电池是化学稳定的。在一些实施例中，所述电池特别地在所述电池的充电和放电期间是化学稳定的。在一些实施例中，第一电极进一步包括被布置在第一基底与第一非晶涂层之间的第一非晶中间层。在一些实施例中，第二电极进一步包括被布置在第二基底与第二非晶涂层之间的第二非晶中间层。在一些实施例中，固体阴极电极材料是基于Li金属的材料，第一非晶涂层包括非晶LiF，固体阳极电极材料是基于Li金属的材料，第一非晶涂层包括非晶LiF，并且电解质是基于氟的材料。在一些实施例中，第一电极、第二电极、以及电解质各自由固体材料组成。根据本公开内容的生产电池的示例性方法包括使用第一低温原子层沉积（“ALD”）过程来将以非晶形式的第一涂层材料沉积在第一基底的第一表面之上，以形成第一非晶涂层。所述方法进一步包括使用第二低温ALD过程来将以非晶形式的第二涂层材料沉积在第二基底的第二表面之上，以形成第二非晶涂层。所述方法附加地包括部署第一基底、第二基底和电解质使得电解质直接在第一和第二非晶涂层之间以便形成电池。在一些实施例中，所述方法中的ALD过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电极，包括：/n包括固体电极材料的基底；以及/n在基底的表面之上的非晶涂层，非晶涂层被配置成充当用于基底的人工固体-电解质界面（“SEI”）层。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170731 US 62/5390731.一种电极，包括：
包括固体电极材料的基底；以及
在基底的表面之上的非晶涂层，非晶涂层被配置成充当用于基底的人工固体-电解质界面（“SEI”）层。


2.根据权利要求1所述的电极，其中非晶涂层包括基底的钝化形式的固体电极材料。


3.根据权利要求1所述的电极，其中固体电极材料是基于Li金属的材料，并且非晶涂层包括非晶LiF。


4.根据权利要求1所述的电极，进一步包括：
被布置在基底与非晶涂层之间的非晶中间层。


5.根据权利要求4所述的电极，其中非晶中间层包括非晶SiO2。


6.根据权利要求1所述的电极，其中非晶涂层具有小于100nm的厚度。


7.根据权利要求1所述的电极，其中所述电极是阴极，并且基底的固体电极材料包括LFP、NCM以及NCA中的至少一个。


8.根据权利要求1所述的电极，其中所述电极是阳极，并且基底的固体电极材料包括Li金属、硅、石墨、以及石墨烯中的至少一个。


9.一种电池，包括：
第一电极，其包括：
具有第一固体电极材料的第一基底；以及
在第一基底的第一表面之上的第一非晶涂层，第一非晶涂层被配置成充当用于第一基底的人工固体-电解质界面（“SEI”）层；
第二电极；以及
被直接布置在第一非晶涂层与第二电极之间的电解质。


10.根据权利要求9所述的电池，其中：
第二电极包括：
具有第二固体电极材料的第二基底；以及
在第二基底的第二表面之上的第二非晶涂层，第二非晶涂层被配置成充当用于第二基底的人工SEI层；并且
所述电极被直接布置在第一非晶涂层与第二非晶涂层之间。


11.根据权利要求10所述的电池，其中：
第一非晶涂层包括第一类型的材料；
第二非晶涂层包括第二类型的材料；并且
第一类型的材料与第二类型的材料相同。


12.根据权利要求10所述的电池，其中：
第一电极是阴极，第一固体电极材料是固体阴极材料，并且第一非晶涂层包括钝化形式的固体阴极材料；
第二电极是阳极，第二固体电极材料是固体阳极材料，并且第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：M科恩布卢思，J迈洛亚，B科青斯基，G萨姆索尼策，JF克里斯琴森，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE