电能存储装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种电能存储装置，具体地说，一种电池，其至少包含：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电能存储装置


[0001]本专利技术涉及一种电能存储装置，具体地说，一种电池。

技术介绍

[0002]本领域中已知各种电能存储装置，例如锂
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硫和钠
‑
硫电池。作为实例，在本申请的优先权日之后公开的WO2019/020561描述了电能存储装置，具体地说，一种电池，其至少包含阳极，所述阳极包含选自锂和钠或其组合的一价碱金属；阴极，所述阴极包含含硫有机硅烷化合物或含硫有机硅烷化合物的混合物；以及电解质，所述电解质置于所述阳极与所述阴极之间；其中所述阴极包含集电器表面，所述集电器表面已通过在其上接枝所述含硫有机硅烷化合物或含硫有机硅烷化合物的混合物而至少部分改性。电能存储装置的新发展是在镁
‑
硫电池领域中进行的，镁是二价碱土金属。
[0003]由于种种原因，镁
‑
硫电池为电池化学提供了有吸引力的选择。由于其二价性和小的离子半径，镁在体积上提供比锂更大的能量容量。与锂离子电池中常用的锂和其它金属如钴相比，镁和硫都是可以以低成本大量获得的常用材料。此外，镁表现出固有的更安全的化学性质，因为它在暴露于氧气或空气时不存在与锂类似的火灾危险。
[0004]Zhirong Zhao
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Karger等人的最新文章(《镁
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硫电池：其开始和最近的进展(Magnesium
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sulphur battery:its beginning and recent progress)》,《MRS通讯(MRS Communications)》(2017),7,第770
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784页)阐述了Mg
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S电池的原理，以及技术挑战和最近的发展。与Li
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S电池的广泛技术进步相比，Mg
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S电池的发展仍处于早期阶段。在开发Mg
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S电池中的重大挑战涉及例如找到能够在宽工作电压范围内逆转Mg沉积和溶解的合适电解质。虽然已知一些电解质具有有前景的电化学特性，但需要更多的研究来进一步改进Mg
‑
S体系。阴极设计和电解质溶剂和/或溶剂共混物的优化的努力对于该领域的进一步发展是关键的。
[0005]文献表明，通常用于电池阳极的金属与硫的反应可形成大的多硫化物，其可容易地溶解在液体有机电解质中，并因此导致阴极材料处硫的损失，从而随时间严重地降低电池容量(参见例如：A.Manthiram等人(《再可充电锂
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硫电池(Rechargeable Lithium
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Sulphur batteries)》,《化学综述(Chem.Rev.)》2014,114,第11751
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11787页)。这种效应被称为“穿梭效应”。
[0006]此外，另一个挑战是使用在环境条件下是结晶状的元素硫。正交晶体结构在热力学上是有利的，然而在结晶过程中也可能出现单斜硫，其可缓慢转化为正交形式。这种结晶将在硫电池中发生，因为充电/放电诱导镁与硫形成结合物质的形成反应，随后反向分离成镁和硫，包括后者的(再)结晶。从单斜晶系到优选的斜方晶型硫的“固/固”转变也意味着体积变化，因为斜方晶型的密度要大几个百分点。与这种致密化相关的固体硫中的裂纹形成在电池阴极处可能是有害的，因为材料连接性由于裂纹的出现而丧失，因此导电通路(电流在电池中流动所必需的)也不再存在，朝向该“开裂的”硫区域。此外，这种收缩可能导致硫阴极和集电器之间不希望的电接触损失。
[0007]本专利技术的目的是处理一个或多个上述问题。

技术实现思路

[0008]以上或其它目的中的一个或多个可以通过提供一种电能存储装置(具体地说，一种电池)来实现，所述电能存储装置至少包含：
[0009]‑
阳极，其包含选自镁、钙、铍和锌或其组合的二价金属或包含这些金属中的至少一种的合金，以及优选包含镁
‑
铝
‑
锌合金的阳极；
[0010]‑
阴极，其包含接枝在所述阴极的表面上的元素硫或含硫有机硅烷化合物，或含硫有机硅烷化合物的混合物，或硫和含硫有机硅烷化合物的混合物，并且优选地，阴极包含含硫有机硅烷化合物；和
[0011]‑
电解质，其置于所述阳极与所述阴极之间；
[0012]其中所述阴极包含集电器表面，所述集电器表面已通过在其上接枝所述含硫有机硅烷化合物或含硫有机硅烷化合物的混合物而至少部分改性。
具体实施方式
[0013]根据本专利技术已经令人惊讶地发现，可以减少或甚至避免在电解质中形成不需要的长的多硫化物(例如含有4个或更多个硫原子)。不希望受特定理论的束缚，据信由于含硫有机硅烷化合物可与来自阳极的镁、钙、铍或锌(或其组合或包含这些金属中的至少一种的合金)反应而不产生长的多硫化物，因此减少或甚至避免在电解质中形成此类长的多硫化物。减少或避免这些长的多硫化物的形成降低了上述
‘
穿梭效应
’
。
[0014]此外，再次不希望受理论的束缚，据信硅烷官能团允许直接化学键合到阴极的集电器的金属或导电性改进剂(如果有的话)上或通过形成低聚网络间接化学键合。当含硫有机硅烷化合物中所含的硫与镁、钙、铍或锌(或其组合或包含这些金属中的至少一种的合金)之间发生反应时，这种网络可允许能减轻体积变化的灵活性。显然，接枝还提供(有机硅烷)硫物质与集电器之间的接近和紧密接触。
[0015]本领域技术人员将容易理解，电能存储装置的类型可以广泛地变化并且可以包括电池和超级电容器。优选地，电能存储装置是电池，具体地说，镁
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硫、钙
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硫、铍
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硫或锌
‑
硫电池或包含这些金属的组合或包含这些金属中的至少一种的合金的硫电池，并且特别是镁
‑
硫电池。
[0016]如上所述，根据本专利技术，阳极包含选自镁、钙和铍或其组合的二价金属或包含这些金属中的至少一种的合金。合金可以包含其它金属，例如铝。本领域技术人员将容易理解，阳极没有特别限制，只要它包含镁、钙、锌和/或铍。这包括许多合金，它们可以提供相当大部分的上述二价金属原子。由于本领域技术人员通常熟悉选择Mg
‑
S
‑
型阳极，因此这里不再进一步详细讨论。在优选的实施例中，阳极仅包含镁、钙、铍或锌作为二价金属(因此不是镁、钙、铍或锌的任何类型的组合)，优选仅包含镁。
[0017]本领域技术人员将容易理解，阴极没有特别限制并且可以广泛地变化。由于本领域技术人员通常熟悉选择Mg
‑
S电池的阴极，因此这里不再进一步详细讨论。如上所述，根据本专利技术，阴极包含含硫有机硅烷化合物或其混合物(即含硫有机硅烷化合物的混合物)。
[0018]阴极包含集电器表面，所述集电器表面已经通过在其上接枝含硫有机硅烷化合物
而至少部分地，优选地完全改性。
[0019]将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电能存储装置，具体为一种电池，其至少包含：
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阳极，其包含选自镁、钙、铍和锌或其组合的二价金属或包含这些金属中的至少一种的合金；
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阴极，其包含接枝在所述阴极的表面上的元素硫或含硫有机硅烷化合物，或含硫有机硅烷化合物的混合物，或硫和含硫有机硅烷化合物的混合物；以及
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电解质，其置于所述阳极与所述阴极之间；其中所述阴极包含集电器表面，所述集电器表面已通过在其上接枝所述含硫有机硅烷化合物或含硫有机硅烷化合物的混合物而至少部分改性。2.权利要求1所述的装置，其中阳极包含镁
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铝
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锌合金。3.权利要求1或2所述的装置，其中所述集电器包含铝。4.前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述阴极包含一种或多种导电性改进剂，所述导电性改进剂优选选自由金属颗粒、...

【专利技术属性】
技术研发人员：G，
申请(专利权)人：国际壳牌研究有限公司，
类型：发明
国别省市：