【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术背景1.专利
本专利技术一般涉及活性金属电化学装置。更特别地，本专利技术涉及活性金属(例如碱金属，如锂)、活性金属嵌入(例如锂-碳、碳)和活性金属合金(例如锂-锡)合金或合金化金属(例如锡)电化学(例如电极)结构和电池组电池。电极结构具有离子导电保护构造，该保护构造包括活性金属(例如锂)导电不透水层，其被用非水电解质浸渍的多孔隔膜与电极(阳极)隔开。这种保护结构防止了活性金属与不透水层的另一(阴极)侧上环境的有害反应，环境可包括含水、空气或有机液体电解质和/或电化学活性材料。2.相关技术描述碱金属如锂的低当量使它们作为电池电极部件尤其有吸引力。锂能提供比传统电池标准-镍和镉更大的每体积的能量。不幸的是，可再充电锂金属电池在市场上还没有成功。可再充电锂金属电池的失败很大程度上归因于电池循环问题。在反复的充电和放电循环中，锂“枝晶”通过电解质从锂金属电极逐渐生长出来，并最终接触正极。这导致电池内部短路，使电池在较少的几次循环后就不能再使用。在循环的同时，锂电极还可能生长出会从负极上移开的“海绵状”沉积物，并因此降低了电池容量。为了解决锂在液体电解质体系中差的循环性能，一些研究人员提出对锂负极面向电解质的侧涂敷“保护层”。这种保护层必须能传导锂离子，但同时防止锂电极表面和主体电解质之间的接触。许多应用保护层的技术都没有成功。一些预期的锂金属保护层都在原位通过锂金属和接触锂的电池电解质中的化合物之间的反应来形成。这些原位薄膜中的大部分都是通过组装电池后的控制化学反应来生长。通常，这种薄膜具有允许部分电解质渗透到裸锂金属表面上的多孔形态。因此，它们不能充...
【技术保护点】
一种电化学电池结构，包括：阳极，该阳极包括选自活性金属、活性金属离子、活性金属合金化金属和活性金属嵌入材料中的材料；和在阳极第一表面上的离子导电保护构造，该构造包括：包括非水阳极电解液的活性金属离子导电隔膜层，该隔膜 层与活性金属化学相容并接触阳极，和与隔膜层和含水环境化学相容并接触隔膜层的基本不透水离子导电层。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-2-6 60/542,532;US 2004-2-27 60/548,231;US 1.一种电化学电池结构，包括：阳极，该阳极包括选自活性金属、活性金属离子、活性金属合金化金属和活性金属嵌入材料中的材料；和在阳极第一表面上的离子导电保护构造，该构造包括：包括非水阳极电解液的活性金属离子导电隔膜层，该隔膜层与活性金属化学相容并接触阳极，和与隔膜层和含水环境化学相容并接触隔膜层的基本不透水离子导电层。2.权利要求1的结构，其中隔膜层包括用非水阳极电解液浸渍的半透膜。3.权利要求2的结构，其中半透膜为微孔聚合物。4.权利要求3的结构，其中阳极电解液处于液相。5.权利要求4的结构，其中阳极电解液包括选自有机碳酸酯、醚、酯、甲酸酯、内酯、砜、环丁砜及其组合中的溶剂。6.权利要求5的结构，其中阳极电解液包括溶剂和支撑盐，其中溶剂选自EC、PC、DEC、DMC、EMC、THF、2MeTHF、1，2-DME或高级甘醇二甲醚、环丁砜、甲酸甲酯、乙酸甲酯和它们的组合，支撑盐选自LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiSO3CF3、LiN(CF3SO2)2和LiN(SO2C2F5)2。7.权利要求6的结构，其中阳极电解液还包括1，3-二氧戊环。8.权利要求3的结构，其中阳极电解液处于凝胶相。9.权利要求8的结构，其中阳极电解液包括胶凝剂、增塑剂和Li盐，胶凝剂选自PVdF、PVdF-HFP共聚物、PAN和EPO及它们的混合物；增塑剂选自EC、PC、DEC、DMC、EMC、THF、2MeTHF、1，2-DME和它们的混合物；Li盐选自LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiSO3CF3、LiN(CF3SO2)2和LiN(SO2C2F5)2。10.前述任意一项权利要求的结构，其中基本不透水离子导电层包括选自玻璃态或非晶态活性金属离子导体、陶瓷活性金属离子导体和玻璃-陶瓷活性金属离子导体中的材料。11.前述任意一项权利要求的结构，其中活性金属为锂。12.前述任意一项权利要求的结构，其中基本不透水离子导电层-->为具有以下组成并包含由Li1+x(M，Al，Ga)x(Ge1-yTiy)2-x(PO4)3和/或Li1+x+yQxTi2-xSiyP3-yO12组成的主晶相的离子导电玻璃-陶瓷：组成 mol％P2O5SiO2GeO2+TiO2其中GeO2TiO2ZrO2M2O3Al2O3Ga2O3Li2O 26-55％ 0-15％ 25-50％ 0-50％ 0-50％ 0-10％ 0＜10％ 0-15％ 0-15％ 3-25％其中Li1+x(M，Al，Ga)x(Ge1-yTiy)2-x(PO4)3中X≤0.8和0≤Y≤1.0，M为选自Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm和Yb的元素，Li1+x+yQxTi2-xSiyP3-yO12中0＜X≤0.4和0＜Y≤0.6，Q为Al或Ga。13.前述任意一项权利要求的结构，其中基本不透水离子导电层具有至少10-5S/cm的离子电导率。14.前述任意一项权利要求的结构，其中非水电解质隔膜层具有至少10-5S/cm的离子电导率。15.前述任意一项权利要求的结构，其中阳极包括活性金属。16.前述任意一项权利要求的结构，其中阳极包括活性金属离子。17.前述任意一项权利要求的结构，其中阳极包括活性金属合金化金属。18.权利要求17的结构，其中活性金属合金化金属选自Ca、Mg、Sn、Ag、Zn、Bi、Al、Cd、Ga、In和Sb。19.前述任意一项权利要求的结构，其中阳极包括活性金属嵌入材料。20.权利要求19的结构，其中活性金属嵌入材料包括碳。21.一种电池组电池，包括：活性金属阳极；阴极结构；和-->在阳极第一表面上的离子导电保护构造，该构造包括：包括非水阳极电解液的活性金属离子导电隔膜层，该隔膜层与活性金属化学相容并接触阳极，和与隔膜层和阴极结构化学相容并接触阴极结构的基本不透水离子导电层。22.权利要求21的电池，其中隔膜层包括用非水阳极电解液浸渍的半透膜。23.权利要求22的电池，其中半透膜为微孔聚合物。24.权利要求23的电池，其中阳极电解液处于液相。25.权利要求24的电池，其中阳极电解液包括选自有机碳酸酯、醚、酯、甲酸酯、内酯、砜、环丁砜及其组合中的溶剂。26.权利要求25的电池，其中阳极电解液包括溶剂和支撑盐，其中溶剂选自EC、PC、DEC、DMC、EMC、THF、2MeTHF、1，2-DME或高级甘醇二甲醚、环丁砜、甲酸甲酯、乙酸甲酯和它们的组合，支撑盐选自LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiSO3CF3、LiN(CF3SO2)2和LiN(SO2C2F5)2。27.权利要求26的电池，其中阳极电解液还包括1，3-二氧戊环。28.权利要求23的电池，其中阳极电解液处于凝胶相。29.权利要求28的电池，其中阳极电解液包括胶凝剂、增塑剂和Li盐，胶凝剂选自PVdF、PVdF-HFP共聚物、PAN和EPO及它们的混合物；增塑剂选自EC、PC、DEC、DMC、EMC、THF、2MeTHF、1，2-DME和它们的混合物；Li盐选自LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiSO3CF3、LiN(CF3SO2)2和LiN(SO2C2F5)2。30.权利要求21的电池，其中基本不透水离子导电层包括选自玻璃态或非晶态活性金属离子导体、陶瓷活性金属离子导体和玻璃-陶瓷活性金属离子导体中的材料。31.权利要求30的电池，其中活性金属为锂。32.权利要求31的电池，其中基本不透水离子导电层为具有以下组成并包含由Li1+x(M，Al，Ga)x(Ge1-yTiy)2-x(PO4)3和/或Li1+x+yQxTi2-xSiyP3-yO12组成的主晶相的离子导电玻璃-陶瓷：组成 mol％--> P2O5 SiO2 GeO2+TiO2 其中GeO2 TiO2 ZrO2 M2O3 Al2O3 Ga2O3 Li2O 26-55％ 0-15％ 25-50％ 0-50％ 0-50％ 0-10％ 0＜10％ 0-15％ 0-15％ 3-25％其中Li1+x(M，Al，Ga)x(Ge1-yTiy)2-x(PO4)3中X≤0.8和0≤Y≤1.0，M为选自Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm和Yb的元素，Li1+x+yQxTi2-xSiyP3-yO12中0＜X≤0.4和0＜Y≤0.6，Q为Al或Ga。33.权利要求21的电池，其中基本不透水离子导电层具有至少10-5S/cm的离子电导率。34.权利要求21的电池，其中非水电解质隔膜层具有至少10-5S/cm的离子电导率。35.权利要求21的电池，其中阳极包括活性金属。36.权利要求21的电池，其中阳极包括活性金属离子。37.权利要求21的电池，其中阳极包括活性金属合金化金属。3...
【专利技术属性】
技术研发人员：SJ维斯科，YS尼蒙，BD卡茨，LC德永赫，
申请(专利权)人：波利普拉斯电池有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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