包括固相和液相的电化学材料制造技术

通常，描述了电化学装置及相关联的材料和方法。在一些实施方式中，电化学装置包括电活性材料。电活性材料可以包括具有彼此共存的固相和液相的合金。因此，在某些情况下，与例如基本上纯金属电极相比，这样的合成电极可以具有允许高能量密度和改善的电流密度两者的机械柔软度。柔软度。柔软度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括固相和液相的电化学材料
[0001]相关申请
[0002]本申请根据35U.S.C.119(e)要求于2019年6月18日提交的美国临时申请第62/863,144号的权益，其公开内容通过引用整体并入本文。


[0003]通常，描述了与使用包括固相和液相的电化学材料相关的电化学装置，以及相关联的材料和方法。

技术介绍

[0004]增加锂离子(Li离子)电池的能量密度和充电/放电的速率对于加速将这样的电池用于广泛的应用非常重要，包括运输(例如电动车辆)和网格存储(例如电力网)。锂金属基阳极提供了改善能量密度的途径，但是电镀(例如充电)电流密度受到限制，例如低于约1mA/cm2。这样的限制阻碍了高面积容量阴极的使用，因此导致能量密度有限和充电时间差的电池。

技术实现思路

[0005]通常，描述了电化学装置以及相关联的材料和方法。在某些情况下，本公开内容的主题涉及相互关联的产品、特定问题的替选解决方案以及/或者一种或更多种装置、材料和/或方法的多种不同用途。
[0006]在某些实施方式中，描述了一种电化学装置。根据一些实施方式，电化学装置包括包含合金的电极，其中，合金包括至少一种碱金属，并且合金在15℃与30℃之间或者等于15℃和30℃的温度下具有固相和液相。
[0007]在一些实施方式中，描述了一种电活性材料。根据某些实施方式，电活性材料包括包含至少两种碱金属的合金，其中，合金在15℃与30℃之间或者等于15℃和30℃的温度下具有固相和液相。
[0008]在某些实施方式中，描述了一种操作电化学装置的方法。根据一些实施方式，该方法包括在第一温度下对电化学装置进行充电和/或使电化学装置放电，其中，电化学装置的至少一个电极包括在第一温度下具有固相和液相的合金。
[0009]当结合附图考虑时，本专利技术的其他优点和新颖特征将从以下本专利技术的各种非限制性实施方式的详细描述中变得明显。在本说明书和通过引用并入的文件包括冲突和/或不一致的公开内容的情况下，应以本说明书为准。
附图说明
[0010]将参照附图通过实例的方式描述本专利技术的非限制性实施方式，附图是示意性的，并且不旨在按比例绘制。在附图中，所示的每个相同或几乎相同的部件通常由单个数字表示。为了清楚起见，并非每个部件均在每个附图中标记，也没有示出本专利技术的每个实施方式
的每个部件，其中图示不一定使本领域普通技术人员理解本专利技术。在附图中：
[0011]图1示出了根据某些实施方式的电化学装置的截面示意图；
[0012]图2示出了根据某些实施方式的包括分散在液相中的固相的电极的截面示意图；
[0013]图3示出了根据某些实施方式的包括沿界面彼此接触的分开的固相和液相的电极的截面示意图；
[0014]图4示出了根据某些实施方式的操作电化学装置的方法；
[0015]图5A示出了根据某些实施方式的在1个大气压下的Li
‑
Na合金的合成温度相图；
[0016]图5B示出了根据某些实施方式的在1个大气压下的K
‑
Li合金的合成温度相图；
[0017]图5C示出了根据某些实施方式的在1个大气压下的K
‑
Na合金的合成温度相图；
[0018]图6示出了根据某些实施方式的Li的压力温度相图；
[0019]图7A示出了根据某些实施方式的在大施加电流密度下在电沉积之后电极形态的相场模拟；
[0020]图7B示出了根据某些实施方式的枝晶尖端处的界面速度分布的相场模拟；
[0021]图7C示出了根据某些实施方式的围绕枝晶尖端的Li离子摩尔分数的分布的相场模拟；
[0022]图7D示出了根据某些实施方式的围绕枝晶的二维电场矢量分布；
[0023]图8A示出了根据某些实施方式的具有枝晶的金属电极的电极形态的相变图；
[0024]图8B示出了根据某些实施方式的正常应力的分布图；
[0025]图8C示出了根据某些实施方式的抑制因子的分布图；
[0026]图9A示出了根据某些实施方式的对称电池单元的临界电流密度对比于面积容量；
[0027]图9B示出了根据某些实施方式的忽略面积容量的对称电池单元的平均临界电流密度；
[0028]图9C示出了根据某些实施方式的与图9A相比的在放大的y轴刻度上对称电池单元的临界电流密度对比于面积容量；
[0029]图9D示出了根据某些实施方式的与图9B相比的在放大的y轴刻度上的忽略面积容量的对称电池单元的平均临界电流密度；
[0030]图10A示出了根据某些实施方式的NaK(e)
‑
Li/LLZTO/NaK(e)
‑
Li电池单元的60个小时的电压时间迹线和电流密度时间迹线；
[0031]图10B示出了根据某些实施方式的在0.25mA
·
cm
‑2至1.75mA
·
cm
‑2下NaK(e)
‑
Li/LLZTO/NaK(e)
‑
Li电池单元的电化学阻抗谱(EIS)频谱；
[0032]图10C示出了根据某些实施方式的NaK(e)
‑
Li/LLZTO/NaK(e)
‑
Li电池单元的在图10A中的数据之后的20个小时的电压时间迹线和电流密度时间迹线；
[0033]图10D示出了根据某些实施方式的在1.5mA
·
cm
‑2至3mA
·
cm
‑2下NaK(e)
‑
Li/LLZTO/NaK(e)
‑
Li电池单元的EIS频谱；
[0034]图11A示出了根据某些实施方式的95K5Na/KBA/95K5Na电池单元的50个小时的电压时间迹线和电流密度时间迹线；
[0035]图11B示出了根据某些实施方式的在2mA
·
cm
‑2至10mA
·
cm
‑2下95K5Na/KBA/95K5Na电池单元的EIS频谱；
[0036]图11C示出了根据某些实施方式的95K5Na/KBA/95K5Na电池单元的在图11A中的数
据之后的10个小时的电压时间迹线和电流密度时间迹线；
[0037]图11D示出了根据某些实施方式的在10mA
·
cm
‑2至20mA
·
cm
‑2下95K5Na/KBA/95K5Na电池单元的EIS频谱。
具体实施方式
[0038]本专利技术人已经实现和理解，机械上软的金属电极提供了改善电极的临界电流密度的途径。在一些实施方式中，描述了一种电化学装置(例如可再充电电池)，其包括包含合金的电极，该合金用作电极的电化学材料。在某些实施方式中，合金可以在储存和/或利用电化学装置的温度范围内具有金属合金的固相和液相两者。这样的温度可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电化学装置，包括：包括合金的电极，其中，所述合金包括至少一种碱金属，并且所述合金在15℃与30℃之间或者等于15℃和30℃的温度下具有固相和液相。2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，所述合金包括至少两种碱金属。3.根据权利要求1或2所述的电化学装置，其中，所述合金包括锂(Li)、钠(Na)和/或钾(K)。4.根据权利要求1至3中任一项所述的电化学装置，其中，所述合金中的固相与液相的比率为至少50％。5.根据权利要求1至4中任一项所述的电化学装置，其中，所述合金中的固相与液相的比率为至少80％。6.根据权利要求1至5中任一项所述的电化学装置，其中，所述液相包括Li、Na和/或K。7.根据权利要求1至6中任一项所述的电化学装置，其中，所述固相包括Li、Na和/或K。8.根据权利要求1至7中任一项所述的电化学装置，其中，所述固相包括基于所述固相中的总摩尔数大于或等于50摩尔％的量的Li。9.根据权利要求1至8中任一项所述的电化学装置，其中，所述固相包括基于所述固相中的总摩尔数大于或等于90摩尔％的量的Li。10.根据权利要求1至7中任一项所述的电化学装置，其中，所述固相包括Li，并且所述液相包括Li，并且基于所述合金中的总摩尔数，所述固相包括比所述液相更大的摩尔％的Li。11.根据权利要求1至7中任一项所述的电化学装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜一民，理查德，
申请(专利权)人：卡内基，
类型：发明
国别省市：