用于抑制电池中的枝晶形成和离子耗竭的声波驱动混合制造技术

一种电池，可包括第一电极、第二电极、电解液、以及至少一个声学装置，该声学装置被配置成在电池充电和/或放电期间产生声流。电池的充电可触发来自第一电极的阳离子穿过电解液并沉积在第二电极上，而电池的放电可触发来自第二电极的阳离子穿过电解液并沉积在第一电极上。所述声流可驱动电解液的混合和/或紊流，该混合和/或紊流可通过提高阳离子和/或阴离子的扩散速率来提高电池的充电速率和/或放电速率。所述混合和/或紊流还可通过至少均化电解液中的阳离子和/或阴离子的分布来防止在第一电极和/或第二电极上形成枝晶。一电极和/或第二电极上形成枝晶。一电极和/或第二电极上形成枝晶。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于抑制电池中的枝晶形成和离子耗竭的声波驱动混合
[0001]相关申请
[0002]本申请要求于2019年8月2日提交的名称为“液体电解液中的离子耗竭和枝晶形成的化学不可知预防”的第62/882,450号美国临时专利申请以及于2020年1月31日提交的名称为“液体电解液中的离子耗竭和枝晶形成的化学不可知预防”的第62/968,556号美国临时专利申请的优先权，这些临时专利申请的公开内容通过引用整体结合在此。
[0003]政府赞助支持声明
[0004]本专利技术是在由能源部授予的第EE008363号授权的政府支持下完成的。政府对本专利技术享有某些权利。


[0005]本文中公开的主题总体涉及电池技术，更具体地说，涉及可再充电电池中的枝晶形成和离子耗竭的抑制。

技术介绍

[0006]电池可通过氧化和还原将化学能转化为电能，或者相反。例如，在电池的放电期间，电池的阳极(例如负极)的原子可能氧化从而形成阳离子(例如带正电的离子)和自由电子。自由电子可从电池的阳极迁移到阴极(例如正极)，从而产生电流，该电流流过包括电池的电负载的外部电路。此外，阳离子还可通过介于阳极与阴极之间的电解液行进至阴极。同时，为了给电池充电，可向电池施加电流，以使阴极的原子氧化并形成阳离子和自由电子。自由电子可通过外部电路返回阳极，而阳离子可行进穿过电解液以返回阳极。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了与防枝晶形成和离子耗竭的电池相关的制品和方法。在一个方面中，提供了一种电池，其包括：第一电极；第二电极；介于第一电极与第二电极之间的电解液；以及至少一个声学装置，其被配置成在电池的充电和/或放电期间产生声流，电池的充电触发来自第一电极的阳离子穿过电解液并沉积在第二电极上，电池的放电触发来自第二电极的阳离子穿过电解液并沉积在第一电极上，所述声流驱动电解液的混合和/或紊流，电解液的混合和/或紊流通过至少提高阳离子和/或阴离子的扩散速率来提高电池的充电速率和/或放电速率，并且所述混合和/或紊流还通过至少均化电解液中的阳离子和/或阴离子的分布来防止在第一电极和/或第二电极上形成枝晶。
[0008]在一些变化形式中，可选地可在任何可行的组合中包括本文中公开的包括以下特征的一种或多种特征。所述均化可通过至少降低电解液中的阳离子和/或阴离子的浓度梯度来防止枝晶的形成。
[0009]在一些变化形式中，所述均化可通过至少提高电解液中的阳离子和阴离子分布的均一性来防止枝晶的形成。
[0010]在一些变化形式中，所述均化可通过至少提高第一电极和/或第二电极上的阳离
子沉积的均一性来防止枝晶的形成。
[0011]在一些变化形式中，电解液的混流还能最大限度地加强阳离子和/或阴离子的输运，以替代在电池的充电和/或放电期间从电解液耗竭的阳离子和/或阴离子。
[0012]在一些变化形式中，所述电解液可包括液体电解液，该液体电解液包括水、碳酸盐基电解液、酯基电解液、醚基电解液、离子液体、腈基电解液、磷酸盐基电解液、硫基电解液和砜基电解液之中的一种或多种。
[0013]在一些变化形式中，所述电解液可包括聚合物基电解液、有机电解液、固体电解液、非水性有机溶剂电解液和气体电解液。
[0014]在一些变化形式中，所述第一电极可以是电池的阳极。
[0015]在一些变化形式中，所述电池的阳极可由金属形成，该金属包括锂(Li)、钾(K)、镁(Mg)、铜(Cu)、锌(Zn)、钠(Na)和铅(Pb)之中的至少一种。
[0016]在一些变化形式中，所述电池的阳极可由包括石墨、石墨烯和/或二氧化钛(TiO2)之中的至少一种的插层材料形成。
[0017]在一些变化形式中，所述电池的阳极可由包括硅(Si)、铝(Al)和锡(Sn)之中的至少一种的合金形成。
[0018]在一些变化形式中，所述电池的阳极可由包括过氧化铜(CuO2)的转化材料形成。
[0019]在一些变化形式中，所述第二电极可以是电池的阴极。
[0020]在一些变化形式中，所述电池的阴极可以是插层型电极，该插层型电极包括锂插层碳电极、锂插层硅电极、氧化钒电极、锂过量电极、石墨电极和石墨烯电极之中的至少一种。
[0021]在一些变化形式中，所述电池的阴极可以是包括锡(Sn)的合金型电极。
[0022]在一些变化形式中，所述电池的阴极可以是包括氧(O)和空气之中的至少一种的空气电极。
[0023]在一些变化形式中，所述至少一个声学装置可以是沉积在基底上的换能器。该换能器可被配置成通过至少在基底内和/或基底上施加拉伸和压缩来响应电输入信号。所述基底可通过至少振荡以产生多种声波来响应拉伸和压缩。
[0024]在一些变化形式中，所述多种声波可包括表面声波、兰姆波、弯曲波、厚度模式振动、混合模式波、纵波、剪切模式振动和/或体波振动。
[0025]在一些变化形式中，所述至少一个声学装置可包括一对或多对叉指换能器、一层导电材料和/或一个或多个触针。
[0026]在一些变化形式中，所述基底可由至少一种压电材料形成。
[0027]在一些变化形式中，所述压电材料可包括铌酸锂(LiNbO3)、钛酸锂(Li2TiO3)、钛酸钡(BaTiO3)、锆钛酸铅(Pb(ZrxTi1
‑
x)O3，其中(0≤x≤1))、石英、氮化铝(AlN)、硅酸镧镓、铌酸铅镁
‑
钛酸铅(PMN
‑
PT)、无铅铌酸钾钠(K
0.5
Na
0.5
NbO3或KNN)、无铅铌酸钾钠的掺杂衍生物和/或聚偏二氟乙烯(PVDF)。
[0028]在一些变化形式中，所述至少一个声学装置可被配置成产生多种声波，所述声波具有与所述多种声波的衰减长度对应的频率。所述衰减长度可与第一电极的第一长度、第二电极的第二长度和/或第一电极与第二电极之间的距离对应。
[0029]在一些变化形式中，所述至少一个声学装置可集成在电池的壳体内和/或集成在
电池的壳体上。
[0030]在一些变化形式中，所述电池可以是纽扣电池、软包电池或圆柱电池。
[0031]在一些变化形式中，所述电池可与被配置成驱动所述至少一个声学装置的电路联接。所述电路可包括集成电池充电电路和自动共振搜寻功能。
[0032]在一些变化形式中，一种方法可包括：接收响应于一种或多种声波的反馈信号，所述一种或多种声波是由包括电池的至少一个声学装置产生的，并且所述反馈信号与由电池内部的一个或多个部件形成的所述一种或多种声波的至少部分反射对应；至少根据反馈信号确定电池内部的形态；并且至少根据电池内部的形态控制电池的操作。
[0033]在一些变化形式中，所述电池的操作的控制可包括响应于指示在第一电极和/或第二电极的表面上存在枝晶和/或气泡的反馈信号终止电池的操作。
[0034]在一些变化形式中，所述电池的操作的控制可包括响应于指示存在分离枝晶、固体电解液界面层破裂和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电池，至少包括：第一电极；第二电极；介于第一电极与第二电极之间的电解液；以及至少一个声学装置，其被配置成在电池的充电和/或放电期间产生声流，电池的充电触发来自第一电极的阳离子穿过电解液并沉积在第二电极上，电池的放电触发来自第二电极的阳离子穿过电解液并沉积在第一电极上，所述声流驱动电解液的混合和/或紊流，电解液的混合和/或紊流通过至少提高阳离子和/或阴离子的扩散速率来提高电池的充电速率和/或放电速率，并且所述混合和/或紊流通过至少均化电解液中的阳离子和/或阴离子的分布来进一步防止在第一电极和/或第二电极上形成枝晶。2.根据权利要求1所述的电池，其中，所述均化通过至少降低电解液中的阳离子和/或阴离子的浓度梯度来防止枝晶的形成。3.根据权利要求1
‑
2中的任一项所述的电池，其中，所述均化通过至少提高电解液中的阳离子和阴离子的分布的均一性来防止枝晶的形成。4.根据权利要求1
‑
3中的任一项所述的电池，其中，所述均化通过至少提高第一电极和/或第二电极上的阳离子沉积的均一性来防止枝晶的形成。5.根据权利要求1
‑
4中的任一项所述的电池，其中，所述电解液的混流还最大化阳离子和/或阴离子的输运，以替代在电池的充电和/或放电期间从电解液耗竭的阳离子和/或阴离子。6.根据权利要求1
‑
5中的任一项所述的电池，其中，所述电解液包括液体电解液，该液体电解液包括水、碳酸盐基电解液、酯基电解液、醚基电解液、离子液体、腈基电解液、磷酸盐基电解液、硫基电解液和砜基电解液之中的一种或多种。7.根据权利要求1
‑
6中的任一项所述的电池，其中，所述电解液包括聚合物基电解液、有机电解液、固体电解液、非水性有机溶剂电解液和气体电解液。8.根据权利要求1
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7中的任一项所述的电池，其中，所述第一电极包括电池的阳极。9.根据权利要求8所述的电池，其中，所述电池的阳极是由金属形成的，该金属包括锂(Li)、钾(K)、镁(Mg)、铜(Cu)、锌(Zn)、钠(Na)和铅(Pb)之中的至少一种。10.根据权利要求8
‑
9中的任一项所述的电池，其中，所述电池的阳极由包括石墨、石墨烯和/或二氧化钛(TiO2)之中的至少一种的插层材料形成。11.根据权利要求8
‑
10中的任一项所述的电池，其中，所述电池的阳极由包括硅(Si)、铝(Al)和锡(Sn)之中的至少一种的合金形成。12.根据权利要求8
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11中的任一项所述的电池，其中，所述电池的阳极由包括过氧化铜(CuO2)的转化材料形成。13.根据权利要求1
‑
12中的任一项所述的电池，其中，所述第二电极包括电池的阴极。14.根据权利要求13所述的电池，其中，所述电池的阴极包括插层型电极，该插层型电极包括锂插层碳电极、锂插层硅电极、氧化钒电极、锂过量电极、石墨电极和石墨烯电极之中的至少一种。15.根据权利要求13
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14中的任一项所述的电池，其中，所述电池的阴极包括转化型电极，该转化型电极包括硫(S)和氟化铜(CuF2)之中的至少一种。
16.根据权利要求13
‑
15中的任一项所述的电池，其中，所述电池的阴极包括合金型电极，该合金型电极包括锡(Sn)。17.根据权利要求13
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【专利技术属性】
技术研发人员：奥弗，
申请(专利权)人：技术研究及发展基金有限公司，
类型：发明
国别省市：