锂-硒电池制造技术

一种用于电化学电池的阴极，其中该阴极包含复合材料，所述复合材料包含：i.电化学活性硒，或电化学活性硒与电化学活性硫的混合物；和ii.电子导电碳材料，其具有1.5cm3g

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锂
‑
硒电池


[0001]本专利技术涉及一种用于电化学电池的阴极，即锂
‑
硒电池。本专利技术还涉及一种包括所述阴极的电化学电池。本专利技术还涉及一种形成包含硒的阴极的方法。

技术介绍

[0002]锂
‑
硫电池的开发已经进行了数年。典型的锂
‑
硫电池包括由锂金属或锂金属合金形成的阳极(负极)，和由单质硫或其他电活性硫材料形成的阴极(正极)。硫或其他电活性含硫材料可以与导电材料混合以改进其电导率。例如，碳
‑
硫复合颗粒可包含在阴极内。
[0003]作为硫的替代品，硒可以结合在阴极内，从而提供锂
‑
硒电池。锂
‑
硒电池与锂
‑
硫电池有非常相似的化学组成。例如，在锂
‑
硒电池中，可以形成多硒化锂物质Se
n2
‑
，(n≥2，例如n＝2至8)来代替多硫化锂。硒比硫重，因此在锂
‑
硒电池中获得非常高的比能(例如超过350Wh/kg)可能更具挑战性。然而，硒的电子电导率远高于硫，而且也更为致密。因此，锂
‑
硒电池的开发具有提供高体积能量密度和功率容量的巨大潜力。

技术实现思路

[0004]在描述本专利技术的具体实施例之前，应当理解，本公开不限于本文公开的特定电池、方法或材料。还应理解的是，此处使用的术语仅用于描述具体实施例，而非意图限制，因为保护范围将由权利要求及其等同物来定义。
>[0005]在描述和要求保护本专利技术的电池和方法时，除非上下文另有明确规定，否则将使用以下术语：单数形式的表述包括复数形式。因此，例如，“阴极”包括对一个或多个此类元件的指代。
[0006]在本说明书的整个说明书和权利要求中，单词“包括”和“包含”及其变体是指“包括但不限于”，并且它们不旨在(也不)排除其他部分、添加剂、成分、整数或步骤。除非上下文另有要求，否则在本说明书的整个说明书和权利要求书中，单数涵盖复数。特别是，除非上下文另有要求，否则在使用不定冠词的情况下，说明书应被理解为考虑了复数和单数。
[0007]正如整个说明书中所使用的，术语“阳极”是指电化学电池中的负极，即在电池充电期间发生氧化的电极。正如整个说明书中所使用的，术语“阴极”是指电化学电池中的正极，即在电池充电期间发生还原的电极。
[0008]根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于电化学电池的阴极，其中该阴极包含复合材料，该复合材料包含：
[0009]i.电化学活性硒，或电化学活性硒与电化学活性硫的混合物；和
[0010]ii.电子导电碳材料，其具有1.5cm
3 g
‑1至10cm
3 g
‑1的平均孔隙体积和小于10nm的平均孔径，例如1.5cm
3 g
‑1至2cm
3 g
‑1的平均孔隙体积和1nm至3nm的平均孔径。
[0011]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种包括如本文公开的阴极的电化学电池，其中该电池还包括由碱金属和/或碱金属合金和/或硅形成的阳极；和电解质。
[0012]根据本公开的又一个方面，提供了一种用于形成如本文公开的电化学电池的方
法，所述方法包括：
[0013]a.提供具有1.5cm
3 g
‑1至10cm
3 g
‑1的平均孔隙体积和小于10nm的平均孔径的碳主体材料；
[0014]b.将电化学活性硒和任选的电化学活性硫引入碳主体材料中以形成复合材料；
[0015]c.在集流体上沉积所述复合材料以形成阴极；
[0016]d.使阴极与电解质接触；以及使阳极与电解质接触。
[0017]阴极
[0018]根据本专利技术，阴极包含碳
‑
硒复合材料。在一个实施方案中，阴极包含复合材料，该复合材料包含碳和电化学活性硒与电化学活性硫的混合物。或者，复合材料不含硫或基本不含硫。优选地，电化学活性硒，或电化学活性硒与电化学活性硫的混合物以0:100至50:50、优选10:90至30:70，例如20:80至40:80的S:Se化学计量比存在。或者，复合物中硒和硫的化学计量的量可以由Se1‑
x
S
x
定义，其中0<x<1，例如其中0<x<0.75，例如其中0<x<0.5。
[0019]在一个实施方案中，复合材料还包含电化学活性碲。例如，复合材料可以是碳
‑
硒
‑
碲复合材料。复合材料还可包含硫。由于碲增加的电导率，在阴极中包含碲可能是有益的。在阴极中包含碲的情况下，存在的硒、碲和任选的硫可以由Se1‑
x
‑
y
S
x
Te
y
定义。x可以被限定为0<x<1，例如0<x<0.75，例如0<x<0.5。y可以被限定为0<y<1，例如0<y<0.75，例如0<y<0.5。在一个实例中，0<x<0.5且0<y<0.5。x可以在0.1至1的范围内，例如0.2至0.8，例如0.3至0.6。在一个实施方案中，x可以在0.1至0.3的范围内。y可以在1的范围内，例如0.2至0.8，例如0.3至0.6。在一个实施方案中，y可以在0.1至0.3的范围内。例如，复合物可包括Se
0.8
S
0.1
Te
0.1
。
[0020]碳
‑
硒复合材料由碳主体材料孔内的硒域形成。硫域也可存在于碳主体材料的孔内，其中硫被另外地包含在阴极中。阴极可包含大于60重量％的硒，优选大于65重量％的硒，优选大于70重量％的硒，例如大于80重量％的硒。为避免疑义，该总重量是指包含碳
‑
硒材料(以及如果存在的电化学活性硫)、粘合剂和其他添加剂的阴极的重量，但不包括单独的集流体(如果存在)的重量。碳材料的结构，特别是碳材料内孔隙的大小和存在的总孔隙体积使得当碳材料的孔隙填充有硒时，复合材料的硒含量为大于60重量％硒，优选大于65重量％的硒，优选大于70重量％的硒，更优选大于75重量％的硒，例如，大于80重量％的硒。在还存在电化学活性硫的情况下，阴极可包含大于60重量％的硒和硫的组合，优选大于65重量％的硒和硫，优选大于70重量％的硒和硫，例如，大于80重量％的硒和硫。阴极可包含最高达10重量％的硫，优选最高达20重量％的硫，例如最高达30重量％的硫，例如最高达40重量％的硫，例如最高达50重量％的硫，例如最高达60重量％的硫，例如最高达80重量％的硫。
[002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】1.一种用于电化学电池的阴极，其中所述阴极包含复合材料，所述复合材料包含：i.电化学活性硒，或电化学活性硒与电化学活性硫的混合物；和ii.电子导电碳材料，其具有1.5cm
3 g
‑1至10cm
3 g
‑1的平均孔隙体积和小于10nm的平均孔径，例如1.5cm
3 g
‑1至2cm
3 g
‑1的平均孔隙体积和1nm至3nm的平均孔径。2.根据权利要求1所述的阴极，其中所述电化学活性硒，或电化学活性硒与电化学活性硫的混合物以0:100至50:50、优选10:90至30:70的S:Se比存在。3.根据任意前述权利要求所述的阴极，其中基于复合物的总重量，所述复合物包含大于60重量％的电化学活性硒，或60重量％的电化学活性硒与电化学活性硫的混合物。4.根据任意前述权利要求所述的阴极，其中硫材料包括单质硫；或碱金属硫化物，例如Li2S。5.根据任意前述权利要求所述的阴极，其中硒材料包括单质硒；或碱金属硒化物，例如Li2Se。6.根据任意前述权利要求所述的阴极，其中所述复合材料还包含电化学活性碲。7.根据任意前述权利要求所述的阴极，其中所述阴极的孔隙率小于40％，优选地其中所述阴极的孔隙率小于30％。8.根据任意前述权利要求所述的阴极，其中所述阴极还包含离子导电添加剂，诸如离子导电陶瓷、离子导电聚合物或其混合物。9.根据权利要求8所述的阴极，其中所述离子导电陶瓷选自LiPON、LLZO、LATP、LGPS、LPS和LAGP或其混合物。10.根据任意前述权利要求所述的阴极，其中所述阴极还包含电子导电碳添加剂，诸如炭黑和碳纳米管，并且任选地还包含粘合剂。11.根据任意前述权利要求所述的阴极，其中所述复合材料包含：包含电子导电碳材料；和电化学活性硒，或电化学活性硒与电化学活性硫的混合物的复合颗粒；以及包含陶瓷、聚合物、陶瓷
‑
聚合物杂化材料或其组合的层，其中所述层覆盖每个颗粒的外表面。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：格利恩技术私人有限公司，
类型：发明
国别省市：