【技术实现步骤摘要】
技术介绍
0、背景
1、在过去几十年中，在电化学存储和转换设备中取得了革命性的进步，扩展了这些系统在各种领域——包括便携式电子设备、航空和航天飞船技术、客运车辆和生物医学仪器——中的能力。当前最新型的电化学存储和转换设备具有被特别设计成提供与不同范围的应用要求和操作环境的兼容性的设计和性能属性。例如，发展了跨越从用于植入式医疗设备的展示非常低的自放电率和高放电可靠性的高能密度电池到为各种便携式电子设备提供长运行时间的廉价的重量轻的可再充电电池到用于能够在短时间段内提供非常高的放电率的军事和航天应用的高容量电池的范围的高级电化学存储系统。
2、尽管有该不同系列的高级电化学存储和转换系统的发展和广泛采用，但相当大的压力继续刺激研究以扩展这些系统的功能，从而实现更宽范围的设备应用。在对高功率便携式电子产品的要求中的大的增长例如在发展提供较高的能量密度的安全、重量轻的一次电池和二次电池中产生极大的利益。此外，对消费电子设备和仪器的领域中的小型化的要求继续刺激对用于减小高性能电池的尺寸、质量和形状因子的新颖设计和材料策略的研究。此外，在电动车辆和航空航天设计的领域中的继续发展也产生对能够具有在操作环境的有用范围内的良好设备性能的机械坚固的高可靠性高能密度和高功率密度电池的需要。
3、在电化学存储和转换技术中的很多最近的进步直接归因于用于电池部件的新材料的发现和集成。锂电池技术例如至少部分地由于用于这些系统的新颖电极和电解质材料的发现而继续快速发展。元素锂具有使它对用在电化学电池中有吸引力的特性的独特组
4、电极材料、电解质组成和设备几何结构中的进步继续支持基于li的电化学系统的进一步发展。例如，在2012年3月29日公布的美国专利申请公布us2012/0077095和在2012年3月15日公布的国际专利申请公布wo 2012/034042公开了用于包括锂电池的电化学系统的三维电极阵列结构。
5、尽管有相当大的进步，但依然存在与基于li的电化学系统的继续发展有关的实际挑战。相当大的问题例如涉及一次和二次锂和锂离子电池中的枝状晶体形成。通常已知在很多电解质中的li沉积是高度枝状的，这使这些系统易受到涉及短路、机械故障和热逸散的问题的影响。涉及枝状晶体形成的安全忧虑目前是实现可再充电系统中的金属li阳极的障碍。很多策略被实行以解决与枝状晶体形成有关的安全性，特别是在二次电池的背景中，包括非锂阳极和能够实时监控与枝状晶体形成相关的问题的内部安全系统的发展。
6、如通常从前述内容认识到的，目前存在对展示对各种应用有用的电化学特性的比如基于锂或基于碱金属的电池、液流电池、超电容器和燃料电池的电化学系统的需要。具体地，需要能够有良好的电化学性能和对一次基于锂的电池和二次基于锂的电池的高度通用性的锂电化学系统。
技术实现思路
0、概述
1、在一个方面中，本专利技术提供了用于电化学系统的分隔物系统，其提供对各种电化学存储和转换应用有用的电子、机械和化学特性。一些实施方式的分隔物系统例如提供对防止电化学电池中的灾难性故障有用和对提高性能例如循环寿命和能量以及功率有用的结构、物理和静电特性。一个系列的例子是用于管理和控制基于金属的电池例如基于锂、基于碱、基于锌和基于铅的电池中的枝状晶体形成的分隔物。在实施方式中，例如本专利技术的分隔物系统具有支持优良的离子转移特性而同时提供对防止枝状晶体引起的机械故障、电子内部短路和/或热逸散有效的屏障的多层、多孔几何结构。另一系列的例子是由几个多孔/穿孔层和不能透过的然而离子选择性的传导膜组成的多层分隔物，其中多孔层提供对防止内部短路故障例如枝状晶体短路故障和/或热逸散有效的屏障；且膜层提供对分隔紧邻阳极的电解质与紧邻阴极的电解质有效的屏障，其可防止电极及其表面和其电解质中的任一个的污染，并因此提高电池的性能例如能量、功率和寿命周期；这在金属空气和液流电池及半固体电池中特别有用，一些例子是锂-空气、锂水和锌-空气电池。
2、在实施方式中，本专利技术提供了用于电化学系统的分隔物系统，其包括：（i）第一高机械强度层，其具有完全穿过第一高机械强度层延伸并以第一图案设置的多个孔；以及（ii）第二高机械强度层，其具有完全穿过第二高机械强度层延伸并以第二图案设置的多个孔；第二图案具有相对于第一图案的偏移对准，使得第一高机械强度层的孔和第二高机械强度层的孔沿着从第一高机械强度层垂直地延伸到第二高机械强度层的轴的重叠小于或等于20%；其中第一高机械强度层和第二高机械强度层定位成使得设置成与第一高机械强度层和第二高机械强度层接触的电解质的离子能够通过第一高机械强度层和第二高机械强度层转移。在实施方式中，例如第一高机械强度层和第二高机械强度层彼此不直接物理接触。在这个方面的实施方式中，第一高机械强度层的孔和第二高机械强度层的孔沿着从第一高机械强度层垂直地延伸到第二高机械强度层的轴的重叠小于或等于10%。在实施方式中，例如本专利技术的分隔物系统还包括设置在第一高机械强度层和第二高机械强度层之间并可选地与第一高机械强度层、第二高机械强度层或两者接触的一种或更多种电解质，其中第一高机械强度层和第二高机械强度层是离子传导的，并可选地允许电化学系统的电解质的转移。
3、在实施方式中，本专利技术提供了用于电化学系统的分隔物系统，其包括：（i）第一高机械强度层，其具有完全穿过第一高机械强度层延伸并以第一图案设置的多个孔；（ii）第二高机械强度层，其具有完全穿过第二高机械强度层延伸并以第二图案设置的多个孔；第二图案具有相对于第一图案的偏移对准，使得第一高机械强度层的孔和第二高机械强度层的孔沿着从第一高机械强度层垂直地延伸到第二高机械强度层的轴的重叠小于或等于20%；以及（iii）第三高机械强度层，其具有完全穿过第三高机械强度层延伸并以第三图案设置的多个孔，第三图案具有与第一图案的孔空间布置相同的孔空间布置，其中第一高机械强度层、第二高机械强度层和第三高机械强度层定位成使得设置成与第一高机械强度层、第二高机械强度层和第三高机械强度层接触的电解质的离子能够通过第一高机械强度层、第二高机械强度层和第三高机械强度层转移。在这个方面的实施方式中，第一高机械强度层的孔和第二高机械强度层本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电化学电池，所述电化学电池包括：
2.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述至少一个涂层不是多孔的。
3.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述电子和离子导电层的至少一个涂层是在所述固体电解质层上的至少一个金属或金属合金的涂层。
4.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述电子和离子导电层的至少一个涂层是在所述固体电解质层上的所述碳材料和至少一个金属或金属合金的涂层。
5. 根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述至少一个电子和离子导电层具有在10nm和10 μm之间的厚度。
6.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述至少一个电子和离子导电层参与所述正电极或所述负电极的电化学反应。
7.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述正电极包括锂化的活性材料。
8.根据权利要求7所述的电化学电池，其中所述正电极包括锂化的金属氧化物。
9.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述负电极包括经历形状改变的材料。
10.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述负电极包括锂金
11.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述至少一个金属或金属合金包括银(Ag)。
12.根据权利要求1所述的电化学电池，所述电化学电池包括锂二次电池，其中所述锂二次电池是Li金属电池。
13.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述电化学电池是可再充电锂电池，所述可再充电锂电池包括金属涂层材料，以及其中所述金属涂层材料包括银、铝、锌或其组合。
14.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述至少一个电子和离子导电层不存储和/或输送能量。
15.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述至少一个电子和离子导电层被配置为还原所述正电极和所述负电极中的一个。
16.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述至少一个金属或金属合金包括铝。
17.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述至少一个电子和离子导电层还包括氧化铝。
18.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述至少一个金属或金属合金包括纤维或纳米纤维。
19.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述至少一个电子和离子导电层包括在所述负电极上的涂层。
20.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述至少一个电子和离子导电层包括在所述固体电解质层上的涂层。
21. 根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述至少一个涂层是多孔的。
22.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述至少一个电子和离子导电层与活性正电极材料或活性负电极材料电接触；以及
...【技术特征摘要】
1.一种电化学电池，所述电化学电池包括：
2.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述至少一个涂层不是多孔的。
3.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述电子和离子导电层的至少一个涂层是在所述固体电解质层上的至少一个金属或金属合金的涂层。
4.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述电子和离子导电层的至少一个涂层是在所述固体电解质层上的所述碳材料和至少一个金属或金属合金的涂层。
5. 根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述至少一个电子和离子导电层具有在10nm和10 μm之间的厚度。
6.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述至少一个电子和离子导电层参与所述正电极或所述负电极的电化学反应。
7.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述正电极包括锂化的活性材料。
8.根据权利要求7所述的电化学电池，其中所述正电极包括锂化的金属氧化物。
9.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述负电极包括经历形状改变的材料。
10.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述负电极包括锂金属和/或锂合金。
11.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述至少一个金属或金属合金包括银(ag)。
12.根据权利要求1所述的电化学电池，所述电化学电池包括锂...
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