电极组合物和方法技术

公开了一种用于电化学电池的组合物，其中该组合物包括基本上没有杂质的清洁金属，以及与该清洁金属接触的保护材料层。还公开了一种电化学电池，其包括包含基本上没有杂质的清洁金属的金属膜。该电化学电池还可包括电解质和设置于金属膜和该电解质之间的保护材料层。还公开了一种制造电极的方法，包括准备包含基本上没有杂质的清洁金属的金属膜，和在该金属膜上沉积保护材料层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请一般涉及用于电化学电池的电极领域。本申请更具体地，但不限于，涉及用于包含保护层的电化学电池的电极，和形成上述电极和电化学电池的方法。
技术介绍
在电化学电池，例如蓄电池的发展中，一直对含有金属的阳极的改进给予特殊的关注。作为一个例子，锂(Li)金属由于和其他类型的阳极材料(例如碳，金属)相比，具有相对轻的重量和高能量密度，作为电化学电池的阳极可能特别有用。从汽车到便携式电子装置(例如，便携式电脑，手机)都可以包括包含锂阳极的电池。以往，在电化学电池中锂阳极随着能量循环经历性能下降，该性能下降源自自放电。因此，锂阳极还没有被商业化的可充电蓄电池所采纳。已公布的文献显示了锂金属的表面可被各种锂盐所覆盖，其包括(但是不限于) 碳酸盐、氧化物、氢氧化物。在镀覆和/或剥离时，锂金属的表面层在厚度和组成上可能是不均勻的，这可能导致跨越锂表面的电流分布不均。由于这种不均勻的电流分布，在连续的循环充电/放电时，在锂盐下面的表面层可能变得非均勻或粗糙。在极端的情况下，锂表面的非均勻性可能导致海绵状的锂(即，锂没有连接到集流体)或者树枝状晶体。这两种情况都可以导致电池性能降低，不过后者也是电池自放电、甚至热失控的一个潜在原因。已提出多种方案用于防止在锂表面上形成海绵状和/或树枝状的沉淀，包括添加聚合物和其他保护层，以及通过化学处理(原位或者非原位)在锂表面形成致密层。尽管多种途径用于改进金属阳极，仍然需要改进金属阳极表面的均勻性的方法和组合物，以提高电化学电池的性能。
技术实现思路
以下给出本申请一些方面的一般概述以便提供对本申请的基本理解。此概述不是本申请的广泛综述，并非想要确认本申请的关键或重要要素或描述权利要求的范围。以下概要仅仅以一般形式给出本申请的一些概念以作为随后的更详细说明的前序。本申请的一个方面提供一种用于电化学电池的组合物。该组合物包括基本上没有杂质的清洁金属，以及与该清洁金属接触的保护材料层。本申请的另一个方面提供一种电化学电池，其包括包含基本上没有杂质的清洁金属的金属膜。该电化学电池还可以包括电介质和设置于该电介质和金属膜之间的保护材料层。本申请的又一个方面提供一种制造电极的方法，包括准备包含基本上没有杂质的清洁金属的金属膜，及在该金属膜上沉积保护材料层。附图简要说明为了详细理解本申请，结合附图对以下不同方面的详细说明给出参考，其中，相同的元件赋予相同的标记，并且其中附图说明图1显示了一个用于通过气相沉积形成金属膜的装置；图2显示了一个用于通过溅射沉积形成金属膜的装置；图3提供了一个等离子体清洁金属表面的示意图；图4提供了用原硅酸四乙酯(TEOS)处理过的锂金属前体的阻抗数据；和图5提供了用TEOS处理过的清洁锂的阻抗数据。具体实施例方式在描述本申请的组合物和方法之前，需要理解的是本申请不限于描述的特定组合物和方法，其本身可以变化。本领域的普通技术人员应该理解，这里使用的术语的目的是为了描述可能的情况、实施例和/或实施方式，而不是为了限制仅由所附的权利要求书限定的本申请的范围。例如，对本领域的普通技术人员来说是显而易见的，处理金属表面的方法可以使用不同组合物、部件或任何合适的各种成分以多种方式实施，并且这些实施方式的一些前述讨论不一定表示所有可能的实施方式的完整描述。同时必须注意，这里和所附的权利要求书中使用的单数形式“一”，“一个”以及“这个”可以包括复数指代物，除非在上下文中有明确交待。因此，例如，提到“层”时，指代一个或多个层，提到“制备方法”时，包括对本领域技术人员来说已知的等效步骤和方法，以此类推。为了说明的简化和清楚，附图和/或图表示出了一般性的构造方式，并且可能省略了公知特征和技术的说明和细节，从而避免对本申请造成不必要的混淆。可以应用下述的方法或者任何本领域中公知的合适的金属清洁技术来制备“清洁金属”表面，该“清洁金属”表面通常是指获得的金属表面是基本上没有碳酸盐、氧化物和氢氧化物成分或其他通常从制造商处获得的电池级金属中发现的杂质的状态。从制造商处获得的电池级金属中发现的杂质可以包含约20%至80%的碳和/或约10%至35%的氧。由充电/放电循环过程中在金属表面上沉积形成而造成的电化学电池的困难或性能下降可以通过采用清洁金属表面接着附加保护层来解决。电化学电池中的一个层可以是包含作为阳极活性材料的清洁金属(例如锂)的阳极。如下文所述，锂(Li)金属可以是锂金属箔或在衬底上沉积的薄的锂膜的形式。如果电池的电化学性质需要的话，锂金属可以是锂合金(例如锂铝合金)的形式。进一步，锂金属层的厚度可以是任何合适的厚度，并且可以在约5纳米(nm)至50微米之间变化。虽然本申请在文中采用锂金属阳极作为例子来描述，但公开的组合物和方法也可以适用于其他金属阳极，例如钠(Na)，镁(Mg)和铝(Al)。在一个阳极的实施方式中，保护材料层可以沉积在清洁金属上。该保护材料可以包括有机成分、无机成分或有机/无机成分的组合。在一个实施方式中，该保护材料可以包括有机成分，例如聚合物。用于保护材料中的合适聚合物可以包括，但不限于，离子导电聚合物、磺化聚合物、烃类聚合物、烯类聚合物、氰基丙烯酸酯基聚合物、共轭聚合物(例如聚苯、聚乙炔、聚苯乙烯撑，聚奧，聚周萘，聚并苯)、草酸酯(例如，草酸二乙酯、草酸二甲酯、草酸二丙酯等)、聚硅氧烷、聚磷酸肌酸、聚四氟乙烯、聚乙烯基吡啶、聚乙烯基喹啉、 聚-2-乙烯基吡啶、乙烯基萘、聚偏二氟乙烯、聚环氧乙烷、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、 四氟乙烯-氟丙烯共聚物、聚氯氟乙烯、全氟烷氧基共聚物、聚氟环醚、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、具有醚连接(例如聚醚砜)的聚醚聚合物膜或类似物。聚合物材料还可以是包括磷(P)或氮(N)的聚合物材料，例如，丙烯酸酯或聚丙烯酸酯、聚磷腈、或聚乙二醇。例如，丙烯酸酯可包括紫外光固化丙烯酸酯或二丙烯酸酯(例如，四甘醇二丙烯酸酯、聚乙二醇200 二丙烯酸酯、聚乙二醇400 二丙烯酸酯、聚乙二醇200 二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇400 二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇600 二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇200 二丙烯酸酯、N-乙烯基-2-吡咯烷酮、丙烯腈、二乙氨基乙基丙烯酸酯、二乙氨基乙基甲基丙烯酸酯、二异丙氨基乙基甲基丙烯酸酯、二甲基氨基丙基甲基丙烯酰胺、和甲氧基乙基丙烯酸酯)。适用的聚合物的其他例子可包括线型聚合物，该线型聚合物选自聚醚、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酯、聚氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚酰亚胺、聚羧酸酯、聚磺酸酯、聚乙烯醇、聚砜、聚苯乙烯、聚乙烯或聚丙烯基聚合物。此外，合适的聚合物或聚合物材料可以是上述提到的物质的任何衍生物、共聚物或混合物。本申请的任何合适的聚合物或聚合物材料都可以由选自烷基丙烯酸酯、乙二醇丙烯酸酯、聚乙二醇丙烯酸酯、多元醇聚丙烯酸酯或类似物中的一种或多种单体通过任何常规的聚合反应形成。此外，聚合物或聚合物材料可以通过对选自聚环氧乙烷二丙烯酸酯、聚环氧乙烷二甲基丙烯酸酯、聚环氧丙烷二丙烯酸酯、聚环氧丙烷二甲基丙烯酸酯、聚氧化亚甲基二丙烯酸酯、聚氧化亚甲基二甲基丙烯酸酯、烷基二元醇二丙烯酸酯、烷基二元醇二甲基丙烯酸酯、二乙烯基苯，及其衍生物或混合物中的单体进行交联而形成。聚合物、聚合物材料和/或单体的选择可能取决于多项因素，包括但不限于，在电池本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·N·理查德，E·门克，G·梅田，B·维尔德曼，B·邓恩，F·沃德尔，
申请(专利权)人：丰田自动车工程及制造北美公司，加利福尼亚大学董事会，
类型：发明
国别省市：