用于锂离子蓄电池的液体-金属负电极制造技术

本发明专利技术涉及用于锂离子蓄电池的液体-金属负电极。一个实施例包括用于锂离子蓄电池的液体-金属合金负电极。?

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的领域包括锂离子蓄电池。
技术介绍
锂离子蓄电池是ー种可再充电蓄电池，在该蓄电池中锂离子在负电极和正电极之间运动。锂离子蓄电池通常用在消费电子装置中。除了用于消费电子装置以外，锂离子蓄电池因其高能量密度而在国防、汽车和航天应用中越来越受欢迎。 锂离子的插入和抽出的过程导致在一些负电极中的大体积量的膨胀和收缩。这种 膨胀和收缩可能接近百分之三百，这由于蓄电池在充电和放电之间循环而可能使得负电极易于出现裂纹。
技术实现思路
一个示例性实施例包括用于锂离子蓄电池的液体-金属合金负电极层。因为负电极层的合金成分处于液态，所以可以消除通常由与在传统的固体金属负电极中的锂插入和抽出相关联的体积变化弓丨起的裂纹。其它示例性实施例将从以下提供的具体描述变得显而易见。应当理解的是，该具体描述和特定示例虽然公开了示例性实施例，但是仅是g在说明目的，并非被有意地来限制本专利技术的范围。本专利技术还提供了如下方案 方案I. ー种负电极，包括 多孔基体；和 与锂反应的液体金属合金材料，其耦合在所述多孔基体内。方案2.如方案I的负电极，其中所述与锂反应的液体金属合金材料包括至少两种金属的合金，至少两种金属中的其中ー种是Sn、Bi、Ga或In。方案3.如方案I的负电极，其中所述与锂反应的液体合金材料包括至少两种金属的合金，所述至少两种金属包括Bi、Ga或In中的至少ー者和Sn。方案4.如方案I的负电极，其中所述多孔基体包括多孔金属、聚合物基体材料、水凝胶材料或陶瓷材料。方案5.如方案3的负电极，其中所述与锂反应的液体金属合金材料包括约90重量百分比的Ga和约10重量百分比的Sn。方案6.如方案3的负电极，其中所述与锂反应的液体金属合金材料包括约78. 3重量百分比的Ga、约9. 7重量百分比的Sn和约12重量百分比的In。方案7. —种电极组件，包括 至少一个正电极；和 至少ー个负电极，所述负电极包括与锂反应的液体金属合金材料，该材料具有低于锂离子蓄电池的工作温度的熔点。方案8.如方案7的电极组件，其中所述与锂反应的液体金属合金材料包括至少两种金属的合金，所述至少两种金属包括Sn、Bi、Ga或In中的至少ー者。方案9.如方案7的电极组件，其中所述与锂反应的液体金属合金材料包括至少两种金属的合金，所述至少两种金属包括Bi、Ga或In中的至少ー者和Sn。方案10.如方案7的电极组件，其中所述负电极还包括多孔基体。方案11.如方案10的电极组件，其中所述多孔基体包括聚合物基体、水凝胶材料、或陶瓷材料。方案12.如方案7的电极组件，其中所述与锂反应的液体金属合金材料包括约90重量百分比的Ga和约10重量百分比的Sn。方案13.如方案7的电极组件，其中所述与锂反应的液体金属合金材料包括约 78. 3重量百分比的Ga、约9. 7重量百分比的Sn和约12重量百分比的In。方案14. 一种产品,包括 正电极； 负电极，其包括与锂反应的合金材料和多孔基体，所述合金材料具有低于所述产品的工作温度的熔点，其中所述多孔基体包括聚合物基体材料、水凝胶材料或陶瓷材料；和分隔件或固体电解质层，其联接在所述负电极和所述正电极之间。方案15.如方案14的产品，其中所述与锂反应的液体金属合金材料包括至少两种金属的合金，所述至少两种金属包括Bi、Ga或In中的至少ー者和Sn。方案16.如方案15的产品，其中所述与锂反应的液体金属合金材料包括约90重量百分比的Ga和约10重量百分比的Sn。方案17.如方案15的产品，其中所述与锂反应的液体金属合金材料包括约78.3重量百分比的Ga、约9. 7重量百分比的Sn和约12重量百分比的In。方案18.如方案14的产品，还包括 单格电池封装，其封装所述负电极、所述正电极、和所述分隔件或固体电解质层。方案19.如方案18的产品，还包括 包含在所述单格电池封装中的液体电解质。方案20.如方案18的产品，其中所述单格电池封装包括袋型单格电池封装，该袋型单格电池封装包括层压材料，所述层压材料包括铝和塑料。附图说明从具体描述和附图将更全面地理解本专利技术的示例性实施例。其中 图I是包括根据示例性实施例的负电极层的单格电池封装型锂离子蓄电池的示意说明； 图2是图I的其中一个负电极层的特写示意说明； 图3A是Li-Sn系统的ニ元相 图3B是Li-Ga系统的ニ元相 图3C是Li-In系统的ニ元相 图4A是Ga-Sn系统的ニ兀相图；和 图4B是Ga-Sn-In合金系统的准ニ元相图。具体实施例方式下面对实施例的描述本质上只是示例性(说明性)的，并且绝不意在限制本专利技术，其应用或使用。本文公开的示例性实施例提供了ー种负电极，其可由可在锂离子蓄电池系统使用的材料形成。而且，负电极的构成使得合金成分在蓄电池工作温度下是液体(即它的熔点低于蓄电池的工作温度)。图I示出了产品8的顶部平面图，产品8具有根据示例性实施例的锂离子蓄电池10。产品8可用在具有电极组件12和单格电池封装14的汽车应用中，单格电池封装14可形成有用于容纳电极组件12的内部区域16。换句话说，图I示出了具有前述电极组件12的单格电池封装型锂离子蓄电池10。电极组件12和单格电池封装14的部件说明了基本部件，但不是意在以适当的方位或比例被描述。电极组件12可包括第一电极层20，第二电极层30和布置在第一和第二电极层20和30之间以防止第一和第二电极层20和30之间短路并且仅允许锂离子通过的分隔件40。电极组件12可通过将第一电极层20、分隔件40和第二电极层30缠绕成果冻卷(jellyroll)形结构来形成。替换地,在另ー不例性实施例(未不出)中，第一电极层20、分隔件40和第二电极层30可按顺序层压成堆叠结构。图I示出了第一电极层20是正电极20，而第二电极层30是负电极30。为了方便描述，第一电极层20可在后面可互換地用作正电极20，而第二电极层30可在后面可互換地用作负电极30。还在单格电池封装14被密封之前将液体电解质45引入到单格电池封装14的内部区域16。正突片50和负突片52可电连接到电极组件10的相应的电极层20、30，可被安装成使得它们的预定长度被暴露在本示例单格电池封装14的外部，作为用于电连接的正端子和负端子。电极突片50、52的与本实例单格电池封装14接触的部分可用绝缘材料(未示出)包裹。正电极20可通过对条带形的金属层(例如铝箔)涂覆正极活性材料来形成。该正极活性材料可由若干种材料中的ー种或多种形成，该若干种材料包括但不限于LiFePO4或者LiMnO2。正电极20可被电连接到正突片52并且包裹有绝缘材料(未示出)。图2示出了用于图I中的装置8中的负电极30，其可以由吸收在由聚合物、水凝胶或陶瓷制成的多孔基体33中的液体金属合金31形成。负电极30可被形成为各种几何形状以匹配或区别于负电极30，在形状方面包括例如层、圆盘或圆柱。在图I和2中，例如，负电极30被形成为板。分隔件层40可由聚こ烯膜、聚丙烯膜或它们的组合制成。分隔件40可形成为比负、正层20和30都宽以防止负、正层20、30之间的短路。代替分隔件层40和液体电解质45，可以使用由LiPON或LISIC0N组成的固体电解质(未示出)或者分散在PEO中的合适的锂盐。无论本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.03.25 US 13/0719481.ー种负电极,包括 多孔基体；和 与锂反应的液体金属合金材料，其耦合在所述多孔基体内。2.如权利要求I的负电极，其中所述与锂反应的液体金属合金材料包括至少两种金属的合金，至少两种金属中的其中ー种是Sn、Bi、Ga或In。3.如权利要求I的负电极，其中所述与锂反应的液体合金材料包括至少两种金属的合金，所述至少两种金属包括Bi、Ga或In中的至少ー者和Sn。4.如权利要求I的负电极，其中所述多孔基体包括多孔金属、聚合物基体材料、水凝胶材料或陶瓷材料。5.如权利要求3的负电极，其中所述与锂反应的液体金属合金材料包括约90重量百分比的Ga和约10重量百分比的Sn。6.如权利要求3的负电极，其中所述与锂反应的液体金属合金材料包括约78.3重量百分...

【专利技术属性】
技术研发人员：YT程，SJ哈里斯，AT蒂蒙斯，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：