包括可再充电锂电池的含水和非水电化学电池中的电极保护制造技术

提出了包括可再充电锂电池的含水和非水电化学电池中的电化学电池电极保护。在一个实施例中，一种电化学电池包括含有锂的阳极和位于电池的阳极与电解质之间的多层结构。多层结构可以包括至少第一单离子传导材料层（例如锂化金属层）和位于阳极与单离子传导材料之间的至少第一聚合物层。电极例如包括：第一层，其包括活性电极物质；第二层，其包括活性电极物质；以及单离子传导层，其将所述第一层与所述第二层分离，并且基本上防止跨所述单离子传导层的在所述第一层与所述第二层之间的电子连通。本发明专利技术还可以提供如下电极稳定层，该电极稳定层位于电极内，即位于电极的一部分与另一部分之间，以控制电极材料在电池的充电和放电时的耗尽和重新镀覆。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电化学电池中的电极保护，并且更加具体地涉及包括可再充电锂电池的含水和非水电化学电池中的电极保护。本专利技术还涉及用于在水和/或空气环境中使用的包括锂阳极的可再充电电化学电池。
技术介绍
近年来已经大量关注于开发具有含锂阳极的高能量密度的电池。例如与诸如添加碳的锂阳极之类的阳极相比，其中非电活性材料的存在增加了阳极的重量和体积并从而减少了电池的能量密度，并且与例如具有镍或者镉电极的其它电化学系统相比，锂金属由于它极轻的重量和高能量密度而作为电化学电池的阳极尤为引人关注。锂金属阳极或者主要包括锂金属的阳极提供了机会来构造电池，该电池与诸如锂离子、镍金属氢化物或者镍-镉电池之类的电池相比，重量更轻并且能量密度更高。这些特征对于为了重量轻而付费的便携电子设备如蜂窝电话和膝上型计算机的电池而言是高度希望的。遗憾的是，锂的反应性与相关循环寿命、枝晶形成、电解质兼容性、制作和安全问题有碍于锂电池的商业化。锂电池系统一般包括在放电期间被电化学锂化(Iithiate)的阴极。在这个过程中，锂金属被转换成锂离子并且通过电解质被输送到将它还原的电池阴极。在锂/硫电池中，锂离子在阴极形成多种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电化学电池，其包括：电极，其包括：第一电活性层，其包括活性电极物质；第二电活性层，其包括所述活性电极物质，其中所述第二电极活性层中的所述活性电极物质中的至少一些分别在所述电化学电池放电和充电时耗尽和重新镀覆；以及聚合物层，其将所述第一电活性层与所述第二电活性层分离，其中，所述聚合物层对于所述活性电极物质的离子是导通的，并且其中，所述第二电活性层被定位，以便位于所述第一电活性层和与所述电池一起使用的电解质之间。

【技术特征摘要】
2006.03.22 US 60/785,768;2006.04.06 US 11/400,7811.一种电化学电池，其包括: 电极，其包括: 第一电活性层，其包括活性电极物质； 第二电活性层，其包括所述活性电极物质，其中所述第二电极活性层中的所述活性电极物质中的至少一些分别在所述电化学电池放电和充电时耗尽和重新镀覆；以及 聚合物层，其将所述第一电活性层与所述第二电活性层分离，其中，所述聚合物层对于所述活性电极物质的离子是导通的，并且 其中，所述第二电活性层被定位，以便位于所述第一电活性层和与所述电池一起使用的电解质之间。2.根据权利要求1所述的电化学电池，其还包括位于所述第一和第二电活性层之间的保护层，其中，所述保护层是单离子传导层。3.根据权利要求2所述的电化学电池，其中，所述单离子传导层基本上防止跨所述单离子传导层的在所述 第一和第二电活性层之间的电子连通。4.根据权利要求2所述的电化学电池，其中，所述单离子传导层包括对于锂离子导通的玻璃。5.根据权利要求2所述的电化学电池，其中，所述单离子传导层包括对于锂离子导通的陶瓷。6.根据权利要求2所述的电化学电池，其中，所述单离子传导层包括锂氮化物。7.根据权利要求2所述的电化学电池，其中，所述单离子传导层包括锂氧化物。8.根据权利要求2所述的电化学电池，其中，所述单离子传导层包括至少一个电子传导部分。9.根据权利要求2所述的电化学电池，其中，所述单离子传导层具有小于约500纳米的厚度。10.根据权利要求2所述的电化学电池，其中，所述单离子传导层具有小于约50纳米的厚度。11.根据权利要求2所述的电化学电池，其中，所述单离子传导层包括细孔并且所述细孔中的至少一部分填充有聚合物。12.根据权利要求11所述的电化学电池，其中，所述聚合物是将所述第一电活性层与所述第二电活性层分离的聚合物层的形式的，并且其中，所述聚合物层被定位为与所述单离子传导层相邻。13.根据权利要求1所述的电化学电池，其中，所述电极包括多层保护结构，所述多层保护结构包括交替的单离子传导层和聚合物层。14.根据权利要求13所述的电化学电池，其中，所述多层保护结构包括五个或更多个层。15.根据权利要求1所述的电化学电池，其中，所述聚合物层包括从聚丙烯酸烷基酯和聚乙二醇丙烯酸酯中选择的聚合物。16.根据权利要求1所述的电化学电池，其中，所述聚合物层对于锂离子是导通的。17.根据权利要求1所述的电化学电池，其中，所述聚合物层包括锂盐。18.根据权利要求1所述的电化学电池，其中，所述聚合物层包括LiSCN、LiCF3SO3和LiN(CF3SO2)2中的一个或更多个。19.根据权利要求1所述的电化学电池，其中，所述聚合物层的厚度不大于0.5微米。20.根据权利要求1所述的电化学电池，其中，所述聚合物层的厚度不大于0.1微米。21.根据权利要求1所述的电化学电池，其中，所述聚合物层是将所述第一电活性层与所述第二电活性层分离的第一多层保护结构的一部分，并且其中，所述电化学电池包括第二多层保护结构，所述第二多层保护结构位于所述第二电活性层和与所述电池一起使用的电解质之间。22.根据权利要求21所述的电化学电池，其中，所述第一和第二多层保护结构中的每个包括聚合物层。23.根据权利要求21所述的电化学电池，其中，所述第一和第二多层保护结构中的每个具有小于5mm的厚度。24.根据权利要求21所述的电化学电池，其中，所述第一和第二多层保护结构中的每个具有小于Imm的厚度。25.根据权利要求21所述的电化学电池，其中，所述第一和第二多层保护结构中的每个包括交替的聚合物层和单离子传导层。26.根据权利要求21所述的电化学电池，其中，所述第一和第二多层保护结构中的每个包括对于锂离子导通的陶瓷。27.根据权利要 求1所述的电化学电池，其中，所述活性电极物质包括锂。28.根据权利要求1所述的电化学电池，...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·D·阿菲尼托，尤里·V·米哈利克，约尔丹·M·格罗诺夫，克里斯托弗·J·希恩，
申请(专利权)人：赛昂能源有限公司，
类型：发明
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