电化学电池、其组件以及它们的制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了包括至少一种含氮化合物的电化学电池。所述至少一种含氮化合物可形成下述的组件或包含于下述：所述电化学电池的阳极结构，阴极结构，电解质和/或隔膜。本发明专利技术还公开了包括所述电化学电池的电池。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术公开了包括至少一种含氮化合物的电化学电池。所述至少一种含氮化合物可形成下述的组件或包含于下述：所述电化学电池的阳极结构，阴极结构，电解质和/或隔膜。本专利技术还公开了包括所述电化学电池的电池。【专利说明】电化学电池、其组件以及它们的制备方法和应用专利
本专利技术总体涉及电化学电池和电化学电池组件。更具体的，本专利技术涉及包括含氮化合物的电化学电池及其组件，涉及包括所述电化学电池的电池组，以及形成和使用所述电池组(batteries)、电化学电池和组件的方法。_2] 专利技术背景最近几年，人们对开发具有含锂阳极的高能量密度电池组非常感兴趣。锂金属作为电化学电池的阳极尤其引人注目，因为与如嵌锂碳阳极的阳极和具有如镍或镉阳极的其他电化学系统相比，它具有极端的轻量和高能量密度。在嵌锂碳阳极中，非电化学活性材料的存在增加了阳极的重量和体积，并由此降低了电池的能量密度。这些特征正是电池组所需要的，所述电池可用于低重量很重要的地方，如手机和笔记本电脑等便携式电子装置，以及电动汽车、军事和航空航天应用。已知用于锂阳极电池组的多种类型的阴极材料，且包括包含硫-硫键的阴极材料，其中从所述硫-硫键的电化学切割(通过还原)和再形成(通过还原)可取得高能量容量和可充电性。用于具有锂或钠阳极的电化学电池的、具有硫-硫键的含硫阴极材料，包括单质硫、有机硫、和碳-硫组合物。在包括锂阳极和含硫阴极的电池组的放电中，在所述电池组的阴极形成聚硫化物。某些更高的、可溶聚硫化物可迁移至阳极并与所述阳极反应，致使所述电池组性能下降。例如，因为存在氧化还原循环机制和包括更高的聚硫化物，电池组可能出现自放电。这些聚硫化物透过电解质扩散至阳极，在那里被还原成更低的聚硫化物，然后，所述更低的聚硫化物透过电解质扩散回阴极并被氧化成更高的聚硫化物。该氧化还原循环致使在电池中有持续的电流流动，导致所述电池的储存容量耗尽。因此，需要自放电更低的锂阳极电池组。此外，通常需要具有改进的性能和性质的电化学电池，如下述的一种或多种:完全充电的能量、高利用率、高充放电效率和过充电保护。
技术实现思路
本专利技术的总体涉及电化学电池和电池组，且更具体的涉及:包括锂阳极、阴极、电解质、和一种或多种相对或基本上固定或基本上不溶的含氮化合物的电化学电池，以及涉及包括这种电池的电池组。认为所述基本上不溶的含氮化合物抑制可溶聚硫化物的形成和/或迁移，并借此提高所述电化学电池的性能。虽然下面会更加详细的讨论本专利技术解决现有电池组缺点的方式，总的来说，与不具有含氮化合物的类似电池相比，本专利技术的电化学电池(本文有时称为“电池(cell)”)具有下述的一种或多种:降低的自放电、增加的充电容量、增加的再充电比例、增加的利用率、和提供过充电保护。根据本专利技术的各实施方式，电化学电池包括含锂阳极、阴极(如包含硫)、隔膜(separator)、电解质、和一种或多种基本上固定和/或基本上不溶的含氮化合物,所述含氮化合物可形成为所述阳极、所述阴极、所述隔膜和/或所述电解质之中一种或多种的组件。在电化学电池的运行或循环中，基本上不溶的含氮化合物的一些可参与反应并耗尽；但是，其他基本上不溶的含氮化合物是可获取的(如，通过溶解)且因此所述基本上不溶的含氮化合物的浓度在如电解质中可仍然保持相对恒定。根据本实施方式的各方面，所述基本固定和/或不溶的含氮化合物被主要限制或约束至所述电池的一具体区域(如阴极或阳极/电解质界面)。约束所述含氮化合物的流动性是有益的，因为用相对少量的含氮化合物就能取得所需结果(如，降低的自放电，同时维持高充电容量和高能量密度)，同时减少任何气体的生成。否则，在电化学电池中包括类似的、更加移动的和/或可溶含氮化合物会导致气体的生成。根据本专利技术的该实施方式的各方面，所述一种或多种含氮化合物包括N-O和/或胺官能团。根据其他方面，所述一种或多种含氮化合物包括选自下组的一种或多种单体、寡聚体和/或聚合物:聚乙烯亚胺、聚膦腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚苯胺、聚电解质(如具有硝基脂肪族部分作为官能团)、和胺基如聚丙烯酰胺、聚烯丙基酰胺、聚二烯丙基二甲基铵盐酸盐、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、聚酰胺等等。根据本专利技术的实施方式的其他方面，所述阴极包括粘合剂，该粘合剂包括一种或多种含氮化合物。根据本专利技术的实施方式的其他方面，所述阴极和/或阳极包括一种或多种聚合物，该聚合物包括一种或多种含氮化合物。根据本专利技术的各示例性实施方式的电化学电池，其包括电解质、含锂的和可选的包括粘合剂、涂层和/或层阳极，其中所述阳极如上所述包括一种或多种含氮化合物，含硫阴极，和隔膜。所述阳极可包括一包括含氮化合物的粘合剂和/或一包括含氮化合物的聚合物层。根据本专利技术的其他实施方式，电化学电池包括一如上所述包括一种或多种含氮化合物的电解质(如液体、固体或凝胶)、一含锂阳极、一阴极和一隔膜。所述电解质是含氮化合物，可以是凝胶或固体电解质。或者，所述电解质是任意合适的电解质材料，所述电解质材料包括基本上不容易所述电解质的一种或多种含氮化合物。根据本专利技术的其他实施方式，用于电化学电池的一阴极如上所述的包括一含氮化合物。所述阴极可包括一包括所述一种或多种含氮化合物的粘合剂，或者所述阴极可包括一种或多种包括所述一种或多种含氮化合物的聚合物层。根据本专利技术的其他实施方式，用于电化学电池的一阳极包括锂、如上所述的一种或多种含氮化合物、以及可选的粘合剂、涂层和/或层。根据这些实施方式的各方面，所述一种或多种含氮化合物包括N-O和/或胺官能团。所述阳极可包括一包括含氮化合物的粘合剂，或者所述阳极可包括一包括含氮化合物的聚合物层。根据本专利技术的其他实施方式，用于电化学电池的一隔膜如上所述的包括一含氮化合物。根据本专利技术的其他实施方式，用于电化学电池的一电解质如上所述的包括一含氮化合物。此外，根据本专利技术的其他实施方式，电池组包括一种或多种电化学电池，其中每一电池包括阳极、阴极、电解质、和隔膜，且其中，所述阳极、所述阴极、所述电解质、和所述隔膜的一种或多种包括含氮化合物。附图简要描述将结合附图对本专利技术的示例性实施方式进行描述，其中:图1显示了根据本专利技术的示例性实施方式的包括一含氮化合物的电化学电池；图2显示了根据本专利技术的各示例性实施方式的阳极；以及图3显示了根据本专利技术的其他各示例性实施方式的阳极。应理解，这些图不必按比例绘制。例如，附图中某些要素的尺寸可以相对其它要素放大，有助于更好地理解所显示的本专利技术的这些实施方式。本专利技术最佳实施方式的详细描述下面提供的本专利技术的示例性实施方式的描述只是示例性的，且只用于举例说明；下面的描述无意于限制本文公开的专利技术的范围。根据本专利技术的各示例性实施方式，本专利技术提供一改进的电化学电池及其各种组件，所述电化学电池适于多种应用包括:汽车、医疗装置、便携式电器、航空、军事和航天。与普通的锂征集电池相比，根据本专利技术的各实施方式的电化学电池具有下述的一种或多种:降低的自放电、增加的充电容量、增加的再充电比例、增加的利用率、和提供过充电保护。如下文所更加详细阐述的，示例性电化学电池包括一种或多种基本上固定或基本上不溶的含氮化合物。提供一种或多种含氮化合物通常是希望能例如，增加电池的充电容量、取得高的再充电比例和降低电池的自放电。但是，如果本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电化学电池，其包括:包含电化学活性含硫材料的阴极；包含锂的阳极；在所述阳极和阴极之间的隔膜；以及包含一种或多种非水性溶剂，一种或多种锂盐，和基本上不溶的含氮材料的一非水性电解质。

【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：C·斯科迪利斯凯利，J·库比齐，S·曹，Y·V·米克海利克，
申请(专利权)人：赛昂能源有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US