[發明專利]電極組合物和方法

有效

• 申請號: 201080009679.0
• 申請日: 2010-03-01
• 公開（公告）號: CN102439761A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: M·N·理查德;E·門克;G·梅田;B·維爾德曼;B·鄧恩;F·沃德爾
• 申請（專利權）人: 豐田自動車工程及制造北美公司;加利福尼亞大學董事會
• 主分類號: H01M4/00
• 分類號: H01M4/00;H01M10/02;C23G5/00;C23C14/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 李帆

技術領域

本申請一般涉及用于電化學電池的電極領域。本申請更具體地，但不限于，涉及用于包含保護層的電化學電池的電極，和形成上述電極和電化學電池的方法。

背景技術

在電化學電池，例如蓄電池的發展中，一直對含有金屬的陽極的改進給予特殊的關注。作為一個例子，鋰(Li)金屬由于和其他類型的陽極材料(例如碳，金屬)相比，具有相對輕的重量和高能量密度，作為電化學電池的陽極可能特別有用。從汽車到便攜式電子裝置(例如，便攜式電腦，手機)都可以包括包含鋰陽極的電池。以往，在電化學電池中鋰陽極隨著能量循環經歷性能下降，該性能下降源自自放電。因此，鋰陽極還沒有被商業化的可充電蓄電池所采納。

已公布的文獻顯示了鋰金屬的表面可被各種鋰鹽所覆蓋，其包括(但是不限于)碳酸鹽、氧化物、氫氧化物。在鍍覆和/或剝離時，鋰金屬的表面層在厚度和組成上可能是不均勻的，這可能導致跨越鋰表面的電流分布不均。由于這種不均勻的電流分布，在連續的循環充電/放電時，在鋰鹽下面的表面層可能變得非均勻或粗糙。在極端的情況下，鋰表面的非均勻性可能導致海綿狀的鋰(即，鋰沒有連接到集流體)或者樹枝狀晶體。這兩種情況都可以導致電池性能降低，不過后者也是電池自放電、甚至熱失控的一個潛在原因。

已提出多種方案用于防止在鋰表面上形成海綿狀和/或樹枝狀的沉淀，包括添加聚合物和其他保護層，以及通過化學處理(原位或者非原位)在鋰表面形成致密層。盡管多種途徑用于改進金屬陽極，仍然需要改進金屬陽極表面的均勻性的方法和組合物，以提高電化學電池的性能。

發明內容

以下給出本申請一些方面的一般概述以便提供對本申請的基本理解。此概述不是本申請的廣泛綜述，并非想要確認本申請的關鍵或重要要素或描述權利要求的范圍。以下概要僅僅以一般形式給出本申請的一些概念以作為隨后的更詳細說明的前序。

本申請的一個方面提供一種用于電化學電池的組合物。該組合物包括基本上沒有雜質的清潔金屬，以及與該清潔金屬接觸的保護材料層。

本申請的另一個方面提供一種電化學電池，其包括包含基本上沒有雜質的清潔金屬的金屬膜。該電化學電池還可以包括電介質和設置于該電介質和金屬膜之間的保護材料層。

本申請的又一個方面提供一種制造電極的方法，包括準備包含基本上沒有雜質的清潔金屬的金屬膜，及在該金屬膜上沉積保護材料層。

附圖簡要說明

為了詳細理解本申請，結合附圖對以下不同方面的詳細說明給出參考，其中，相同的元件賦予相同的標記，并且其中：

圖1顯示了一個用于通過氣相沉積形成金屬膜的裝置；

圖2顯示了一個用于通過濺射沉積形成金屬膜的裝置；

圖3提供了一個等離子體清潔金屬表面的示意圖；

圖4提供了用原硅酸四乙酯(TEOS)處理過的鋰金屬前體的阻抗數據；和

圖5提供了用TEOS處理過的清潔鋰的阻抗數據。

具體實施方式

在描述本申請的組合物和方法之前，需要理解的是本申請不限于描述的特定組合物和方法，其本身可以變化。本領域的普通技術人員應該理解，這里使用的術語的目的是為了描述可能的情況、實施例和/或實施方式，而不是為了限制僅由所附的權利要求書限定的本申請的范圍。例如，對本領域的普通技術人員來說是顯而易見的，處理金屬表面的方法可以使用不同組合物、部件或任何合適的各種成分以多種方式實施，并且這些實施方式的一些前述討論不一定表示所有可能的實施方式的完整描述。

同時必須注意，這里和所附的權利要求書中使用的單數形式“一”，“一個”以及“這個”可以包括復數指代物，除非在上下文中有明確交待。因此，例如，提到“層”時，指代一個或多個層，提到“制備方法”時，包括對本領域技術人員來說已知的等效步驟和方法，以此類推。

為了說明的簡化和清楚，附圖和/或圖表示出了一般性的構造方式，并且可能省略了公知特征和技術的說明和細節，從而避免對本申請造成不必要的混淆。

可以應用下述的方法或者任何本領域中公知的合適的金屬清潔技術來制備“清潔金屬”表面，該“清潔金屬”表面通常是指獲得的金屬表面是基本上沒有碳酸鹽、氧化物和氫氧化物成分或其他通常從制造商處獲得的電池級金屬中發現的雜質的狀態。從制造商處獲得的電池級金屬中發現的雜質可以包含約20％至80％的碳和/或約10％至35％的氧。由充電/放電循環過程中在金屬表面上沉積形成而造成的電化學電池的困難或性能下降可以通過采用清潔金屬表面接著附加保護層來解決。