[發明專利]石墨改性的鋰金屬電極

在審

• 申請號: 201680042077.2
• 申請日: 2016-07-21
• 公開（公告）號: CN107851835A
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: L·J·克勞塞;L·D·簡森
• 申請（專利權）人: 3M創新有限公司
• 主分類號: H01M10/052
• 分類號: H01M10/052;H01M10/42;H01M10/058;H01M4/131;H01M4/136;H01M4/525;H01M4/505;H01M4/58
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所11256
• 代理人: 陳長會,呂小羽

技術領域

本公開涉及用于鋰蓄電池的包括石墨改性表面的鋰金屬電極及其制造方法。

背景技術

已經采用各種方法來制造蓄電池電極和/或可用于蓄電池電極中的沉積材料。例如，方法在美國專利5,720,780(Liu等人)、美國專利6,589,299(Missling等人)、美國專利6,939,383(Eastin等人)、美國專利申請公布2010/0055569(Divigalpitiya等人)，以及日本公布2009252629(Toshiya等人)中有所描述。

發明內容

簡而言之，在一個方面，本公開描述電化學裝置部件，該電化學裝置部件包括具有第一主表面的鋰金屬電極以及設置在鋰金屬電極的第一主表面上的表面層。表面層具有包含石墨和鋰的化合物的組合物。表面層為導電的并且為鋰離子傳導性的。表面層與接觸鋰金屬電極的第一側上的鋰金屬為化學相容的，并且與表面層的第二側上的電解質環境為化學相容的。

在另一個方面，本公開描述制造電化學裝置部件的方法。該方法包括提供具有第一主表面的鋰金屬電極以及處理鋰金屬電極的第一主表面以形成表面層。表面層具有包含石墨和鋰的化合物的組合物。表面層為導電的并且為鋰離子傳導性的。表面層與接觸鋰金屬電極的第一側上的鋰金屬為化學相容的，并且與表面層的第二側上的電解質環境為化學相容的。

在本公開的示例性實施方案中獲得各種意料不到的結果和優點。本公開的示例性實施方案的一個此類優點是表面層通過石墨涂層和鋰金屬電極之間的反應形成，并且表面層和鋰金屬電極之間的界面可為表現出優異的電、電化學以及機械特性的共格(coherent)且基本上無針孔的界面。

已經對本公開的示例性實施方案的各個方面和優點進行了匯總。上文的發明內容并非旨在描述本公開的當前某些示例性實施方案的每個例示的實施方案或每種實施方式。下面的附圖和具體實施方式更具體地舉例說明使用本文所公開的原理的某些優選的實施方案。

附圖說明

結合附圖來考慮本公開的各種實施方案的以下詳細描述可更全面地理解本公開，其中：

圖1是根據一個實施方案的包括具有表面層的鋰金屬電極的電化學裝置部件的示意性側視圖。

圖2示出根據一個實施方案的在將石墨涂層施加至鋰金屬電極上之后形成圖1的表面層的過程。

圖3是對于實施例的熱寄生能量測量值作為循環的函數的結果。

圖4是對于實施例的電壓滯后測量值作為循環的函數的結果。

在附圖中，類似的附圖標號表示類似的元件。雖然可不按比例繪制的以上附圖闡述了本公開的各種實施方案，但還設想其它實施方案，如在具體實施方式中所指出的。在所有情況下，本公開都通過示例性實施方案的表示而非通過表述限制來描述。應當理解，本領域的技術人員可設計出許多其它修改形式和實施方案，這些修改形式和實施方案落入本公開的范圍和實質內。

具體實施方式

對于以下定義術語的術語表，除非在權利要求書或說明書中的別處提供不同的定義，否則整個申請應以這些定義為準。

術語表

在整個說明書和權利要求書中所使用的某些術語雖然大部分為人們所熟知，但可仍然需要作出一些解釋。應當理解：

本文所用的術語“共格界面”是指鋰金屬電極和表面層之間的界面，由于金屬電極表面和金屬電極表面上設置的初始材料涂層之間的反應，該界面上的微觀結構為連續的。

術語“石墨”是指具有層狀平面結構的結晶形式的碳。在每層中，碳原子以蜂窩狀晶格排列，其中間距為約0.142nm，并且平面之間的距離為約0.335nm。本文所述的石墨能夠與鋰金屬反應，并且形成鋰石墨嵌入化合物(Li-GIC)，其中鋰金屬離子嵌入到石墨的層狀結構中。

術語“鋰金屬”是指金屬形式的鋰元素，該金屬形式的鋰元素能夠在室溫下與接觸的石墨涂層反應以形成鋰石墨嵌入化合物(Li-GIC)。

如本文所用，“拋光”是指施加與物體表面(即，金屬基板的主表面)垂直的結合平行于所述物體表面的平面內的運動(例如，旋轉的、側向的、它們的組合)的壓力的任何操作。

關于特定層的術語“鄰接”意指在某一位置與另一層連接或附接，在該位置處，兩個層彼此靠近(即，相鄰)并直接接觸，或彼此鄰近但不直接接觸(即，在兩個層之間存在插入的一個或多個附加層)。