[發明專利]電極，具有電極的電化學儲能器和電極的制造方法

在審

• 申請號: 201780044187.7
• 申請日: 2017-07-06
• 公開（公告）號: CN109478637A
• 公開（公告）日: 2019-03-15
• 發明（設計）人: A·欣滕那赫
• 申請（專利權）人: 戴姆勒股份公司
• 主分類號: H01M4/136
• 分類號: H01M4/136;H01M4/1397;H01M10/05
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 吳鵬;殷玲

本發明涉及一種具有催化劑層(2.2)的用于電化學儲能器(1)的電極(2)，包括導電基質和嵌入所述導電基質的化學活性材料。根據本發明，所述催化劑層(2.2)配設有保護涂層(2.3)，所述保護涂層至少包括金屬氧化物和甲硫氨酸。本發明還涉及一種包括至少一個這種電極(2)的電化學儲能器(1)，以及一種制造這種電極(2)的方法。

技術領域

本發明涉及的是根據權利要求1的前序部分所述的一種用于電化學儲能器的電極。本發明還涉及一種具有這種電極的電化學儲能器。本發明還涉及一種制造這種電極的方法。

背景技術

用于電化學儲能器的電極已在現有技術中為人所知。例如在DE 11 2014003358T5中描述過一種用于鋰硫電池的正電極，其包括由硫基活性材料構成的顆粒，和封裝由硫基活性材料構成的顆粒的碳涂層。這種正電極還包括構建在碳涂層的表面上的結構涂層。這個結構涂層選自由以下構成的群組：由金屬氧化物復合材料構成的結構涂層、由混合的碳與金屬氧化物復合材料構成的結構涂層，和聚合物結構涂層。

DE 10 2013 222 145 A1也描述過一種鋰硫電池，其包括含固態鋰的陽極和含硫化合物的具有金屬氧化物涂層的陰極。

發明內容

本發明的目的是提供一種相對現有技術有所改進的電極、一種改進型電化學儲能器和一種適于制造這種電極的方法。

就所述電極而言，本發明用以達成上述目的的解決方案為權利要求1所述的特征。就所述電化學儲能器而言，本發明用以達成上述目的的解決方案為權利要求7所述的特征。就所述方法而言，本發明用以達成上述目的的解決方案為權利要求9所述的特征。

本發明的有利技術方案參閱從屬權利要求。

一種具有催化劑層的用于電化學儲能器的電極，包括導電基質和嵌入所述導電基質的化學活性材料。所述導電基質例如為多孔且機械柔性的碳結構。例如將導電性能良好的石墨或炭黑用作該碳結構。作為化學活性材料，例如將硫嵌入該導電基質。這里的化學活性材料指的是某種材料，其在電極工作過程中，特別是在包括該電極的電化學儲能器工作過程中會發生氧化或還原。

根據本發明，所述催化劑層配設有保護涂層，所述保護涂層至少包括金屬氧化物和甲硫氨酸。

借助該保護涂層來防止化學活性材料脫離導電基質。化學活性材料脫離導電基質可能發生在電化學儲能器的放電過程中，其中化學活性材料的在上一充電過程中未完全元素化(如轉化為元素硫)的短鏈和/或長鏈聚合性化合物，特別是聚硫，會從催化劑層排出，并通過電解質遷移至對電極。在對電極上，這些聚合性化合物會與對電極的化學活性材料(如鋰)發生反應并可能形成某個層，該層大幅減小電化學儲能器的容量和使用壽命。此外，整合在電極的導電基質中的化學活性材料會逐步減少，電極與對電極間發生短路的風險顯著提高。

包括甲硫氨酸和至少一個金屬氧化物的保護涂層僅針對某些離子(如鋰離子)可透，但并非針對該化學活性材料的聚合性化合物(如聚硫)可透。從而確保只有與電極進行共同作用的對電極的化學活性材料(如鋰)才能通過該保護涂層，電極的化學活性材料停留在該電極的催化劑層中。

也被稱作2-氨基-4-甲基巰基丁酸的甲硫氨酸是含硫的蛋白質氨基酸，且因其極佳的化學穩定性而適于在電極中用作保護涂層的組成部分。所述至少一個金屬氧化物(如氧化鋁)為某個金屬元素(如鋁)的氧化物且具有電絕緣特性。所述至少一個金屬氧化物具備離子選擇性并且針對某些離子(如鋰離子)可透。通過將孔徑規定為小于2微米且層厚大于3.5微米來實現這一點。此外，所述金屬氧化物相對電解質而言化學穩定，該電解質作為對電極的化學活性材料的傳輸介質布置在電極與對電極之間。基于所述保護涂層的半透性，所述電解質至少部分地進入所述保護涂層。甲硫氨酸和金屬氧化物均在電解質的影響下基本化學穩定，因而在電化學儲能器工作過程中，保護涂層的功能保持不變。