[發(fā)明專利]電極，具有電極的電化學(xué)儲能器和電極的制造方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780044187.7
• 申請日: 2017-07-06
• 公開（公告）號: CN109478637A
• 公開（公告）日: 2019-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: A·欣滕那赫
• 申請（專利權(quán)）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(wù)所 11247
• 代理人: 吳鵬;殷玲

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

技術(shù)領(lǐng)域

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

背景技術(shù)

用于電化學(xué)儲能器的電極已在現(xiàn)有技術(shù)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(gòu)成的顆粒，和封裝由硫基活性材料構(gòu)成的顆粒的碳涂層。這種正電極還包括構(gòu)建在碳涂層的表面上的結(jié)構(gòu)涂層。這個結(jié)構(gòu)涂層選自由以下構(gòu)成的群組：由金屬氧化物復(fù)合材料構(gòu)成的結(jié)構(gòu)涂層、由混合的碳與金屬氧化物復(fù)合材料構(gòu)成的結(jié)構(gòu)涂層，和聚合物結(jié)構(gòu)涂層。

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

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種相對現(xiàn)有技術(shù)有所改進(jìn)的電極、一種改進(jìn)型電化學(xué)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(fā)明用以達(dá)成上述目的的解決方案為權(quán)利要求1所述的特征。就所述電化學(xué)儲能器而言，本發(fā)明用以達(dá)成上述目的的解決方案為權(quán)利要求7所述的特征。就所述方法而言，本發(fā)明用以達(dá)成上述目的的解決方案為權(quán)利要求9所述的特征。

本發(fā)明的有利技術(shù)方案參閱從屬權(quán)利要求。

一種具有催化劑層的用于電化學(xué)儲能器的電極，包括導(dǎo)電基質(zhì)和嵌入所述導(dǎo)電基質(zhì)的化學(xué)活性材料。所述導(dǎo)電基質(zhì)例如為多孔且機械柔性的碳結(jié)構(gòu)。例如將導(dǎo)電性能良好的石墨或炭黑用作該碳結(jié)構(gòu)。作為化學(xué)活性材料，例如將硫嵌入該導(dǎo)電基質(zhì)。這里的化學(xué)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(xué)儲能器工作過程中會發(fā)生氧化或還原。

根據(jù)本發(fā)明，所述催化劑層配設(shè)有保護(hù)涂層，所述保護(hù)涂層至少包括金屬氧化物和甲硫氨酸。

借助該保護(hù)涂層來防止化學(xué)活性材料脫離導(dǎo)電基質(zhì)。化學(xué)活性材料脫離導(dǎo)電基質(zhì)可能發(fā)生在電化學(xué)儲能器的放電過程中，其中化學(xué)活性材料的在上一充電過程中未完全元素化(如轉(zhuǎn)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(zhì)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(xué)活性材料(如鋰)發(fā)生反應(yīng)并可能形成某個層，該層大幅減小電化學(xué)儲能器的容量和使用壽命。此外，整合在電極的導(dǎo)電基質(zhì)中的化學(xué)活性材料會逐步減少，電極與對電極間發(fā)生短路的風(fēng)險顯著提高。

包括甲硫氨酸和至少一個金屬氧化物的保護(hù)涂層僅針對某些離子(如鋰離子)可透，但并非針對該化學(xué)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(jìn)行共同作用的對電極的化學(xué)活性材料(如鋰)才能通過該保護(hù)涂層，電極的化學(xué)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(zhì)氨基酸，且因其極佳的化學(xué)穩(wěn)定性而適于在電極中用作保護(hù)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(guī)定為小于2微米且層厚大于3.5微米來實現(xiàn)這一點。此外，所述金屬氧化物相對電解質(zhì)而言化學(xué)穩(wěn)定，該電解質(zhì)作為對電極的化學(xué)活性材料的傳輸介質(zhì)布置在電極與對電極之間。基于所述保護(hù)涂層的半透性，所述電解質(zhì)至少部分地進(jìn)入所述保護(hù)涂層。甲硫氨酸和金屬氧化物均在電解質(zhì)的影響下基本化學(xué)穩(wěn)定，因而在電化學(xué)儲能器工作過程中，保護(hù)涂層的功能保持不變。