[發明專利]用于電化學電池的負極

有效

• 申請號: 201780054462.3
• 申請日: 2017-09-05
• 公開（公告）號: CN110024174B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 托馬斯·克利姆馬施;簡·魏卡德;漢斯-約瑟夫·拉斯;于爾根·克歇爾;大衛·安斯沃思;史蒂芬·羅蘭茲;賈斯納·卡塔日納·克雷斯;史蒂芬·勞斯;塞巴斯蒂安·代西拉尼
• 申請（專利權）人: 奧克斯能源有限公司;科思創德國股份有限公司
• 主分類號: H01M50/417
• 分類號: H01M50/417;H01M50/449;H01M4/36;H01M4/134;H01M4/1395;H01M10/052;H01M4/38;H01M4/62;H01M4/40
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 張英

本發明涉及用于電化學電池的負極，所述負極包括鋰金屬或鋰金屬合金，和沉積于鋰金屬或鋰金屬合金上的聚合物涂層，其中聚合物涂層摻雜有鋰離子并包含聚異氰脲酸酯材料。

技術領域

本發明涉及用于電化學電池的負極和包含這種負極的鋰硫電池。本發明還涉及在電化學電池的負極上形成涂層的方法。

背景技術

典型鋰硫電池包括由鋰金屬形成的負極(負電極)和由單質硫或其他電活性硫材料和導電材料如碳黑的混合物形成的正極(正電極)。電極與通常由溶解于電解質溶劑中的鋰鹽形成的電解質接觸。

鋰硫電池是二次電池。當鋰硫電池放電時，硫(例如，單質硫)被還原，例如，形成可溶性多硫化物物質S_n^2-(n≥2)。當電池充電時，反應反向發生，其中硫化物或多硫化物被氧化回硫。

鋰金屬是強還原劑。因此，當鋰金屬負極與電解質溶劑接觸時，電解質溶劑傾向于與鋰金屬反應而生成固體電解質界面(SEI)。SEI通常具有高離子傳導性，允許鋰離子從負極表面流入電解質中，反之亦然。SEI還會防止鋰金屬和電解質溶劑之間的進一步接觸。因此，SEI可以通過防止鋰負極通過與電解質的進一步反應被消耗而至少在一定程度上保護鋰負極。然而，SEI可能無法阻止溶解于電解質中的多硫化物與鋰金屬反應而在鋰金屬表面上形成硫化鋰(Li₂S)或高級多硫化物(例如，Li₂S₂)。這些反應產物可以摻入SEI中，降低可用于電池充電和放電反應的電活性硫材料的量。此外，在循環期間，SEI可能會分解，使電解質暴露于新鮮的鋰。這可能會導致鋰負極和電解質之間進一步反應，導致電解質隨時間而耗盡。最終，電池會干涸，導致電池失效。

附圖說明

圖1顯示了實施例1的電池的容量如何隨循環次數的增加而變化。

具體實施方式

在描述本發明的具體實施例之前，應該理解本公開并不限于本文公開的具體電池、方法或材料。還應該理解的是，本文使用的術語僅用于描述具體實施例，而非旨在是限制性的，因為保護范圍將由權利要求書及其等同物界定。

在描述和要求保護本發明的電池和方法時，將會使用以下術語：單數形式“一個”，“一種”和“該”除非上下文另有明確說明，包括復數形式。因此，例如，題記“一個負極”包括提及一個或多個這種元件。

根據本發明，提供了一種用于電化學電池的負極，所述負極包括：

鋰金屬或鋰金屬合金，和

沉積于鋰金屬或鋰金屬合金上的聚合物涂層，

其中聚合物涂層摻雜有鋰離子并包含聚異氰脲酸酯材料。

本發明還涉及包含如本文描述的負極、包含導電材料和含硫電活性材料的正極和電解質的鋰硫電池。

根據進一步的方面，提供了一種在電化學電池的負極上形成涂層的方法。該方法包括使由鋰金屬或鋰金屬合金形成的負極與涂層組合物接觸。涂層組合物為分散液或溶液的形式，并含有聚合物前體、鋰金屬鹽和溶劑。根據本發明，聚合物前體可以是單體異氰酸酯、低聚異氰酸酯或包含單體和聚合異氰酸酯兩者的混合物。

聚異氰脲酸酯可以是聚異氰脲酸酯塑料材料。如本文使用的，“聚異氰脲酸酯塑料材料”是含有聚異氰脲酸酯的塑料材料。在本發明的優選實施方式中，塑料材料主要包含聚異氰脲酸酯。在本發明最優選的實施方式中，塑料材料由聚異氰脲酸酯組成。聚異氰脲酸酯和其它塑料材料的共混物同樣被術語“聚異氰脲酸酯塑料材料”并入，如本文所使用的。

在本文件中提及“塑料材料”之處，這意味著在環境溫度下是很大程度上尺寸穩定性的產品，與例如凝膠或液體相對而言。如本文中所用的術語“塑料材料”包括所有常規類型的塑料材料，即具體地熱固性塑料，熱塑性塑料和彈性體。