[發(fā)明專利]用于涂覆活性金屬的組合物

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780058645.2
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN109792043A
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發(fā)明（設計）人: L.梅洛;C.哈蒙;C.歐大尼
• 申請（專利權）人: 索爾維特殊聚合物意大利有限公司
• 主分類號: H01M4/134
• 分類號: H01M4/134;H01M4/1395;H01M4/36;H01M4/38;H01M10/052;H01M10/42
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 徐晶;林毅斌

本發(fā)明提供了一種包含至少在一側上涂覆有聚合物組合物的金屬層的多層組件、一種用于制備所述組件的方法以及一種包括所述多層組件的電化學電池單元。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2016年9月22日提交的歐洲申請?zhí)?6190156.6的優(yōu)先權，出于所有目的將所述申請的全部內容通過援引方式并入本申請。

技術領域

本發(fā)明提供了一種包含至少在一側上涂覆有聚合物組合物的金屬層的多層組件、一種用于制備所述組件的方法以及一種包括所述多層組件的電化學電池單元。

背景技術

含有鋰金屬或鋰化合物作為陽極的原(非可再充電的)電池是非常有用的能量儲存裝置，其可以找到各種應用，范圍從大量的便攜式電子裝置到電動車輛。

鋰(Li)金屬還將由于其優(yōu)異的電化學特性而成為可再充電(二次)電池的理想的陽極材料。不幸地，在可再充電電池中固有的鋰沉積/溶出期間不可控的樹枝狀生長和有限的庫倫效率已經阻止了基于Li金屬的可再充電電池以及相關裝置在過去40年中的實際應用(參考文獻：XU，W.等人，“Lithium metal anodes for rechargeable batteries[用于可再充電電池的鋰金屬陽極]”，Energy Environ.Sci.[能源與環(huán)境科學]，2014，第7卷，第513-537頁，以及其中所引用的參考文獻)。

隨著后Li離子電池的出現(xiàn)，Li金屬陽極的安全和有效運行被認為是使能技術，該技術可以決定下一代能量儲存技術的命運，包括可再充電的Li-空氣電池、Li-S電池以及使用插層化合物作為陰極的Li金屬電池(參考文獻：LIANG，Z.等人，“Polymer Nanofiber-Guided Uniform Lithium Deposition for Battery Electrodes[用于電池電極的聚合物納米纖維引導的均勻鋰沉積]”，Nano Lett.[納米快報]，2015，第15卷，第2910-2916頁；UMEDA，G.A.等人，Protection of lithium metal surfaces using tetraethoxysilane[使用四乙氧基硅烷保護鋰金屬表面]，J.Mater.Chem.[材料化學期刊]，2011，第21卷，第1593頁；LOVE，C.A.等人，“Observation of Lithium Dendrites at Ambient Temperature[在環(huán)境溫度下觀察鋰枝晶]”，ECS Electrochemistry Letters[ECS電化學快報]，2015，第4卷，第2期，第A24-A27頁)。

鋰金屬陽極的嚴重問題是，它們是高度反應性的。鋰金屬與在電池電解質中使用的大多數(shù)有機化學品反應，并且它在水和空氣中銹蝕，在電池生產過程中造成問題。

在二次電池中使用Li金屬陽極的另一個主要問題與在重復充電/放電循環(huán)期間鋰枝晶的生長有關，這最終導致差的使用壽命以及潛在的內部短路。

不受控的鋰枝晶生長導致循環(huán)性能差以及嚴重的安全危害(參考文獻：WU，H.等人，“Improving battery safety by early detection of internal shorting with abifunctional separator[通過使用雙功能間隔物早期檢測內部短路以提高電池安全性]”，Nat.Commun.[自然通訊]，2014，第5卷，第5193頁)。電化學循環(huán)時，鋰離子向缺陷擴散，產生所謂的“熱點”。眾所周知，在電流密度局部顯著增強的這些熱點處，Li枝晶生長加速。所得的樹狀鋰金屬枝晶將刺穿間隔物并且引起內部短路，具有裝置過熱、著火以及潛在爆炸的風險。

可以通過在鋰金屬上添加聚合物層防止鋰枝晶生長。這個層應均勻地粘附在鋰金屬上以獲得均勻的鋰沉積，并且還應具有良好的機械特性以抵抗枝晶生長、用于長時間的適度溶脹、良好的離子電導率以避免性能損失以及界面處鋰濃度的減少。然而，已知的涂層組合物(例如基于偏二氟乙烯聚合物)未將枝晶生長抑制到令人滿意的水平并且降低了電化學電池單元的總效率。