[發明專利]電化學電池和制造方法

在審

• 申請號: 201811549981.X
• 申請日: 2018-12-18
• 公開（公告）號: CN110010854A
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: K·亞岱爾;戴放;M·蔡
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: H01M4/134
• 分類號: H01M4/134;H01M4/04;H01M4/1395;H01M4/38;H01M4/66;H01M10/0525
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 韋欣華;楊思捷

一種電化學電池，包括經由中間金屬氧族化物層物理和化學地結合到負電極集流器的表面的鋰金屬負電極層。中間金屬氧族化物層可以包括金屬氧化物、金屬硫化物、金屬硒化物或其組合。中間金屬氧族化物層可以通過將表面暴露于氣相氧族元素而形成在負電極集流器的表面上。然后，通過將金屬氧族化物層的至少一部分與鋰源接觸，可以在中間金屬氧族化物層上負電極集流器的表面上形成鋰金屬負電極層，使得鋰主動潤濕金屬氧族化物層并在金屬氧族化物層上負電極集流器的表面上形共形鋰金屬層。

引言

電池組是通過電化學還原-氧化(氧化還原)反應將化學能轉化為電能的設備。在二次或可再充電電池組中，這些電化學反應是可逆的，這允許電池組進行多次充電和放電循環。

二次鋰電池組通常包括一個或多個電化學電池，該電化學電池包括負電極、正電極、多孔隔板、電解質、負集流器和正集流器。這種電池組通過鋰離子和電子在每個電化學電池的電極和正電極之間的協同運動來供電。電解質是離子導電的，并且提供了用于鋰離子傳導通過負電極和正電極之間的電化學電池的介質。集流器是導電的，并且允許電子經由外部電路同時從一個電極行進到另一電極。多孔隔板使電極彼此物理分離和電絕緣，同時允許其間自由的離子流。

負電極和正電極以及它們各自的集流器之間的均勻且持續的物理接觸是必需的，以確保在電池組的整個壽命期間它們之間的有效電荷傳輸和有效的電池組操作。

發明內容

電化學電池可包括正電極層、與正電極層間隔開的鋰金屬負電極層以及與正電極層和負電極層離子接觸的電解質。正電極層可以聯接到正電極集流器，并且負電極層可以電聯接到負電極集流器。負電極層可以包括鋰金屬層，并且可以經由中間金屬氧族化物層物理和化學地結合到負電極集流器的表面。

金屬氧族化物層可包括金屬氧化物、金屬硫化物、金屬硒化物或其組合。

在一種形式中，負電極集流器可以包括銅。在這種情況下，中間金屬氧族化物層可包括氧化銅、硫化銅、硒化銅或其組合。

負電極集流器可包括無孔金屬箔、穿孔金屬板、多孔金屬網或多孔開孔金屬泡沫。

負電極集流器可以包括第一表面和相對的第二表面。在這種情況下，負電極集流器的第一表面可以經由第一中間金屬氧族化物層物理和化學地結合到第一負電極層，負電極集流器的第二表面可以經由第二中間金屬氧族化物層物理和化學地結合到第二負電極層。

負電極集流器可以具有在8-150μm范圍內的厚度。金屬氧族化物層可以具有在1-500nm范圍內的厚度。負電極層可以具有在5-100μm范圍內的厚度。

負電極層可以包括大于97wt％的鋰。

二次鋰金屬電池組可以包括多個電化學電池。電化學電池可以以串聯或并聯布置連接。

在制造電化學電池的方法中，可以提供多孔或無孔金屬基底。金屬基底的表面可以暴露于氣相的氧族元素，使得在金屬基底的表面上形成共形金屬氧族化物層。金屬基底的表面上的金屬氧族化物層的至少一部分可以被放置為與鋰源接觸。鋰可以主動潤濕金屬氧族化物層，使得在金屬氧族化物層上、金屬基底的表面上形成共形鋰金屬層。

氧族元素可以包括氧、硫、硒或其組合。在這種情況下，金屬氧族化物層可以包括金屬氧化物、金屬硫化物、金屬硒化物或其組合。

金屬基底可以包括銅。在這種情況下，金屬氧族化物層可以包括氧化銅、硫化銅、硒化銅或其組合。

在氧族元素包含氧的實施例中，可以通過在空氣中加熱金屬基底使金屬基底的表面暴露于氣態氧來使氣態氧與金屬基底的表面化學反應并結合到金屬基底的表面。

在氧族元素包含硫或硒的實施例中，可以通過加熱一定體積的固相硫或硒以從其中釋放一定體積的氣態硫或硒來使金屬基底的表面暴露于氣態硫或硒。然后，金屬基底的表面可以暴露于一定體積的氣態硫或硒，使得氣態硫或硒與金屬基底的表面化學反應并結合到金屬基底的表面。