[发明专利]用于锂离子蓄电池的液体-金属负电极

说明书

技术领域

本发明涉及的领域包括锂离子蓄电池。

背景技术

锂离子蓄电池是一种可再充电蓄电池，在该蓄电池中锂离子在负电极和正电极之间运动。锂离子蓄电池通常用在消费电子装置中。除了用于消费电子装置以外，锂离子蓄电池因其高能量密度而在国防、汽车和航天应用中越来越受欢迎。

锂离子的插入和抽出的过程导致在一些负电极中的大体积量的膨胀和收缩。这种膨胀和收缩可能接近百分之三百，这由于蓄电池在充电和放电之间循环而可能使得负电极易于出现裂纹。

发明内容

一个示例性实施例包括用于锂离子蓄电池的液体-金属合金负电极层。因为负电极层的合金成分处于液态，所以可以消除通常由与在传统的固体金属负电极中的锂插入和抽出相关联的体积变化引起的裂纹。

其它示例性实施例将从以下提供的具体描述变得显而易见。应当理解的是，该具体描述和特定示例虽然公开了示例性实施例，但是仅是旨在说明目的，并非被有意地来限制本发明的范围。

本发明还提供了如下方案：

方案1. 一种负电极，包括：

多孔基体；和

与锂反应的液体金属合金材料，其耦合在所述多孔基体内。

方案2. 如方案1的负电极，其中所述与锂反应的液体金属合金材料包括至少两种金属的合金，至少两种金属中的其中一种是Sn、Bi、Ga或In。

方案3. 如方案1的负电极，其中所述与锂反应的液体合金材料包括至少两种金属的合金，所述至少两种金属包括Bi、Ga或In中的至少一者和Sn。

方案4. 如方案1的负电极，其中所述多孔基体包括多孔金属、聚合物基体材料、水凝胶材料或陶瓷材料。

方案5. 如方案3的负电极，其中所述与锂反应的液体金属合金材料包括约90重量百分比的Ga和约10重量百分比的Sn。

方案6. 如方案3的负电极，其中所述与锂反应的液体金属合金材料包括约78.3重量百分比的Ga、约9.7重量百分比的Sn和约12重量百分比的In。

方案7. 一种电极组件，包括：

至少一个正电极；和

至少一个负电极，所述负电极包括与锂反应的液体金属合金材料，该材料具有低于锂离子蓄电池的工作温度的熔点。

方案8. 如方案7的电极组件，其中所述与锂反应的液体金属合金材料包括至少两种金属的合金，所述至少两种金属包括Sn、Bi、Ga或In中的至少一者。

方案9. 如方案7的电极组件，其中所述与锂反应的液体金属合金材料包括至少两种金属的合金，所述至少两种金属包括Bi、Ga或In中的至少一者和Sn。

方案10. 如方案7的电极组件，其中所述负电极还包括多孔基体。

方案11. 如方案10的电极组件，其中所述多孔基体包括聚合物基体、水凝胶材料、或陶瓷材料。

方案12. 如方案7的电极组件，其中所述与锂反应的液体金属合金材料包括约90重量百分比的Ga和约10重量百分比的Sn。

方案13. 如方案7的电极组件，其中所述与锂反应的液体金属合金材料包括约78.3重量百分比的Ga、约9.7重量百分比的Sn和约12重量百分比的In。

方案14. 一种产品，包括：

正电极；

负电极，其包括与锂反应的合金材料和多孔基体，所述合金材料具有低于所述产品的工作温度的熔点，其中所述多孔基体包括聚合物基体材料、水凝胶材料或陶瓷材料；和

分隔件或固体电解质层，其联接在所述负电极和所述正电极之间。

方案15. 如方案14的产品，其中所述与锂反应的液体金属合金材料包括至少两种金属的合金，所述至少两种金属包括Bi、Ga或In中的至少一者和Sn。

方案16. 如方案15的产品，其中所述与锂反应的液体金属合金材料包括约90重量百分比的Ga和约10重量百分比的Sn。

方案17. 如方案15的产品，其中所述与锂反应的液体金属合金材料包括约78.3重量百分比的Ga、约9.7重量百分比的Sn和约12重量百分比的In。

方案18. 如方案14的产品，还包括：

单格电池封装，其封装所述负电极、所述正电极、和所述分隔件或固体电解质层。