[发明专利]多层组件

说明书

本发明提供了一种包含至少部分地涂覆有杂合无机/有机组合物的金属层的多层组件、其制备方法以及包含所述多层组件的电化学电池。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年2月19日提交的欧洲申请号EP 16156507.2的优先权，出于所有目的将所述申请的全部内容通过援引方式并入本申请。

技术领域

本发明提供了一种包含至少在一侧上涂覆有杂合无机/有机组合物的金属层的多层组件、用于制备所述组件的方法以及包含所述多层组件的电化学电池。

背景技术

包含锂金属或锂化合物作为阳极的原(非可再充电的)电池是非常有用的能量储存装置，其可以找到各种应用，包括大量的便携式电子装置到电动车辆。

锂(Li)金属还将由于其优异的电化学特性而是可再充电(二次)电池的理想的阳极材料。不幸地，在可再充电电池中固有的锂沉积/溶出期间不可控的树枝状生长和有限的库伦效率已经阻止了基于Li金属的可再充电电池以及相关装置在过去40年中的实际应用(参考文献：XU,W.等人，“Lithium metal anodes for rechargeable batteries[用于可再充电电池的锂金属阳极]”，Energy Environ.Sci.[能源与环境科学]，2014，第7卷，第513-537页，以及其中所引用的参考文献)。

随着用于许多应用(范围从便携式电子装置到电动车辆)的后Li离子电池的出现，Li金属阳极的安全和有效运行已经成为使能技术，该技术可以决定下一代能量储存技术的命运，包括可再充电的Li–空气电池、Li–S电池以及使用插层化合物作为阴极的Li金属电池(参考文献：LIANG,Z.等人，“Polymer Nanofiber-Guided Uniform Lithium Depositionfor Battery Electrodes[用于电池电极的聚合物纳米纤维引导的均匀锂沉积]”，NanoLett.[纳米快报]，2015，第15卷，第2910-2916页；UMEDA,G.A.等人，Protection oflithium metal surfaces using tetraethoxysilane[使用四乙氧基硅烷保护锂金属表面]，J.Mater.Chem.[材料化学期刊]，2011，第21卷，第1593页；LOVE,C.A.等人,“Observation of Lithium Dendrites at Ambient Temperature[在环境温度下观察锂枝晶]”，ECS Electrochemistry Letters[ECS电化学快报]，2015，第4卷，第2期，第A24-A27页)。

在二次电池中使用Li金属阳极的主要问题与在重复充电/放电循环期间锂枝晶的生长有关，这最终导致差的使用寿命以及潜在的内部短路。

不受控的锂枝晶生长导致循环性能差以及严重的安全危害(参考文献：WU,H.等人，“Improving battery safety by early detection of internal shorting with abifunctional separator[通过使用双功能隔膜早期检测内部短路以提高电池安全性]”，Nat.Commun.[自然通讯]，2014，第5卷，第5193页)。电化学循环时，锂离子向缺陷扩散，产生所谓的“热点”。众所周知，在电流密度局部显著增强的这些热点处，Li枝晶生长加速。所得的树状锂金属枝晶将刺穿隔膜并且引起内部短路，具有装置过热、着火以及潜在爆炸的风险。

可以通过在锂金属上添加聚合物层防止锂枝晶生长。这个层应均匀地粘附在锂金属上以获得均匀的锂沉积，并且还应具有良好的机械特性以抵抗枝晶生长、用于长寿命的适度溶胀、良好的离子电导率以避免性能损失以及界面处锂浓度的减少。然而，已知的涂层组合物(例如基于偏二氟乙烯聚合物)未将枝晶生长抑制到令人满意的水平并且降低了电化学电池的总效率。

目前，对耐用的、可靠的并且安全的基于锂金属阳极的可再充电的电化学电池的需求仍未得到满足。

发明内容