[发明专利]包括选择性渗透膜的电化学电芯、系统及其制造方法

说明书

本文描述的实施方案整体涉及包括选择性渗透膜的电化学电芯和系统及其制造方法。在一些实施方案中，选择性渗透膜可包括固态电解质材料。在一些实施方案中，电化学电芯可包括设置在阴极集流体上的阴极、设置在阳极集流体上的阳极和设置在它们之间的选择性渗透膜。在一些实施方案中，阴极和/或阳极可包括活性材料和传导材料在液体电解质中的浆料。在一些实施方案中，阴极液可不同于阳极液。在一些实施方案中，可优化阴极液以改进阴极的氧化还原电化学并且可优化阳极液以改进阳极的氧化还原电化学。在一些实施方案中，可构造选择性渗透膜以隔离阴极液与阳极液。

相关申请的交叉引用

本申请要求题目为“HYBRID SEMI-SOLID/ALL SOLID-STATE ELECTRODES ANDBATTERY STACKS”并于2018年1月8日提交的美国临时申请号62/614,618；题目为“ELECTROCHEMICAL CELLS INCLUDING SELECTIVELY PERMEABLE MEMBRANES,SYSTEMS ANDMETHODS OF MANUFACTURING THE SAME”并于2018年4月26日提交的美国临时申请号62/662,919；和题目为“ELECTROCHEMICAL CELLS INCLUDING SELECTIVELY PERMEABLEMEMBRANES,SYSTEMS AND METHODS OF MANUFACTURING THE SAME”并于2018年6月18日提交的美国临时申请号62/686,283的优先权和权益，其每个的公开内容通过引用完全并入本文。

背景技术

本文描述的实施方案整体涉及具有选择性渗透膜的电化学电芯和系统及其制造方法。电池通常由固体电极、分隔体、电解质和附属部件例如包装、热管理、电芯平衡、电载流体合并至接线端中和/或其它这样的部件组成。电极通常包括活性材料、传导材料、粘合剂和其它添加剂。

用于制备电池的一些已知方法包括：用由溶解或分散在溶剂或水中的粘合剂、活性材料、和传导添加剂组成的浆料涂覆金属性基材(例如集流体)，蒸发溶剂或水，和压延干燥的固体基体至规定厚度。然后将电极切割，与其它部件包装，用电解质浸润并然后将整个包装密封。

这样的已知方法通常包括复杂且昂贵的制造步骤例如铸塑(casting)电极。用于生产电极的这些已知方法导致电池具有较低的容量、较低的能量密度和高的非活性组分与活性材料之比率。此外，在已知电极配方中使用的粘合剂可提高弯折度并降低电极的离子传导率。

发明内容

本文描述的实施方案整体涉及包括选择性渗透膜的电化学电芯和系统及其制造方法。在一些实施方案中，选择性渗透膜可包括固态电解质材料。在一些实施方案中，电化学电芯可包括设置在阴极集流体上的阴极、设置在阳极集流体上的阳极和设置在它们之间的选择性渗透膜。在一些实施方案中，阴极和/或阳极可包括活性材料和传导材料在液体电解质中的浆料。在一些实施方案中，阴极液可不同于阳极液。在一些实施方案中，可优化阴极液以改进阴极的氧化还原电化学并且可优化阳极液以改进阳极的氧化还原电化学。在一些实施方案中，可构造选择性渗透膜以隔离阴极液与阳极液。

在一些实施方案中，电化学电芯包括阳极，所述阳极包括阳极集流体、阳极材料和阳极液；阴极，所述阴极包括阴极集流体、阴极材料和阴极液；和设置在阳极和阴极之间的选择性渗透膜，构造该选择性渗透膜以化学地和/或流体地(fluidically)隔离阳极与阴极。

在一些实施方案中，电化学电芯包括阳极，所述阳极包括阳极集流体和包括阳极液的半固体阳极材料；阴极集流体；第一阴极，所述第一阴极包括具有阴极液的半固体阴极材料，该第一阴极设置在阴极集流体上；设置在第一阴极上的第二阴极，该第二阴极包括活性材料、粘合剂、固态电解质材料，并且经构造从而化学地和/或流体地隔离阳极与阴极；和经构造从而在阳极和阴极之间提供电隔离的常规分隔体。