[发明专利]阳极保护层

说明书

本发明公开了一种电化学电池组件，其包括：至少一个或多个电化学电池，该至少一个或多个电化学电池包括阴极，该阴极包括电化学活性材料，其中碱金属存在于阴极中；‑阳极，该阳极包括集电器，该集电器包括导电的惰性金属或非金属；并且阳极还包括含有第一层和第二层的保护层；其中第一层包括与碱金属合金化并形成在集流层上的金属和/或非金属，并且第二层沉积在第一层上，其中第二层是具有小于10^‑5S cm^‑1的电子电导率的离子导电层；其中电池组件还包括向至少一个或多个电化学电池施加压力的装置。

本发明涉及电化学电池。本发明还涉及一种形成电化学电池的方法，特别是在电化学电池的阳极上形成涂层的方法。

背景技术

包括碱金属或碱土金属的电极已经用于初级电化学电池和次级电化学电池两者。具体地讲，由于诸如锂和钠的碱金属可以提供每个单位质量的高能量转移，所以这些碱金属可以特别有益。虽然电池可以在阳极(即负电极)中包含锂或钠，例如作为锂或钠金属或金属合金箔，但是可以采用各种其它电池构造。例如，锂或钠电池可以包括不含有碱金属的阳极。

在阳极中包括碱金属(例如呈金属或金属合金箔的形式)的电池可以经受所述碱金属与电解质的反应，该反应可以在阳极上形成可以随着时间的推移降低电池性能的电阻层，并且还可以导致在循环期间形成碱金属枝晶/苔藓沉积物。这可能导致短路和降低的循环性能。虽然基于替代性阳极(不包括碱金属)的电池可能最初不受这些问题的影响，但是仍然可以在循环期间在阳极的表面上形成碱金属层，因为碱金属电镀在该表面上。还可以形成枝晶。因此，此类电池的性能和/或寿命也可能受到影响。

鉴于上述困难，在阳极表面上包含保护层可为期望的。已经提出了各种保护层。例如，阳极顶部上的合金层已经被建议作为改善电池循环或容量特性的一种手段。然而，包含碱金属合金的合金层是高度还原性的并且随着时间的推移可与电解质反应，从而导致在电极顶部上形成离子电阻层。还可在合金层顶部上观察到碱金属镀层，以及不均匀的剥离。也已经提出将陶瓷材料作为用于在阳极上形成保护层的候选物。然而，陶瓷层的使用可增加阳极的电荷转移电阻，这可导致碱金属的不均匀剥离和电镀。然后，碱金属的不均匀电镀和剥离可以导致局部高电流密度，并且可以导致保护层顶部上的碱金属沉积。另外，由于不均匀的体积变化，陶瓷层的机械完整性可能受到损害。

具体实施方式

在描述本发明的特定示例之前，应当理解的是，本公开不限于本文所公开的特定电池、方法或材料。还应该理解的是，本文使用的术语仅用于描述特定示例，并不旨在进行限制，因为保护范围将由权利要求及其等同物来限定。

在描述和要求保护本发明的电池和方法时，除非上下文另有明确指示，否则将使用以下术语：单数形式“一种(a)”、“一种(an)”和“该”包括复数形式。因此，例如，提及“阳极”包含提及一种或多种这些元素。

根据本发明的第一方面，提供了一种电化学电池组件，该电化学电池组件包括：

至少一个或多个电化学电池，该至少一个或多个电化学电池包括

-阴极，该阴极包括电化学活性材料，其中碱金属存在于阴极中；

-阳极，该阳极包括集电器，该集电器包括导电的惰性金属或非金属；并且阳极还包括含有第一层和第二层的保护层；其中第一层包括与碱金属合金化并形成在集电器上的金属和/或非金属，并且第二层沉积在第一层上，其中第二层是具有小于10-5S cm-1的电子电导率的离子导电层；

其中该电池组件还包括向该至少一个或多个电化学电池施加压力的装置。

根据本发明的另一方面，提供了一种电化学电池组件，该电化学电池组件包括：

至少一个或多个电化学电池，该至少一个或多个电化学电池包括

-阴极，该阴极包括电化学活性材料，其中碱金属存在于阴极中；