[发明专利]锂二次电池和制造方法

说明书

一种锂(Li)二次电池，具有：Li缓冲层，所述Li缓冲层压缩在电池单元的Li金属阳极和电解质之间；以及多孔结构，所述多孔结构定位在所述电池单元的所述Li金属阳极和集电极之间。所述Li缓冲层有效地防止不可控制的枝晶生长。所述多孔结构层可有效地引导Li沉积的位置，由此减少在所述锂二次电池的充电和放电循环期间Li阳极的体积变化。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年3月3日提交的名称为“CONTROLLING LITHIUM PLATING BYLITHIUM-CONDUCTING BUFFER AND POROUS ANODE SCAFFOLD”的美国临时专利申请号63/156,079的优先权，该申请全文以引用方式并入本文。

背景技术

在典型的固态锂离子电池中，阳极和阴极由固体电解质分开。在电池的充电和放电期间，锂离子在阳极与阴极之间的电解质内行进。

众所周知，在电池单元中使用锂金属阳极造成在阳极表面处的枝晶生长，因为电池单元经历多次充电/放电循环和/或高速率充电/放电事件。枝晶生长引起在阴极与阳极之间的微短路，从而造成电池单元的退化。

因此，本领域需要一种改善的可再充电锂电池单元，其有效地控制在锂金属阳极表面上的枝晶生长，由此延长电池的寿命。

然而，鉴于在作出本发明时作为整体考虑的技术，对于本发明领域普通技术人员来说，如何克服现有技术的缺点并不明显。

虽然已经讨论了常规技术的某些方面以促进本发明的公开内容，但是本申请人绝不否认这些技术方面，并且设想所要求保护的发明可涵盖本文讨论的常规技术方面中的一者或多者。

本发明可解决以上讨论的现有技术的问题和缺陷中的一者或多者。然而，设想本发明可证明在解决许多技术领域中的其他问题和缺陷方面是有用的。因此，所要求保护的发明不必被解释为限于解决本文讨论的特定问题或缺陷中的任一者。

在本说明书中，如果提及或讨论了文件、动作或知识项，则该引用或讨论并不承认该文件、动作或知识项或它们的任何组合在优先权日、可公开获得的、对公众是已知的、属于公共常识的一部分，或以其他方式根据适用的法律规定构成现有技术；或者已知与解决本说明书所涉及的任何问题的尝试相关。

发明内容

在各种实施方式中，本发明提供了一种改善的二次(可再充电)锂金属电池，其在电池的充电和放电期间表现出稳定的充电/放电性能和受控的体积变化。

在一个实施方式中，本发明的可再充电电池包含固态电解质。在附加的实施方式中，可再充电电池单元包含混合电解质，该混合电解质包括液体和固体电解质的混合物。

在特定实施方式中，提供了一种锂二次电池，其包括锂(Li)金属阳极、阴极层和定位在Li金属阳极与阴极层之间的Li离子电解质层。该电池进一步包括压缩在Li金属阳极与Li离子电解质层之间的Li缓冲层、阳极集电极和定位在Li金属阳极与阳极集电极之间的多孔层。在至少0.1MPa(兆帕)的压力下，Li缓冲层压缩在Li金属阳极与电解质层之间，以维持多孔层的孔隙率。

阴极层可进一步包括阴极集电极和定位在阴极集电极与电解质层之间的阴极活性材料。

在特定实施方式中，阴极活性材料可分别包括重量比为70:5:25的LiNi_0.6Mn_0.2Co_0.2O₂(NMC)粉末、炭黑导电助剂和磷酸锂氯化硫(Li₆PS₅Cl)粉末。