用于电极的保护结构制造技术

提供了与金属锂(或其他碱金属或碱土金属)一起使用的保护结构及其制造方法。保护结构可以包括布置在金属锂层上的对锂离子传导性的基本连续且基本无孔的缓冲层。基本连续且基本无孔的保护层可以布置在缓冲层上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
所公开的实施方案设及用于电极的保护结构。
技术介绍
降低裡（或其他碱金属或碱±金属）基电池的循环寿命的因素之一是在电池的循 环期间由于存在于电极中的金属裡与电解质反应所致的电解质的消耗。为了将该反应减 少至最低限度或基本上防止该反应并因此提高电池的循环寿命，期望使金属裡与电解质隔 离。运通常设及使用涂覆在金属裡的表面上的裡离子传导材料。运种材料允许裡离子扩散 至金属裡表面W及从金属裡表面扩散出来，同时阻止电解质W基本上防止运种反应。对改 进用于裡和其他碱金属电极的保护结构将是有益的，并将应用于设及使用运种电池和电极 的许多不同的领域。
技术实现思路
所公开的实施方案设及用于电极的保护结构。本申请的主题在一些情况下设及相 关的结构和方法、对特定问题的替代解决方案和/或结构的多个不同用途。 在一个实施方案中，电极结构可W包括金属裡层和布置在金属裡层上的基本连续 且基本无孔的缓冲层。缓冲层可W对裡离子是传导性的。此外，基本连续且基本无孔的裡 氮化物层可W被布置在缓冲层上。 在另一实施方案中，电极结构可W包括含有电活性物质的电活性材料层，和布置 在电活性材料层上的基本连续且基本无孔的缓冲层。缓冲层可W对电活性物质是传导性 的。基本连续且基本无孔的保护层还可W被布置在缓冲层上。保护层可W使用能够与电活 性材料层反应的气体、等离子体、材料或流体形成。 在另一实施方案中，提供了用于形成电极结构的方法。该方法可W包括：提供金属 裡层；将基本连续且基本无孔的缓冲层沉积在金属裡层上，其中缓冲层可W对裡离子是传 导性的；和将基本连续且基本无孔的裡氮化物层沉积在缓冲层上。 在另一实施方案中，用于形成电极结构的方法可W包括：提供包含电活性物质的 电活性材料层；将基本连续且基本无孔的缓冲层沉积在电活性材料层上，其中缓冲层可W 对电活性物质是传导性的；和使用能够与电活性材料层反应的气体、等离子体、材料或流体 将基本连续且基本无孔的保护层沉积在缓冲层上。 应当理解前述构思和下文所讨论的另外的构思可WW任何合适的配置来布置或 结合，因为本公开在此方面不受限制。 当结合附图考虑时，本专利技术的其他优点和新颖特征将根据W下本专利技术的各种非限 制性实施方案的详细描述而变得明显。在本说明书和通过引用并入的文件包括矛盾和/或 不一致的公开内容的情况下，W本说明书为准。如果两个或更多个通过引用并入的文件包 括相对于彼此矛盾和/或不一致的公开内容，那么W具有较晚生效日期的文件为准。【附图说明】 本专利技术的非限制性实施方案将参照附图通过举例来描述，附图是示意性的并且无 意按比例绘制。在附图中，所示出的各个相同或几乎相同的组件通常由单一数字表示。为了 清楚的目的，在图示对允许本领域普通技术人员理解本专利技术而言不必要的情况下没有对每 幅图中的每个组件均进行标记，也没有示出本专利技术各个实施方案的每个组件。在附图中： 图1是根据一组实施方案结合了沉积在缓冲层上的保护层的电极结构的示意性 表不； 图2是根据一组实施方案结合了中间层和沉积在缓冲层上的保护层的电极结构 的不意性表不； 图3是根据一组实施方案形成电极结构的方法的代表性流程图； 图4A是根据一组实施方案结合了附着于电活性层的底表面的剥离层（release layer)和载体基底的电极结构的示意性表示； 图4B是根据一组实施方案结合了附着于保护层的剥离层和载体基底的电极结构 的示意性表示； 图4C是根据一组实施方案具有结合进最终电极结构的剥离层的电极结构的示意 性表示； 图5是沉积在铜金属化基底上的裡氮化物的图片和光学轮廓图像； 图6是沉积在裡金属基底上的裡氮化物的图片和光学轮廓图像； 图7是沉积在裡氧化物缓冲层上的裡氮化物和下面的裡金属基底的图片和光学 轮廓图像； 图8是沉积在裡氧化物缓冲层上的裡氮化物和下面的裡金属基底的扫描电子显 微镜图像； 图9是沉积在裡氧化物缓冲层上的裡氮化物和下面的裡金属基底的扫描电子显 微镜图像；W及 图10是具有裡氧化物层和沉积在裡氧化物缓冲层上的裡氮化物层的电极的阻抗 谱图。【具体实施方式】 提供了用于电极例如裡金属电极的保护结构。尽管许多材料可能适用于保护结构 中，但在电极结构中用作保护结构的一种合适材料是裡氮化物，运是由于其高裡离子传导 性所致。裡氮化物层可W通过裡与氮气的反应产生，并涂覆在惰性基底（即不包括裡的基 底）例如聚醋（例如聚对苯二甲酸乙二醇醋）或聚酷亚胺基底、金属化基底或裸露基底上。 当W运种方式制造时，裡氮化物层可W是均匀且连续的，W及基本上是非晶和无孔的。然后 裡氮化物层可W被层压或W其他方式布置在裡金属上W形成受保护的电极结构。 虽然上述方法可W产生可用的保护层，但专利技术人已经认识到期望直接在金属上形 成保护层。直接在金属裡上形成裡氮化物层可W提供若干优点，例如简化制造过程（由于 将不需要单独的层压步骤），减少界面数目，减小保护层的厚度，和/或在金属裡和裡氮化 物之间提供可W产生较低界面电阻和较低总电池电阻的经改进界面。然而，当一些保护层 例如裡氮化物被涂覆在金属裡的表面上时，由于裡金属与用于形成保护层的反应性气体 (例如氮气）反应而可能发生下面的金属裡的部分或全部转化。换言之，不是在金属裡上简 单地形成裡氮化物层，而是全部或一部分本体金属裡也可W与氮反应而形成裡氮化物。运 种与下面的本体金属裡的反应产生可能不适合作为保护层的多晶、多孔陶瓷层，因为电解 质可W通过多孔结构扩散，并与下面的金属裡反应。此外，由于裡表面的转化可WW非均 匀的方式进行，所产生的裡氮化物陶瓷层的厚度在整个金属裡的表面上可能不是基本均匀 的。鉴于上述情况，专利技术人已经认识到，期望在裡氮化物或任何其他合适保护层的沉 积期间基本防止下面的金属裡的转化，W提供基本上连续的具有减小的孔隙度的保护层。 如在下文更详细地描述，避免下面的金属裡转化的一种方式是在现有的下面的金属裡和保 护层之间提供裡离子传导材料。裡离子传导材料可W充当下面的金属裡和随后沉积的保护 层之间的缓冲。为了减少或防止不期望的反应，该缓冲层可W包含与下面的金属裡和保护 层中的一者或两者基本相容的材料。缓冲层还可W是基本上连续和/或无孔的W有效地使 金属裡与保护层隔离。 在不希望受理论束缚的情况下，在裡氮化物保护层的沉积期间基本避免下面的金 属裡表面的相互转化可W导致沉积基本连续、较少孔、更非晶和更平滑的裡氮化物层保护 层。此外，如下文更详细地描述，裡氮化物涂层厚度可W更精确地控制，因为基本上消除了 与下面的金属裡的相互转化有关的不受控制和基本非均匀的生长。当与在没有缓冲层的情 况下裡氮化物保护层直接沉积在下面的金属裡上而产生的多晶多孔结构相比时，预期所产 生的通过使用缓冲层而形成的保护结构基本上防止电解质和金属裡之间的反应，从而产生 增加的循环寿命。此外，由于当基本避免相互转化时裡氮化物保护层的厚度更为可控，可W 提供特定和基本上均匀的保护层厚度。 为了清楚起见，本文描述的结构被称为电极结构，其可W指电极前体或最终电极。 电极前体可W包括，例如包括一种或更多种不存在于最终电极或最终电化学电池中的组件 例如载体基底的电极，或在用作最终电极或用于最终电化学电池之前缺少一种或更多种组 件的电极。因此应当理解，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电极结构，包含：金属锂层；布置在所述金属锂层上的基本连续且基本无孔的缓冲层，其中所述缓冲层对锂离子是传导性的；和布置在所述缓冲层上的基本连续且基本无孔的锂氮化物层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：玛丽娜·M·萨福特森佩雷，查里克莱亚·斯科尔迪利斯凯利，
申请(专利权)人：赛昂能源有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US