电解质的分离制造技术

本发明专利技术提供涉及锂电池内电解质组合物的分离的方法和制品。本文中所述锂电池可包括含有锂作为活性阳极物质的阳极和含有硫作为活性阴极物质的阴极。用于所述锂电池的适宜电解质可包括非均相电解质，所述非均相电解质包含分隔向阳极并有利于阳极的第一电解质溶剂（如二氧杂环戊烷（ＤＯＬ））（在本文中称为“阳极侧电解质溶剂”）和分隔向阴极并有利于阴极的第二电解质溶剂（如１，２－二甲氧基乙烷（ＤＭＥ））（在本文中称为“阴极侧电解质溶剂”）。通过在电池的运行过程中分离所述电解质溶剂，使得所述阳极侧电解质溶剂不均衡地存在于阳极处，而所述阴极侧电解质溶剂不均衡地存在于阴极处，从而电池可从两种电解质溶剂的理想特性（如阳极侧电解质溶剂的相对低的锂反应性和阴极侧电解质溶剂的相对高的多硫化物溶解度）中受益。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般性涉及锂电池，更具体涉及锂电池内电解质组合物的分
技术介绍
，年来，对于具，含锂阳，的高能量密度电池的开发存在极大的兴插层化合物(intercalation compound )作为活性阳极物质的阳极。许多这种电池包括含有硫作为活性阴极物质的阴极。在对这类可充电电池充电时，阳极处锂离子被还原成锂金属，同时在阴极处硫化锂物质被氧化形成硫。该过程中生成的硫与限定部分阴极的其他硫结合。锂离子被释放进入连接阴极与阳极的电解质中。放电时，阳极处锂金属被氧化成锂离子，该锂离子被释放进电解质中，同时在阴极处锂离子和硫参与还原反应而形成硫化锂物质。这种类型的电池在重量和能量密度方面特别吸引人，尤其是含锂金属作为活性阳极物质的那些电池。锂金属阳极或主要包含锂金属的阳极提供了构建重量较轻并且其能量密度比诸如锂离子、镍金属氢化物或镍-镉电池等电池更高的电池的机会。这些特征对于因重量轻而具备高价值的便携式电子装置如蜂窝式电话和膝上型计算机所用的电池来说是高度期望的。如上所述，多硫化锂物质(在本文中也称"多硫化物")对于这类电池的化学过程起作用。放电时，;硫阴极处的还原反应过程中形成多硫化锂物质，其中涉及来自电解质的锂离子。正如所熟知的，这种类型的电池中可能存在穿梭机制，其中涉及硫化锂从含更多硫的高价物质向含较少石危的低价物质如Li2S的氧化和还原。在一些这种类型的可充电锂电池中，对于阳极和阴极使用单一电解质并不是最优的，例如可获得高硫阴极性能但以锂阳极的循环能力和稳定性为代价。例如，为获得更好的硫阴极性能、倍率性能(rate capability)和硫利用率，可选择能够溶解高浓度多硫化物的适宜电解质。但是，除了电解质中溶解的多硫化物以外，这样的电解质可能导致锂阳极腐蚀。另一方面，当使用对锂阳极的反应性较低的电解质时，多硫化物在这类电解质中的溶解度可能相当低。这可能导致不溶的多硫化物(即"板岩(slate)，，)在阴极处积聚，这可能导致器件性能劣化和/或器件寿命缩短。因此需要涉及对阳极和阴极均有利的电解质的方法和器件。
技术实现思路
本专利技术提供涉及包括锂电池在内的电化学装置中的电解质组合物分离的方法和制品。在一个实施方案中，提供一种锂电池。所述4电池包括含有锂(例如，锂金属、锂插层化合物或锂合金)作为活性阳极物质的阳极、包含由阴极集电器支承的活性阴极物质的阴极、和在阳极与阴极集电器之间的非均相电解质。该非均相电解质包含第 一 电解质溶剂和第二电解质溶剂，其中，在使用中，第一电解质溶剂不均衡地存在于阳极处，第二电解质溶剂不均衡地存在于阴极处，其中第二电解质溶剂包含至少 一种与阳极发生不利反应的物质。在另一实施方案中，提供一种形成锂电池的方法。所述方法包括提供包含锂(例如，锂金属、锂插层化合物或锂合金)作为活性阳极物质的阳极、在阳极上沉积包含聚合物和第一电解质溶剂的混合物、阴极设置为使所述混合物位于阳极和阴极之间、使阴极暴露于第二电解质溶剂、和使至少部分的第一和第二电解质溶剂在所述电池内分隔开。在另一实施方案中，提供一种操作锂电池的方法。所述方法包括操作锂电池使之包括含有锂(例如，锂金属、锂插层化合物或锂合金)作为活性阳极物质的阳极、阴极和包含至少第一和第二电解质溶剂的电解质，并将至少部分的第一和第二电解质溶剂分隔开以使第一电解质溶剂不均衡地存在于阳极处，而第二电解质溶剂不均衡地存在于阴极处，其中第二电解质溶剂包含至少 一种与阳极发生不利反应的物质。在另一实施方案中，提供一种形成锂电池的方法。所述方法包括提供包含锂(例如，锂金属、锂插层化合物或锂合金)作为活性阳极物质的阳极和在阳极上沉积聚合物层。聚合物层可暴露于第一电解质溶剂。阴极可邻近阳极设置，以使聚合物层位于阳极和阴极之间。然后，可使阴极暴露于第二电解质溶剂。至少部分的第一和第二电解质溶剂可在所述电池内分隔开。通过以下结合附图对本专利技术的各种非限制性实施方案的详细描述，本专利技术的其他优点和新特征将变得显而易见。在本说明书和通过引用并入的文件包含彼此矛盾和/或不一致的公开内容的情况下，以本说明书为准。如果通过引用并入的两篇或更多篇文件包含彼此矛盾和/或不一致的>^开内容，则以生效日较晚的文件为准。附图说明下面参照附图以实施例的4式对本专利技术的非限制性实施方案加以描述，附图仅为示意性的而非按比例绘制的。在附图中，所示各个相同或几乎相同的部件通常由一个附图标记表示。为清楚起见，不是每一部件均标示在每一附图中，也并未示出对本领域技术人员理解本专利技术而言不是必要的本专利技术的各实施方案的每一部件。在附图中图1示出了根据本专利技术的一个实施方案的电池的示意图，所述电池可让两种液体电解质溶剂分隔开并且其包含隔离层(separator )和与阳极结合的聚合物层；图2示出了根据本专利技术的一个实施方案的电池的示意图，所述电池可让两种液体电解质溶剂分隔开并且其包含与阳极结合的聚合物层；图3示出了根据本专利技术的一个实施方案的电池的示意图，所述电池可让两种液体电解质溶剂分隔开并且其包含与阳极结合的聚合物层和与阴极结合的聚合物层；图4示出了根据本专利技术的一个实施方案的电池的示意图，所述电池可让两种液体电解质溶剂分隔开并且其包含隔离层；图5示出了根据本专利技术的一个实施方案的阴极的示意图，所述阴极包含与其结合的聚合物层；图6示出了根据本专利技术的一个实施方案的阴极的示意图，所述阴极包含分散在阴极活性材料层内的聚合物材料；图7示出了根据本专利技术的一个实施方案的曲线图，该曲线图比较了具有其中分散有或没有聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物的硫阴极的锂电池在充电后静止电压对循环的关系；图8示出了根据本专利技术的一个实施方案的曲线图，该曲线图比较了具有其中分散有或没有聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物的硫阴极的锂电池在放电后静止电压对循环的关系；和图9示出了根据本专利技术的一个实施方案的曲线图，该曲线图比较了厶i性能,具体实施例方式本专利技术提供涉及包括锂电池在内的电化学装置中的电解质组合物的分离的方法和制品。这种分离可为多种目的(包括防止某些固体沉积在这类装置的电极上或内)，使特定物质与部分电池隔离或至少减少该部分暴露于所述物质的水平。根据本专利技术，电解质组合物的分离可以多种方式进行。在一组技术中，将聚合物(其可为凝胶)布置在装置中期望驻留对聚合物具有相对高的亲合力的特定电解质溶剂的位置处。在另一组技术中，将两种不同的聚合物布置在装置中期望设置分别对其中 一种聚合物具有相对更高的亲合力的两种不同电解质溶剂的特定位置处。可用多于两种的聚合物构建类似的布置。可使用相对不混溶的电解质溶剂并相对于彼此及装置的其他部件布置，以通过利用特定物质可能在一种溶剂中比另一种溶剂中的溶解度更高的事实来控制装置的至少一个部件在所述物质中的暴露。以上概述的技术或其他技术或其任意组合可用于本专利技术的一般分离方法。本文中所述的锂电池可包括含有锂(例如，锂金属、锂插层化合物或对于锂电池而言适宜的电解质可包括非均相电解质，所述非均相电解质包含分隔朝向阳极并有利于阳极的第一电解质溶剂(如二氧杂环戊烷(DOL))(在本文中称为"阳极侧电解质溶剂")和分隔朝向阴极并有利于阴极的第二电解质溶剂(如1，2-二甲氧基乙烷(DME))(在本文中称为"阴极侧电解质溶剂，，)。在一些实施方案中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂电池，包括：　包含锂作为活性阳极物质的阳极；　包含由阴极集电器支承的活性阴极物质的阴极；和　在所述阳极与所述阴极集电器之间的非均相电解质，所述非均相电解质包含第一电解质溶剂和第二电解质溶剂，其中，在使用中，所述第一电 解质溶剂不均衡地存在于所述阳极处，所述第二电解质溶剂不均衡地存在于所述阴极处，其中所述第二电解质溶剂包含至少一种与所述阳极发生不利反应的物质。

【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：尤里V米哈利克，卡蒂耶伯吉斯，伊戈尔科瓦列夫，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：US[美国]