本发明专利技术涉及施加力以提高电化学电池的性能。在一些情况下，所述力可包括具有垂直于电化学电池的阳极活性表面的分量的各向异性力。在本文所述的实施方案中，电化学电池（例如，可充电电池）可能发生充／放电循环，其涉及充电时在阳极表面上的金属（例如，锂金属）的沉积以及放电时在阳极表面上的金属的反应，其中金属从阳极表面扩散。金属在阳极上的沉积均匀性会影响电池性能。例如，当锂金属再沉积在阳极上时，在某些情况下，会不均匀沉积形成粗糙表面。粗糙化表面可能增加参与不期望化学反应的锂金属量，这会导致循环寿命下降和／或电池性能劣化。根据本发明专利技术，已经发现对电化学电池施加力减少了这种现象并且改善了循环寿命下降和／或电池性能。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电化学电池，更具体涉及通过施加力来改善电化学电池性能的系统和方法。
技术介绍
典型的电化学电池具有参与电化学反应的阴极和阳极。有些电化学电池(例如， 可充电电池)可能发生充/放电循环，其涉及阳极表面上的金属(例如，锂金属)的剥离和 沉积以及伴随的阳极表面上的金属与其它电池组分(例如，电解质组分)的寄生反应，其中 金属在放电期间可从阳极表面扩散。该过程的效率和均勻性会影响电化学电池的有效运 作。在某些情况下，一个或多个电极的一个或多个表面可能在电化学电池经过反复的充/ 放电循环时变得不平坦，这往往是因为溶解在电解质中的离子不均勻的再沉积所致。一个 或多个电极的一个或多个表面的粗糙化可能会导致电池性能越来越差。因此，有必要改进组成和方法。
技术实现思路
本专利技术一般性涉及电化学电池，更具体涉及通过施加力来改善电化学电池性能的 系统和方法。本专利技术的主题在某些情况下涉及相关产品、特定问题的替代解决方案和/或 一个或多个系统和/或制品的多个不同用途。在某些实施方案中，本专利技术涉及一种电化学电池。在一组实施方案中，提供一种电 化学电池，其包括阴极；阳极，其包含锂作为阳极活性材料，所述阳极具有活性表面；和电 解质，其与所述阴极和所述阳极电化学连通。所述电池构造和设置为在所述电池的充电和 /或放电过程中的至少一个时段期间施加具有垂直于阳极活性表面的分量的各向异性力。在某些情况下，提供一种电化学电池，其包括阴极；阳极，所述阳极具有活性表 面；和非固体电解质，其与所述阴极和所述阳极电化学连通。所述电池可以构造和设置为在 所述电池的充电和/或放电过程中的至少一个时段期间施加具有垂直于阳极活性表面的 分量的各向异性力。在一些实施方案中，描述了一种制品。所述制品可以包括一种电化学电池，其包括 内部容积、与内部容积相邻的第一电极、与第一电极相邻的电解质和与电解质相邻的第二 电极。所述制品还可以包括位于电化学电池的内部容积中的膨胀元件以及围绕电化学电池 的外侧的至少一部分的收缩元件。在某些情况下，收缩元件构造和设置为对电化学电池的 最外表面施加力。在一些实施方案中，膨胀元件构造和设置为施加从电化学电池的内部体7积径向向外的力。在某些情况下，电化学电池边界内的力的偏差低于电化学电池边界内的 中值力的约30%。在一组实施方案中，描述了一种包括多个电化学电池的制品。所述制品可以包 括第一电化学电池、第二电化学电池和围绕第一电池和第二电池的至少一部分的收缩元 件。在一些实施方案中，收缩元件都可以构造和设置为对第一和第二电池施加限定至少约 4. 9N/cm2压力的力。在某些情况下，可以提供一种电化学电池，其包括具有活性表面的阴极、具有活 性表面的阳极、以及与阴极和阳极电化学连通的电解质。阴极和阳极可具有屈服应力，其中 阴极和阳极其中之一的有效屈服应力大于另一个的屈服应力，使得垂直施加于阳极活性表 面和阴极活性表面之一的各向异性力使阴极和阳极之一的表面形态受到影响。在某些实施方案中，本专利技术涉及电能的储存和使用的方法。在一组实施方案中，所 述方法包括提供包括一种电化学电池，其包括阴极；阳极，其包含锂阳极活性材料，所述 阳极具有活性表面；和电解质，其与所述阴极和所述阳极电化学连通。该方法还可包括在所 述电池的充电和/或放电过程中的至少一个时段期间施加具有垂直于阳极活性表面的分 量的各向异性力。在一组实施方案中，所述方法包括提供包括一种电化学电池，其包括阴极；阳 极，所述阳极具有活性表面；和非固体电解质，其与所述阴极和所述阳极电化学连通。该方 法还可包括在所述电池的充电和/或放电过程中的至少一个时段期间施加具有垂直于所 述阳极活性表面的分量的各向异性力。当结合附图考虑以下具体说明时，本专利技术的其它方面、实施方案和特征将变得明 显易见。附图是示意性的，并非旨在按比例绘制。为了清楚简洁，没有在每幅附图中都标示 出所有组件，并且在对于本领域技术人员理解本专利技术并非必须图示的情况下，也没有示出 本专利技术每个实施方案中的所有组件。通过引用并入本专利技术的所有专利申请和专利均通过引 用全文并入。在发生矛盾时，以本说明书以及所包括的定义为准。附图说明将参照附图利用实施例来说明本专利技术的非限制性实施方案，附图是示意性的，并 非旨在按比例绘制。在附图中，所示的每个相同或近似相同的组件用相同的附图标记表示。 为了清楚简洁，没有在每幅附图中都标示出所有组件，并且在对于本领域技术人员理解本 专利技术并非必须图示的情况下，也没有示出本专利技术每个实施方案中的所有组件。在附图中图1是根据一组实施方案的电化学电池的示意图；图2是根据另一组实施方案的电化学电池的示意图；图3是根据又一组实施方案的电化学电池的示意图；图4是在充放电期间施加各向异性力之后的阳极的SEM显微照片；图5是在没有施加各向异性力的情况下充放电之后的阳极的SEM显微照片；图6A-6D包括在充放电期间施加(a)0、(b)49、(c) 73. 5和(d)98N/cm2之后的阳极 的SEM显微照片；图7A-7D包括在充放电期间施加(a) 0、(b) 49、(c) 73. 5和(d) 98N/cm2之后的阳极 的SEM显微照片；图8是根据另一实施方案的电化学电池组的示意图。 具体实施例方式本专利技术涉及施加力来提高电化学电池的性能。如本申请所述的施加于电化学电池 的一部分上的力可以减少电池的电极表面的不规则性或粗糙性，从而提高性能。在一些情况下，所述力可以包括具有垂直于电化学电池的阳极活性表面的分量的 各向异性力。在本文所述的实施方案中，电化学电池(例如，可充电电池)可能发生充/放 电循环，其涉及充电时阳极表面上的金属(例如，锂金属或下述的其它活性材料)的沉积 以及放电时阳极表面上的金属的反应，其中金属从阳极表面扩散。金属在阳极上的沉积均 勻性会影响电池性能。例如，当锂金属从阳极移除和/或再沉积在阳极上时，在某些情况下 下，会导致不平坦表面，例如在再沉积时可能不均勻沉积而形成粗糙表面。粗糙化表面可能 增加参与不期望化学反应的锂金属量，这会导致循环寿命下降和/或电池性能劣化。根据 本专利技术，已经发现对电化学电池施加力减少了这种现象并且改善了循环寿命下降和/或电 池性能。尽管本专利技术可以在类型广泛的电化学装置中找到用途，但是出于示例目的，仅在 图1中提供了一个这种装置的实例。在图1中，电化学电池的一般实施方案可包括阴极、阳 极和与阴极和阳极电化学连通的电解质层。在某些情况下，电池也可以包括容纳结构。在 某些情况下，组件可以组合成使得电解质处于堆叠构造的阴极和阳极之间。图1示出本发 明的电化学电池。在所示的实施方案中，电池10包括可形成在基板20的基本平坦表面上 的阴极30。虽然图1中的阴极和基板显示为具有平面构型，但是其它实施方案也可包括非 平面构型，如下所详述。阴极可以包含多种阴极活性材料。本文中所使用的术语“阴极活 性材料”是指与阴极相关的任意电化学活性材料。例如，阴极可以包含含硫材料，其中硫是 阴极活性物质。阴极活性材料的其它例子在下文中详细说明。在一些实施方案中，阴极30 包括至少一个活性表面(例如，表面32)。本文中所使用的术语“活性表面“是用来描述电 极的与电解质物理接触并且可发生电化学反应的表面。电解质40 (例如，包本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种电化学电池，包括：阴极；阳极，其包含锂作为阳极活性材料，所述阳极具有活性表面；和电解质，其与所述阴极和所述阳极电化学连通；其中所述电池构造和设置为在所述电池的充电和／或放电过程中的至少一个时段期间施加具有垂直于阳极活性表面的分量的各向异性力。
【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：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
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