本发明专利技术涉及一种锂电化学蓄电池，包括通过集电器基板相互隔开的至少一个第一电化学单电池和至少一个第二电化学单电池。上述基板的第一面支撑第一电化学单电池的电极，并且与所述第一面相对的第二面支撑所述第二电化学单电池的相反符号的电极。每个单电池包括由电解质隔开的正极和负极。本发明专利技术的特征在于，所述正极包含锂化化合物并且所述负极包含元素硫。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具有特定的所谓的双极构造(bipolar architecture)的锂电化学蓄电池(lithium electrochemical accumulator),其在每个电化学单电池(电化学电池，电化学单元，electrochemical cell)中包含一对特定的电极,所述电极除了输送电压之外还提供对所述蓄电池赋予大质量容量(mass capacity)的可能性。本专利技术的领域可以由此被定义为能量储存装置的领域，特别是电化学蓄电池的领域。
技术介绍
能量储存装置是以能够通过如下输送电流的电化学单电池的原理而运行的常规电化学蓄电池在电化学单电池中存在由电解质隔开的一对电极(分别是正极和负极)，所述电极包括能够按照氧化还原反应而进行反应的特定材料，由此在电流的起点产生电子并产生通过电解质从一个电极到另一个电极循环的离子。支持该原理的最常用的蓄电池如下*使用金属氢化物和轻基氧化镍(nickel oxyhydroxide)作为电极材料的Ni-MH蓄电池；*使用镉和羟基氧化镍作为电极材料的Ni-Cd蓄电池；*使用铅和氧化铅PbO2作为电极材料的铅酸蓄电池；*通常使用全部或部分锂化的材料作为电极材料的Li离子蓄电池。在过去几年中，因为在能量密度方面Li离子蓄电池的性能的连续提高，Li离子蓄电池广泛地取代上述其他蓄电池。实际上，与Ni-MH和Ni-Cd蓄电池的质量和体积能量密度(其可以为50至100Wh. kg—1)和铅酸蓄电池的质量和体积能量密度(其可以为30至35Wh.kg—1)相比，锂离子蓄电池提供获得更大的质量和体积能量密度(其可以大于180Wh. k^1)的可能性。此外，Li离子蓄电池可以具有比其他蓄电池更大的额定单电池电压(例如，相对于其他上述蓄电池的约I. 5V的额定电压，使用LiCoO2/石墨对作为电极材料的单电池的额定电压为约3. 6V)。因为它们的固有性能，因此证明了对于自容积是最初标准的领域，Li离子蓄电池是特别值得关注的，例如这是计算机、视频、电话技术、运输如电动车辆、混合电动车辆或者其他医疗、空间、电子领域的领域中的情况。 从功能的观点来看，锂离子蓄电池以锂在蓄电池的电化学单电池的电极的构成材料中的嵌入-脱嵌的原理运行更具体地，在电流产生起点处的反应(即当蓄电池处于放电模式时)开始通过锂离子传导电解质从负极传输锂阳离子，其会插入到正极的受体晶格中，而源自负极处的反应的电子会供给与正极和负极连接的外电路。第一锂蓄电池在其负极处包含锂金属，其提供高额定单电池电压以及优异的质量和体积能量密度，然而，具有在重复特定数目的循环之后形成锂树枝状晶体的风险。这些树枝状晶体可能处于电化学单电池的构成元素的起点，这可能造成短路现象。为了克服这些缺点，作为锂金属的替代物，提出了包含含有下列电极对的电化学单电池的蓄电池-基于碳质材料，诸如石墨的负极；-基于LiMO2型的锂化的过渡金属氧化物的正极，其中M表示Co、Ni、Mn。然而，因为将石墨用于构成负极，所以这种蓄电池不具有最佳的功率性质。为了克服这个缺点，提出了利用锂化的材料代替石墨，特别是利用锂化的氧化钛Li4Ti5O12代替石墨。然而，这导致额定单电池电压下降(后 者从3. 6V降至2. 5V)，因此导致单个单电池蓄电池的能量密度的下降。为了制造在保持与使用石墨的蓄电池可比较的能量密度的同时具有这种负极材料的蓄电池，想法是制造一种蓄电池，其包括多个串联安装的电化学的单电池以便提高蓄电池的总电压，同时探索后者的质量和体积的限制。将电化学单电池串联放置而不损害所得蓄电池的质量和体积的合适构造是所谓的“双极”构造，其由如下组成将利用集电器(集电体)基板相互隔开的几个电化学单电池堆叠，该基板的一个面由单电池的电极占据，而基板的相对面由相邻单电池的相反符号的电极占据。利用这种构造，与由多个通过外部连接体连接在一起的单电池组成的一个蓄电池相比，可以降低组件的电阻。这种双极构造还使得可限制不必要的质量和体积。基于这种构造，本专利技术的专利技术人提出了一种新型锂蓄电池，其不会具有任何因形成锂金属树枝状晶体而劣化蓄电池的构成元素的风险，且此外具有大的质量容量。
技术实现思路
因此，本专利技术的专利技术人令人惊讶地发现，通过使用特定的电极对，可以获得具有上述优点的蓄电池。这种蓄电池对应于如下的锂电化学蓄电池，其包括通过集电器基板相互隔开的至少一个第一电化学单电池(电化学电池，电化学单元，electrochemical cell)和至少一个第二电化学单电池，所述基板在第一面上支撑所述第一电化学单电池的电极，并且在与所述第一面相对的第二面上支撑所述第二电化学单电池的相反符号的电极，各个单电池包括由电解质隔开的正极和负极，其特征在于，所述正极包含锂化化合物((Iithiatedcompound))并且所述负极包含元素硫。在给出本专利技术讨论的更多细节之前，我们对下列定义进行规定。正极在上下文中通常是指当蓄电池输出电流时(即当其处于放电过程时)充当阴极(正极，cathode)且当蓄电池处于充电过程时充当阳极(负极，anode)的电极。负极在上下文中通常是指当蓄电池输出电流时(即当其处于放电过程时)充当阳极且当蓄电池处于充电过程时充当阴极的电极。元素硫是指不与一种或几种化学元素结合的元素硫。锂化化合物是指包含与一种或几种化学元素结合的锂元素的化合物。本专利技术的创新特别在于设计一种具有双极构造的蓄电池，所述蓄电池在电化学单电池的构成负极处包含 元素硫(这种元素更通常用于进入到正极的组合物(组成)中)，从而受益于使用元素硫所固有的优势并且使得存在于负极中的元素硫和存在于正极中的锂化化合物结合，在蓄电池的放电(以及在蓄电池的充电)期间的总电化学反应不形成任何锂金属，这在对于蓄电池的安全性麻烦的锂金属树枝状晶体方面可能实现。特别地，元素硫的使用提供获得具有显著的质量容量(硫的比容量为l，675mAh.g_0的蓄电池的可能性。在负极中，可以将元素硫添加到其他元素诸如不同形式的碳中。因此，负极的构成材料可以为包含元素硫和碳的复合材料。此外，蓄电池的总电压可以通过作用于蓄电池的电化学单电池的数目而适应于目标应用，同时由于双极构造而保持便携式应用所关注的致密性。作为可进入到本专利技术蓄电池的正极的组合物(组成)中的锂化化合物的实例，可以提及过渡金属的多阴离子锂化化合物(多阴离子过渡金属锂化化合物)，锂化的过渡金属氧化物和它们的混合物。作为多阴离子过渡金属锂化化合物的实例，可以提及符合下列通式的锂化化合物LixMy(XOz)n其中*M 表示选自 Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mg、Zn、V、Ti、Al、Si、B、Cr、Mo 的元素及其混合物；*X表示选自P、Si、Ge、S、V和As的元素；*X、y、z和η为以使得阳离子的总电荷抵消(补偿)阴离子的总电荷，使得化合物为电中性的方式选择的整数或正小数。优选地，M表示选自Mn、Fe、Co、Ni、Cu、V、Ti、B、Cr、Mo的元素及其混合物。更具体地，这样的化合物可以对应于其中X对应于磷元素P的情况，在这种情况下,这些化合物形成锂磷酸盐化合物。这样的化合物可以是例如LiFePO4或Li3V2(PO4)3。作为过渡金属的锂化的氧化物化合物的实例，可以提及下式的化合本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.17 FR 10548191.一种电化学锂蓄电池，包括通过集电器基板相互隔开的至少一个第一电化学单电池和至少一个第二电化学单电池，所述基板在第一面上支撑所述第一电化学单电池的电极，并且在与所述第一面相对的第二面上支撑所述第二电化学单电池的相反符号的电极，每个单电池包括由电解质隔开的正极和负极，其特征在于，所述正极包含锂化化合物并且所述负极包含元素硫。2.根据权利要求I所述的蓄电池，其中，所述锂化化合物选自多阴离子锂化过渡金属化合物、锂化的过渡金属氧化物和它们的混合物。3.根据权利要求2所述的蓄电池，其中，所述多阴离子锂化过渡金属化合物符合下列通式LixMy(XOz)n其中 *M表示选自Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mg、Zn、V、Ti、Al、Si、B、Cr、Mo的元素以及它们的混合物； *X表示选自P、Si、Ge、S、V和As的元素； *x、y、z和η为以使得阳离子的总电荷抵消阴离子的总电荷，使得化合物为电中性的方式选择的整数或正小数。4.根据权利要求3所述的蓄电池，其中，所述多阴离子锂化化合物为LiFePO4或Li3V2(PO4)305.根据权利要求2所述的蓄电池...
【专利技术属性】
技术研发人员：塞利娜·巴尔克哈兹，玛丽安娜·沙米，塞巴斯蒂安·帕图，
申请(专利权)人：法国原子能及替代能源委员会，
类型：
国别省市：
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