CN107078268B - 具有受保护负电极的电化学单元 - Google Patents

具有受保护负电极的电化学单元 Download PDF

Info

Publication number
CN107078268B
CN107078268B CN201580050464.6A CN201580050464A CN107078268B CN 107078268 B CN107078268 B CN 107078268B CN 201580050464 A CN201580050464 A CN 201580050464A CN 107078268 B CN107078268 B CN 107078268B
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
conducting material
ion
alkali metal
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201580050464.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107078268A (zh
Inventor
苏布拉曼亚·P·赫尔勒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Applied Materials Inc
Original Assignee
Applied Materials Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Applied Materials Inc filed Critical Applied Materials Inc
Publication of CN107078268A publication Critical patent/CN107078268A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107078268B publication Critical patent/CN107078268B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0438—Processes of manufacture in general by electrochemical processing
    • H01M4/044—Activating, forming or electrochemical attack of the supporting material
    • H01M4/0442—Anodisation, Oxidation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0438—Processes of manufacture in general by electrochemical processing
    • H01M4/044—Activating, forming or electrochemical attack of the supporting material
    • H01M4/0445—Forming after manufacture of the electrode, e.g. first charge, cycling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0438—Processes of manufacture in general by electrochemical processing
    • H01M4/045—Electrochemical coating; Electrochemical impregnation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H01M4/1395—Processes of manufacture of electrodes based on metals, Si or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/381—Alkaline or alkaline earth metals elements
    • H01M4/382—Lithium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/665—Composites
    • H01M4/667—Composites in the form of layers, e.g. coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/72—Grids
    • H01M4/74—Meshes or woven material; Expanded metal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0421—Methods of deposition of the material involving vapour deposition
    • H01M4/0423—Physical vapour deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0471—Processes of manufacture in general involving thermal treatment, e.g. firing, sintering, backing particulate active material, thermal decomposition, pyrolysis
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)

Abstract

一种制造用于电化学单元的负电极的方法可包含：提供导电基板；在所述基板上沉积金属层；阳极化所述金属层，以在所述基板上形成多孔层；在所述多孔层上沉积离子传导材料层，所述离子传导材料层至少部分地延伸到所述多孔层的孔隙内；致密化所述离子传导材料层；在所述致密化离子传导材料层上沉积碱金属层；将临时电极附接到所述碱金属层并使电流在所述临时电极与所述基板之间通过以驱动碱金属通过所述致密化离子传导材料层到所述基板的表面，从而在所述基板的表面处形成碱金属储存器。而且，导电网孔可用以取代所述基板上的所述多孔层。

Description

具有受保护负电极的电化学单元
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年9月23日提交的美国临时申请No.62/054,267的权益，并且所述临时申请以引用的方式整体结合在此。
技术领域
本公开内容的实施方式通常涉及电化学单元，并且更具体地(尽管不是专有地)涉及受保护负电极。
背景技术
锂基电池的故障的一般模式是锂树突(lithium dendrites)的生长，这会生长到使电池电极短路。显然，存在着减少树突形成的发生的碱金属基电池单元设计的需求。
发明内容
本公开内容描述一种电化学能源储存装置(诸如电池)，包含被分隔件分离的正电极与负电极以及电解质，所述电解质作为离子传导基质，其中负电极经配置以减少或去除碱金属树突形成的发生。所述负电极可以具有致密化离子传导材料作为分隔件来制造。而且，所述负电极可被配置作为受保护碱金属电极。
根据一些实施方式，一种制造用于电化学单元的负电极的方法可包含：提供基板，所述基板可导电；在所述基板上沉积金属层；阳极化所述金属层，以在所述基板上形成多孔层；在所述多孔层上沉积离子传导材料层，所述离子传导材料层至少部分地延伸到所述多孔层的孔隙内；致密化所述离子传导材料层；在所述致密化离子传导材料层上沉积碱金属层；将临时电极附接到所述碱金属层并使电流在所述临时电极与所述基板之间通过以驱动碱金属通过所述致密化离子传导材料层到所述基板的表面，而在所述基板的表面处形成碱金属储存器。
根据一些实施方式，一种制造用于电化学单元的负电极的方法可包含：提供导电网孔；在所述导电网孔上沉积离子传导材料层，所述离子传导材料层至少部分地延伸到所述导电网孔的孔洞内；致密化所述离子传导材料层；在所述致密化离子传导材料层上沉积碱金属层；以及将临时电极附接到所述碱金属层并使电流在所述临时电极与所述导电基板之间通过以驱动碱金属通过所述致密化离子传导材料层到所述导电网孔的表面，而在所述导电网孔的表面处形成碱金属储存器。
根据一些实施方式，一种制造用于电化学单元的负电极的方法可包含：提供导电基板；在所述导电基板上沉积离子传导材料层；致密化所述离子传导材料层；在所述致密化离子传导材料层上沉积碱金属层；以及将临时电极附接到所述碱金属层并使电流在所述临时电极与所述导电网孔之间通过以驱动碱金属通过所述致密化离子传导材料层到所述导电基板的表面，而在所述导电基板的表面处形成碱金属储存器。
附图说明
结合附图参照以下具体实施方式的说明，本发明的这些与其他方面和特征对本领域技术人员来说将变得显而易见，其中：
图1-5是根据一些实施方式的代表第一负电极制造过程的示意性横截面图；
图6-11是根据一些实施方式的代表第二负电极制造过程的示意性横截面图；
图12示出了根据一些实施方式的当多孔层203是锂离子导体时锂金属移动到基板之后的图11的结构；
图13示出了根据一些实施方式的当多孔层203不是锂离子导体时锂金属移动到基板之后的图11的结构。
图14和15是根据一些实施方式的代表第三负电极制造过程的示意性横截面图；以及
图16是根据一些实施方式的代表进一步负电极结构的示意性横截面图。
具体实施方式
现在将参照附图详细地描述本公开内容的实施方式，其中这些实施方式是被提供作为本公开内容的示意性实例以使本领域技术人员能够实施本公开内容。在此提供的附图包括没有依比例绘制的器件以及器件工艺流程的呈现。值得注意的是，以下的附图与实例没有被意图用以将本公开内容的范围限制到单一实施方式，而是通过交换一些或全部所描述的或所示出的元件，其他实施方式是可行的。而且，当可使用已知部件来部分地或完全地实现本公开内容的特定元件时，仅这些已知部件必须用于了解本公开内容的部分会被描述，并且这些已知部件的其他部分的详细描述将被省略以为了不模糊化本公开内容。在本说明书中，除非在此明确地说明，显示单个部件的实施方式不应被视为构成限制；相反地，本公开内容意图涵盖包括多个相同部件的其他实施方式，且反之亦然。而且，除非明确地如此公开，申请人不意图使说明书或权利要求书中的任何术语归属于罕见的或特别的意义。再者，本公开内容通过例证将参照的已知部件的目前与未来等效物涵盖于此。
本公开内容描述一种电化学能源储存装置(诸如电池)，包含被分隔件分离的正电极与负电极以及电解质，所述电解质作为离子传导基质，其中所述负电极经配置以减少或去除锂金属树突形成的发生。而且，所述负电极可被配置作为受保护锂电极。
图1-3示出了负电极的第一实施方式的制造。在图1中，提供基板101，基板101也可以是由例如铜、不锈钢或被涂覆有导电材料的介电材料(诸如玻璃)形成的电流收集器。在图2中，基板涂覆有离子传导材料102，诸如石榴石(LLZO(LiLaZr氧化物))、LLZTO(LiLaZrTa氧化物)、硫化物(LGPS(Li10GeP2S12)、Li3PS4)、抗钙钛矿(antiperovskite)(掺杂Li3OX，X＝卤素)、LiPON、适当的聚合物材料和/或适当的聚合物/凝胶材料等；涂覆物可被沉积在基板的一侧或两侧上且可使用诸如PVD、等离子体喷涂、热喷涂、生胚(green tape)沉积等的沉积技术来沉积。在图3中，使用诸如点火、烧结、激光或烘炉退火、RTP等的方法，离子传导材料被致密化以形成致密化离子传导材料103。致密化离子传导材料应不含有针孔或具有高深比孔隙以抑制树突生长。图3所示的负电极可被取用并与正电极结合，所述正电极在实施方式中可直接被沉积在负电极上。负电极上的致密化离子传导材料103作为所产生电池的离子传导分隔件。在此实施方式中，锂金属来自正电极。正电极可被印刷/涂覆在铝电流收集器上而具有或不具有液体电解质，并且活性材料可与锂导电固体电解质掺合以减少正电极中的液体电解质。因此，电化学单元组件可具有减少的位于正电极和位于没有液体电解质的负电极侧上的液体电解质。此外，正电极可被图案化，以减少扭曲并获得更高的充电速率性能。
再者，图3的负电极的处理可如图4-5所示被继续。在图4中，锂金属104被沉积在致密化离子传导材料103上。(值得注意的是基于安全原因，锂金属沉积区域会小于锂金属被沉积在其上的离子传导材料的表面的区域－锂金属被保持成远离边缘)。在图5中，由例如铜形成的临时电极(未示出)被附接到致密化离子传导材料的锂覆盖顶表面，以使电流可在所述临时电极与所述基板/电流收集器之间通过，从而驱动锂104通过致密化离子传导材料103到锂储存器105被形成之处的基板/电流收集器101的表面。混合的离子与电气导电氧化物可被沉积在致密化离子传导材料层与锂金属层之间，以使所有的锂可有效电化学地被移动到基板与致密化离子传导材料之间的界面。图5的负电极可被取用并与正电极结合，如上所述，以形成电池。值得注意的是，在图5的实施方式中，锂储存器受到保护－通过离子传导材料层与负电极的表面分离，其中所述离子传导材料层对于保护锂免于环境中的氧化元素/化合物是有效的，这使得负电极的处置更加容易。
根据一些实施方式，一种用于电化学单元的负电极可包含：导电基板；位于导电基板上的致密化离子传导材料层；位于致密化离子传导材料层上的碱金属层；以及位于导电基板的表面处的碱金属储存器，碱金属储存器已经通过将临时电极附接到碱金属层并使电流在临时电极与导电基板之间通过以驱动碱金属通过致密化离子传导材料层到导电基板的表面来形成。
图6-11示出了负电极的第二实施方式的制造。在图6中，提供基板201，基板201也可以是由例如铜、不锈钢或被涂覆有导电材料的介电材料(诸如玻璃)形成的电流收集器。在图7中，基板被涂覆有适于形成多孔层的金属202，诸如铝、锆或钛；涂覆物可被沉积在基板的一侧或两侧上，并可使用诸如PVD的沉积技术来沉积。在图8中，金属被阳极化以形成多孔层203。孔隙可仅部分延伸或整个延伸通过金属层的厚度；孔隙通常是纳米级(直径是数十至数百纳米，在实施方式中是在10nm至500nm的范围中)，并且可具有低或高密度。多孔层通常是在1微米至10微米厚的范围中，且在实施方式中是2微米至5微米厚。在图9中，多孔层被涂覆有离子传导材料204，诸如石榴石(LLZO、LLZTO)、硫化物(LGPS、Li33PS4)、抗钙钛矿(antiperovskite)(掺杂Li3OX，X＝卤素)、LiPON、适当的聚合物材料和/或适当的聚合物/凝胶材料等。使用PVD、热蒸发、热喷涂、电子束蒸发、化学溶液沉积或化学气相沉积，涂覆物204至少部分地被沉积到孔隙内。在图10中，使用诸如点火、烧结、激光或烘炉退火、RTP等的方法，离子传导材料被致密化，以形成致密化离子传导材料205。致密化离子传导材料在实施方式中不含有针孔或具有高深比孔隙以抑制树突生长。图10所示的负电极可被取用并与如上所述的正电极结合，所述正电极在实施方式中可直接被沉积在负电极上；在此实施方式中，锂金属来自正电极。
再者，图10的负电极的处理可如图11-13所示被继续。在图11中，锂金属206被沉积在致密化离子传导材料205上。(值得注意的是基于安全原因，锂金属沉积区域会小于锂金属被沉积在其上的离子传导材料的表面的区域－锂金属被保持成远离边缘)。在图12和13中，由例如铜形成的临时电极(未示出)被附接到致密化离子传导材料的锂覆盖顶表面，以使电流可在临时电极与基板/电流收集器之间通过，从而驱动锂206通过致密化离子传导材料205到锂储存器207/208所被形成之处的基板/电流收集器201的表面。值得注意的是图12示出了其中阳极化金属是离子导体－例如当金属分別是锆或钛且多孔层分別相应地由ZrOx或TiOx形成时的实施方式的结果，－以及图13示出了其中阳极化金属不是离子导体，但是锂可沿着孔洞的表面移动－例如当金属是铝且多孔层是由Al2O3形成时的实施方式的结果。图12或13的负电极可被取用并与正电极结合以形成电池。值得注意的是，图12和13，锂储存器受到保护－通过离子传导材料层与负电极的表面分离，其中所述离子传导材料层对于保护锂免于环境中的氧化元素/化合物是有效的，这使得负电极的处置更加容易。
根据一些实施方式，一种用于电化学单元的负电极可包含：基板，所述基板可导电；位于基板上的多孔阳极化金属层；位于多孔层上的致密化离子传导材料层，所述离子传导材料层至少部分地延伸到多孔层的孔隙内；位于致密化离子传导材料层上的碱金属层；以及位于基板的表面处的碱金属储存器，碱金属储存器已经通过将临时电极附接到碱金属层并使电流在临时电极与基板之间通过以驱动碱金属通过致密化离子传导材料层到基板的表面来形成。
图14-15示出了负电极的第三实施方式的制造。在图14中，提供基板301，基板由网孔(诸如玻璃纤维网孔、陶瓷纤维网孔或聚合物网孔)形成。在图15中，基板被涂覆有离子传导材料302，诸如石榴石(LLZO、LLZTO)、硫化物(LGPS、Li3PS4)与/或抗钙钛矿(antiperovskite)(掺杂Li3OX，X＝卤素)；涂覆物被沉积在网孔基板的顶侧上，并且可使用诸如PVD、等离子体喷涂、热喷涂、生胚沉积、热蒸发、电子束蒸发、化学溶液沉积或化学气相沉积等沉积技术来沉积。而且，薄金属(诸如铜金属)层303被沉积在网孔的背侧上，其中所述网孔的另一侧已经以离子传导材料302来涂覆。此结构接着可经历如上所述的致密化，并且接着用作负电极－具有或不具有锂储存器均可。值得注意的是，此实施方式提供可挠的电极。
根据一些实施方式，一种用以制造用于电化学单元的负电极的方法可包含：提供网孔，诸如玻璃纤维网孔、陶瓷纤维网孔或聚合物网孔；在网孔的前侧上沉积离子传导材料层，离子传导材料层至少部分地延伸到网孔的孔洞中；在沉积离子传导材料层之后，在网孔的背侧上沉积金属层；致密化所述离子传导材料层；在致密化离子传导材料层上沉积碱金属层；以及将临时电极附接到碱金属层并使电流在临时电极与金属层之间通过以驱动碱金属通过致密化离子传导材料层到网孔的背侧上的金属层的表面，从而在金属层的表面处形成碱金属储存器。
再者，在实施方式中，可使用导电网孔来取代上述制造过程中图8的结构，尽管应注意的是，网孔中的孔洞通常是微米级(直径是数十或数百微米，在实施方式中是在1微米至100微米的范围中)，而阳极化金属中的孔隙通常是纳米级。
根据一些实施方式，一种用于电化学单元的负电极可包含：导电网孔；位于导电网孔上的致密化离子传导材料层，所述离子传导材料层至少部分地延伸到导电网孔的孔洞内；位于致密化离子传导材料层上的碱金属层；以及位于导电网孔的表面处的碱金属储存器，碱金属储存器已经通过将临时电极附接到碱金属层并使电流在临时电极与导电网孔之间通过以驱动碱金属通过致密化离子传导材料层到导电网孔的表面来形成。在实施方式中，导电网孔可包含诸如玻璃纤维网孔、陶瓷纤维网孔或聚合物网孔的网孔，例如在与离子传导材料相对的侧上涂覆有金属层的网孔，如图15所示。
再者，应当注意的是，相较于不具有多孔基板的负电极，具有多孔基板的负电极(诸如图8-15图的实施方式)被期待能呈现因电池循环(在充电与放电循环期间，重复的锂到负电极和从负电极的移动)所改善的应力处置。
在进一步的实施方式中，一种制造电化学单元的方法可包含在分隔件401(诸如聚烯烃分隔件)上沉积一个或多个金属(诸如铝)，和阳极化所述金属层以形成具有可抑制树突生长的垂直对齐的纳米孔隙的阳极化层402，因此形成保护片，以及将此保护片压合至锂金属403涂覆的电流收集器层404(诸如铜层)，其中阳极化金属面对锂。再者，在实施方式中，保护片可被涂覆有离子传导材料405，离子传导材料405在压合之前至少部分地被沉积到孔隙内(且离子传导材料可被致密化)，以使离子传导材料面对锂，有助于避免树突生成。离子传导材料可以是被提供为上述实施方式的实例的离子传导材料的一种或多种，并且可使用上述的方法与设备沉积和致密化。图16示出了所产生的具有离子传导材料的负电极结构。
根据一些实施方式，一种制造用于电化学单元的负电极的方法可包含：提供分隔件；在所述分隔件上沉积金属层；阳极化所述金属层以在所述分隔件上形成多孔层；在所述多孔层上沉积离子传导材料层，所述离子传导材料层至少部分地延伸到所述多孔层的孔隙内；致密化所述离子传导材料层，从而形成保护片；以及将被涂覆有碱金属层的电流收集器层压合至所述保护片，碱金属面对致密化离子传导材料。在实施方式中，碱金属是锂。
根据一些实施方式，一种用于电化学单元的负电极可包含：分隔件；位于所述分隔件上的多孔阳极化金属层；位于所述多孔层上的致密化离子传导材料层，所述致密化离子传导材料层至少部分地延伸到所述多孔层的孔隙内；位于所述致密化离子传导材料层上的碱金属层；以及位于所述碱金属层上的电流收集器。在实施方式中，碱金属是锂。
尽管已经参照锂负电极来具体地描述了本发明的实施方式，本发明的原理和教导还可应用在其他碱金属负电极，诸如钠负电极或钾负电极。
尽管已经参照本公开内容的特定实施方式来具体地描述了本公开内容的实施方式，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，在形式与细节方面的改变与修饰对本领域技术人员来说应是很容易显而易见的。

Claims (14)

1.一种制造用于电化学单元的负电极的方法，包含：
提供基板，所述基板可导电；
在所述基板上沉积金属层；
阳极化所述金属层，以在所述基板上形成多孔层；
在所述多孔层上沉积离子传导材料层，所述离子传导材料层至少部分地延伸到所述多孔层的孔隙内；
致密化所述离子传导材料层；
在所述致密化离子传导材料层上沉积碱金属层；
将临时电极附接到所述碱金属层并使电流在所述临时电极与所述基板之间通过以驱动碱金属通过所述致密化离子传导材料层到所述基板的表面，从而在所述基板的表面处形成碱金属储存器。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述碱金属是锂金属。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述金属层包括铝、锆或钛。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述孔隙是纳米级孔隙。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述基板是被涂覆在导电材料中的玻璃。
6.如权利要求1所述的方法，其中沉积所述金属层的步骤包含物理气相沉积所述金属层。
7.如权利要求1所述的方法，其中沉积所述离子传导材料层的步骤包含物理气相沉积离子传导材料。
8.如权利要求1所述的方法，其中致密化所述离子传导材料层的步骤包含烘炉退火所述离子传导材料层。
9.一种制造用于电化学单元的负电极的方法，包含：
提供导电网孔；
在所述导电网孔上沉积离子传导材料层，所述离子传导材料层至少部分地延伸到所述导电网孔的孔洞内；
致密化所述离子传导材料层；
在所述致密化离子传导材料层上沉积碱金属层；以及
将临时电极附接到所述碱金属层并使电流在所述临时电极与所述导电网孔之间通过以驱动碱金属通过所述致密化离子传导材料层到所述导电网孔的表面，从而在所述导电网孔的表面处形成碱金属储存器。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述碱金属是锂金属。
11.如权利要求9所述的方法，其中所述孔洞是微米级孔洞。
12.如权利要求9所述的方法，其中所述负电极是可挠的。
13.一种制造用于电化学单元的负电极的方法，包含：
提供导电基板；
在所述导电基板上沉积离子传导材料层；
致密化所述离子传导材料层；
在所述致密化离子传导材料层上沉积碱金属层；以及
将临时电极附接到所述碱金属层并使电流在所述临时电极与所述导电基板之间通过以驱动碱金属通过所述致密化离子传导材料层到所述导电基板的表面，从而在所述导电基板的表面处形成碱金属储存器。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述碱金属是锂金属。
CN201580050464.6A 2014-09-23 2015-09-23 具有受保护负电极的电化学单元 Active CN107078268B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201462054267P 2014-09-23 2014-09-23
US62/054,267 2014-09-23
PCT/US2015/051759 WO2016049213A1 (en) 2014-09-23 2015-09-23 Electrochemical cell with protected negative electrode

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107078268A CN107078268A (zh) 2017-08-18
CN107078268B true CN107078268B (zh) 2020-09-22

Family

ID=55581960

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580050464.6A Active CN107078268B (zh) 2014-09-23 2015-09-23 具有受保护负电极的电化学单元

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10511013B2 (zh)
EP (1) EP3198670B1 (zh)
JP (1) JP7108409B2 (zh)
KR (1) KR102570455B1 (zh)
CN (1) CN107078268B (zh)
TW (1) TWI679798B (zh)
WO (1) WO2016049213A1 (zh)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180067266A (ko) * 2016-12-12 2018-06-20 현대자동차주식회사 차량용 웨더스트립 및 그 제조방법
EP3577704A4 (en) 2017-02-01 2021-03-10 24m Technologies, Inc. SYSTEMS AND METHODS FOR IMPROVING SAFETY FEATURES IN ELECTROCHEMICAL CELLS
WO2019027901A1 (en) 2017-07-31 2019-02-07 24M Technologies, Inc. CURRENT INTERRUPTING DEVICES USING SHAPE MEMORY MATERIALS
US10854869B2 (en) * 2017-08-17 2020-12-01 24M Technologies, Inc. Short-circuit protection of battery cells using fuses
CN111316478A (zh) 2017-11-09 2020-06-19 应用材料公司 使用硫族化物对锂金属阳极的异位固体电解质界面改性
CN111480248A (zh) * 2017-12-18 2020-07-31 日本碍子株式会社 Ldh隔板及锌二次电池
CN108232114B (zh) * 2017-12-30 2021-08-17 中南大学 复合负极、制备及其在制备锂离子电池中的应用
CN110247055B (zh) * 2018-03-30 2020-12-04 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种集流体，其极片和电化学装置
JP7378032B2 (ja) * 2018-07-30 2023-11-13 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 リチウム二次電池
CN112310407B (zh) * 2018-09-30 2022-03-08 宁德时代新能源科技股份有限公司 集流体、极片和电化学装置
US11631840B2 (en) 2019-04-26 2023-04-18 Applied Materials, Inc. Surface protection of lithium metal anode
CN112768776B (zh) * 2019-10-21 2022-06-24 鹏鼎控股(深圳)股份有限公司 柔性电池组件及其制造方法
CN112531206B (zh) * 2020-12-03 2021-11-23 北京大学 固态电解质材料及其制备方法、固态电解质片及全固态电池
CN117157784A (zh) * 2022-01-04 2023-12-01 宁德时代新能源科技股份有限公司 电极组件、电池单体、电池及用电设备

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6168884B1 (en) * 1999-04-02 2001-01-02 Lockheed Martin Energy Research Corporation Battery with an in-situ activation plated lithium anode
CN104115325A (zh) * 2012-01-24 2014-10-22 艾诺维克斯公司 用于能量存储装置的离子透过结构

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06290773A (ja) 1993-03-30 1994-10-18 Nippondenso Co Ltd リチウム二次電池
US5494762A (en) 1992-01-16 1996-02-27 Nippondenso Co., Ltd. Non-aqueous electrolyte lithium secondary cell
US6358643B1 (en) 1994-11-23 2002-03-19 Polyplus Battery Company Liquid electrolyte lithium-sulfur batteries
US6376123B1 (en) 1994-11-23 2002-04-23 Polyplus Battery Company Rechargeable positive electrodes
JPH08255610A (ja) * 1995-03-17 1996-10-01 Canon Inc リチウム二次電池
JPH1012279A (ja) * 1996-04-26 1998-01-16 Denso Corp 金属リチウム２次電池
US6402795B1 (en) 1998-02-18 2002-06-11 Polyplus Battery Company, Inc. Plating metal negative electrodes under protective coatings
US6955866B2 (en) 1998-09-03 2005-10-18 Polyplus Battery Company Coated lithium electrodes
JP2000173595A (ja) * 1998-12-08 2000-06-23 Sony Corp 複合負極及びそれを用いた二次電池
JP2000195936A (ja) 1998-12-24 2000-07-14 Lapmaster Sft Corp 半導体ウエハの移送装置における把持機構
US20070221265A1 (en) 2006-03-22 2007-09-27 Sion Power Corporation Rechargeable lithium/water, lithium/air batteries
US6805999B2 (en) * 2001-11-13 2004-10-19 Midwest Research Institute Buried anode lithium thin film battery and process for forming the same
US6911280B1 (en) 2001-12-21 2005-06-28 Polyplus Battery Company Chemical protection of a lithium surface
US7491458B2 (en) 2003-11-10 2009-02-17 Polyplus Battery Company Active metal fuel cells
TWI284997B (en) * 2005-08-04 2007-08-01 Nae-Lih Wu Electrochemical electrode for high-power application
US20140162108A1 (en) 2005-08-09 2014-06-12 Polyplus Battery Company Lithium battery with hermetically sealed anode
US7726975B2 (en) * 2006-06-28 2010-06-01 Robert Bosch Gmbh Lithium reservoir system and method for rechargeable lithium ion batteries
US7846571B2 (en) * 2006-06-28 2010-12-07 Robert Bosch Gmbh Lithium reservoir system and method for rechargeable lithium ion batteries
FR2910721B1 (fr) * 2006-12-21 2009-03-27 Commissariat Energie Atomique Ensemble collecteur de courant-electrode avec des cavites d'expansion pour accumulateur au lithium sous forme de films minces.
JP2010092845A (ja) 2008-09-10 2010-04-22 Sumitomo Chemical Co Ltd 非水電解質二次電池
US8526167B2 (en) * 2009-09-03 2013-09-03 Applied Materials, Inc. Porous amorphous silicon-carbon nanotube composite based electrodes for battery applications
US9112240B2 (en) * 2010-01-04 2015-08-18 Nanotek Instruments, Inc. Lithium metal-sulfur and lithium ion-sulfur secondary batteries containing a nano-structured cathode and processes for producing same
WO2012108505A1 (ja) 2011-02-10 2012-08-16 三菱化学株式会社 二次電池用非水系電解液及びそれを用いた非水系電解液二次電池
KR101417268B1 (ko) * 2012-05-02 2014-07-08 현대자동차주식회사 리튬금속배터리용 리튬전극 및 그 제조방법
KR101410848B1 (ko) * 2012-11-30 2014-06-23 한국전기연구원 리튬이 도핑된 탄소 분말 제조방법 및 이의 제조장치 그리고, 리튬이 도핑된 탄소 전극의 제조방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6168884B1 (en) * 1999-04-02 2001-01-02 Lockheed Martin Energy Research Corporation Battery with an in-situ activation plated lithium anode
CN104115325A (zh) * 2012-01-24 2014-10-22 艾诺维克斯公司 用于能量存储装置的离子透过结构

Also Published As

Publication number Publication date
US10511013B2 (en) 2019-12-17
WO2016049213A1 (en) 2016-03-31
EP3198670A4 (en) 2018-06-27
EP3198670A1 (en) 2017-08-02
US20170279108A1 (en) 2017-09-28
JP7108409B2 (ja) 2022-07-28
JP2017532736A (ja) 2017-11-02
KR102570455B1 (ko) 2023-08-23
EP3198670B1 (en) 2020-10-28
TW201616706A (zh) 2016-05-01
KR20170057421A (ko) 2017-05-24
CN107078268A (zh) 2017-08-18
TWI679798B (zh) 2019-12-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107078268B (zh) 具有受保护负电极的电化学单元
KR102514460B1 (ko) 배터리 세퍼레이터들 상의 리튬 금속 코팅
US10403884B2 (en) Electrode structures
US10593952B2 (en) Mechanical systems and methods for providing edge support and protection in semi-solid electrodes
JP6675821B2 (ja) 固体電池およびその製造方法
TWI646713B (zh) 固態電池組之製造
US20160308243A1 (en) Electrochemical cell with solid and liquid electrolytes
KR101405755B1 (ko) 다공성 고체전해질을 이용한 금속 공기 배터리
CN105556719B (zh) 固体电池的电化学原电池的制造方法
US11588173B2 (en) All-solid-state lithium ion secondary battery having fluorine and carbon-containing liquid repellent film and mounted body
US11069920B2 (en) Solid state battery design with mixed ionic and electronic conductor

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant