CN110710048A - 原位集流体 - Google Patents

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Abstract

一般地描述了电化学电池，其包括包含锂(例如，与非锂金属的固溶体形式)的电极，由其可以形成原位集流体。

Description

原位集流体
相关申请
本申请要求2017年6月9日提交并且题为“In Situ Current Collector”的美国临时申请第62/517,409号的优先权，其出于所有目的通过引用整体并入本文。
技术领域
一般地描述了电化学电池以及形成和使用其的方法。
背景技术
电化学电池通常包括包含阴极活性材料的阴极和包含阳极活性材料的阳极。阴极活性材料和阳极活性材料可以参与可以用于产生电流的一种或更多种电化学反应。
电化学电池的阳极和阴极通常包括集流体，所述集流体用于将电子输送到与集流体相关联的电极中和/或从其中输送出电子。最典型地，集流体是与电极活性材料所处的区域相邻的金属层的形式。使用金属片的一个缺点是其与电极的粘合性差，因此这两者之间的电接触减少。
因此，期望对电化学电池进行改进。
发明内容
一般地描述了包括包含锂(由其可以形成原位集流体)的电极的电化学电池。在一些情况下，本发明的主题涉及相关的产品、针对特定问题的替代解决方案、和/或一个或更多个系统和/或制品的复数种不同用途。
在一个方面中，描述了电化学电池。电化学电池可以包括阴极。电化学电池还可以包括包含锂和至少一种非锂金属的固溶体的阳极，所述阳极具有活性表面。电化学电池还可以包括与阴极和阳极电化学连通的电解质。电化学电池可以被配置成使得其在第一次组装时处于充电状态。电化学电池可以处于施加的各向异性力下，所述各向异性力具有垂直于阳极的活性表面的分力。
在一些实施方案中，各向异性力和电化学电池可以被配置成使得，当使电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，阳极的孔隙率小于20％，并且紧接在第十次循环的放电之后，在其初始全充电态(initial fully charged state)下存在于阳极中的锂的量的75重量％或更少保留在阳极中。
在一些实施方案中，至少一种非锂金属可以以足够的量(sufficient volume)存在，使得当使电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，阳极的孔隙率小于20％，并且紧接在第十次循环的放电之后，在其初始全充电态下存在于阳极中的锂的量的75重量％或更少保留在阳极中。
在一些实施方案中，各向异性力和电化学电池可以被配置成使得，当使电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，阳极的薄层电阻小于1000Ω/sq.，并且紧接在第十次循环的放电之后，在其初始全充电态下存在于阳极中的锂的量的75重量％或更少保留在阳极中。
在一些实施方案中，至少一种非锂金属可以以足够的量存在，使得当使电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，至少一种非锂金属形成具有小于1000Ω/sq.的薄层电阻的区域，并且紧接在第十次循环的放电之后，在其初始全充电态下存在于阳极中的锂的量的75重量％或更少保留在阳极中。
在一个方面中，描述了电化学电池。电化学电池可以包括阴极。电化学电池还可以包括包含锂和至少一种非锂金属的固溶体的阳极，所述阳极具有活性表面。电化学电池可以被配置成使得其在第一次组装时处于充电状态。电化学电池可以处于施加的各向异性力下，所述各向异性力具有垂直于阳极的活性表面的分力。
在一些实施方案中，各向异性力和电化学电池可以被配置成使得，当电化学电池全循环50次时，紧接在第50次循环的放电之后，阳极的孔隙率小于20％，并且紧接在第50次循环的放电之后，在其初始全充电态下存在于阳极中的锂的量的75重量％或更少保留在阳极中。
在一些实施方案中，至少一种非锂金属可以以足够的量存在，使得当电化学电池全循环50次时，紧接在第50次循环的放电之后，阳极的孔隙率小于20％，并且紧接在第50次循环的放电之后，在其初始全充电态下存在于阳极中的锂的量的75重量％或更少保留在阳极中。
在一些实施方案中，各向异性力和电化学电池可以被配置成使得，当电化学电池全循环50次时，紧接在第50次循环的放电之后，阳极的薄层电阻小于1000Ω/sq.，并且紧接在第50次循环的放电之后，在其初始全充电态下存在于阳极中的锂的量的75重量％或更少保留在阳极中。
在一些实施方案中，至少一种非锂金属可以以足够的量存在，使得当电化学电池全循环50次时，紧接在第50次循环的放电之后，至少一种非锂金属形成具有小于1000Ω/sq.的薄层电阻的区域，并且紧接在第50次循环的放电之后，在其初始全充电态下存在于阳极中的锂的量的75重量％或更少保留在阳极中。
在一个方面中，描述了电化学电池。电化学电池可以包括阴极。电化学电池还可以包括包含锂和至少一种非锂金属的固溶体的阳极，所述阳极具有活性表面。电化学电池可以被配置成使得其在第一次组装时处于充电状态。电化学电池可以处于施加的各向异性力下，所述各向异性力具有垂直于阳极的活性表面的分力。
在一些实施方案中，各向异性力和电化学电池可以被配置成使得，当使电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，阳极的孔隙率小于紧接在没有所述施加的各向异性力的等同电池的第十次循环的放电之后所述等同电池中存在的孔隙率的50％。
在一些实施方案中，至少一种非锂金属可以以足够的量存在，使得当所述电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，阳极的孔隙率小于紧接在没有所述至少一种非锂金属的等同电池的第十次循环的放电之后所述等同电池中存在的孔隙率的50％。
在一些实施方案中，各向异性力和电化学电池可以被配置成使得，当使电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，所述阳极的薄层电阻小于紧接在没有所述施加的各向异性力的等同电池的第十次循环的放电之后所述等同电池中存在的薄层电阻的50％。
在一些实施方案中，至少一种非锂金属可以以足够的量存在，使得当使电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，阳极的薄层电阻小于紧接在没有所述至少一种非锂金属的等同电池的第十次循环的放电之后所述等同电池中存在的薄层电阻的50％。
当结合附图考虑时，本发明的其他优点和新特征将由以下本发明的多个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献包含矛盾的和/或不一致的公开内容的情况下，应当以本说明书为准。
附图说明
将参照附图通过实例描述本发明的非限制性实施方案，这些附图是示意性的并且不旨在按比例绘制。在图中，示出的每个相同或几乎相同的组件通常由一个附图标记表示。为了清楚起见，在不必进行说明以使本领域技术人员理解本发明的情况下，并未在每幅图中标记出每个组件，也并未示出本发明的每个实施方案的每个组件。在附图中：
图1示出了根据本发明的一组实施方案的电化学电池的截面的示意图；
图2示出了根据本发明的一组实施方案的电化学电池的电极的示意图；
图3A示出了比较电化学电池在寿命循环结束时的图像；以及
图3B示出了根据本发明的一个实施方案的电化学电池在寿命循环结束时的图像。
具体实施方式
一般地描述了包括包含锂(例如，与非锂金属的固溶体形式)的电极的电化学电池(例如，可再充电锂电池组(battery))，由所述电极可以形成原位集流体。本发明的某些实施方案涉及含锂电极中的材料的创造性布置和/或这样的电极的创造性用途。在一些实施方案中，含锂电极的一种或更多种非锂组分可以用作集流体。当由此形成集流体时，在放电期间在除去基于锂的电极活性材料之前，集流体可以被放置在电极的原始体积内。以这种方式使用可以消除对单独的、独立的集流体的需要，根据某些实施方案，这可能导致采用这样的电极的电化学电池的能量密度和/或比能量增加。
可以实践本发明的电化学电池的实例没有限制地包括锂-离子(Li-离子)电池、锂-硫(Li-S)电池和锂-空气(Li-空气)电池组。在一些实施方案中，电化学电池可以为可再充电电化学电池(也称为二次电化学电池)。
根据某些实施方案，可以使用锂金属固溶体作为阳极或部分阳极。根据某些实施方案，使用这样的固溶体可以克服由基于锂的电池组中的局部锂耗尽造成的某些缺点，而无需采用另外的集流体。在电池循环期间，锂在放电阶段期间从阳极被剥离并且在充电阶段期间再沉积在阳极处。然而，根据本发明的一个或更多个实施方案，非锂金属组分能够在环境温度下与剩余的锂形成固溶体，并且无论充电的状态或锂耗尽的程度如何，都保持为完整的电连续的集流体。
根据一个或更多个实施方案，所公开的包含锂和至少一种非锂金属的固溶体的电极(例如，阳极)被并入电化学电池中。电池还可以包括阴极。阴极和阳极可以各自具有活性表面。电池可以包括与阴极和阳极电化学连通的电解质。当电解质能够在电化学电池的放电期间使离子在阳极与阴极之间穿梭时，电解质与阳极和阴极电化学连通。电池可以包括靠近电解质的隔离件，如以下进一步讨论的。在本文所述的实施方案中，电化学电池(例如，可再充电池组)可以经历充电/放电循环，所述充电/放电循环涉及在充电期间电极活性材料(例如，锂金属)在阳极上或阳极中的沉积以及在放电期间电极活性材料从阳极的去除。在至少一个工作周期期间，电化学电池可以处于施加的各向异性力下，所述各向异性力具有垂直于阳极的活性表面的分力。
在一些实施方案中，电化学电池被配置成使得其在第一次组装时处于充电状态。例如，在一些实施方案中，其中阴极不是基于锂(例如，基于硫的阴极)的电化学电池在第一次组装时处于充电状态。在一些实施方案中，电化学电池被配置成使得其在第一次组装时处于放电状态。例如，在一些实施方案中，其中阴极为基于锂(例如，锂嵌入阴极)的电化学电池在第一次组装时处于放电状态。
如本领域普通技术人员将理解的，当电池在被第一次组装时处于全充电或主要(即大于50％)充电的时，电池被认为在第一次组装时处于充电状态。在某些实施方案中，采用在第一次组装时处于全充电状态的电池是有利的。
同样地，当电池在第一次组装时处于全放电或主要(即大于50％)放电的时，电池被认为在第一次组装时处于放电状态。在某些实施方案中，采用在第一次组装时处于全放电状态的电池是有利的。
在工作期间，电化学电池可以经历一系列充电/放电循环。应理解，全循环由完全充电然后完全放电构成。例如，在其中电池以放电状态组装(例如，电池具有锂嵌入阴极)的实施方案中，在经历第一次完全充电，然后经历第一次完全放电之后，完成第一个全循环。然而，在其中电池以充电状态组装(例如，电池具有基于硫的阴极)的实施方案中，在不进行充电步骤(如果电池在第一次组装时是全充电的)之后或者进行部分充电步骤(如果电池在第一次组装时是部分放电的)之后的第一次完全放电之后，完成第一个全循环。
如本文所使用的，术语“初始全充电态”是指电化学电池的第一次全充电状态。例如，在电池以全充电态组装的实施方案中，初始全充电态是完成组装时的状态。然而，在电池以放电状态(例如，以全放电状态或以主要地放电状态)或者以不是全充电态的充电状态组装的实施方案中，初始全充电态是在组装后第一次全充电时的状态。
在一些实施方案中，各向异性力和电化学电池被配置成提供阳极中孔隙率的有益降低，如在经历给定数目的充电/放电循环之后所测量的。如本领域普通技术人员将理解的，术语“孔隙率”是指材料的通过将材料的孔体积除以孔体积和材料体积之和所计算的值。如本领域普通技术人员将理解的，术语“真密度”是指通过将材料的质量除以减去孔体积之后的材料体积所计算的材料的密度值。术语“堆密度”是指通过将材料的质量除以包括孔体积的材料体积所计算的材料的密度值。这些术语在本文中参照附图来进一步描述。
在一些实施方案中(例如，在其中电化学电池被配置成使得其在第一次组装时处于充电状态的一些实施方案中)，各向异性力和电化学电池被配置成使得，当使电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，阳极的孔隙率小于20％，并且此外，紧接在第十次循环的放电之后，在其初始全充电态下存在于阳极中的锂的量的75重量％或更少保留在阳极中。换句话说，具有小于20％的孔隙率的阳极的孔体积可小于阳极的孔体积和材料体积的总和的20％。
例如，如果在其首次全充电态(例如，在一些实施方案中在组装态下，或者在另一些实施方案中在组装之后第一次充电时)下阳极包含10微米的锂，并且紧接在第十次循环的放电之后包含7.5微米的锂，则紧接在第十次循环的放电之后，在其初始全充电态下存在于阳极中的锂的量的75重量％保留在阳极中。该百分比可以通过当它处于其首次全充电态时(在组装时，或者在组装后第一次充电之后)测量阳极中的锂的量来确定。然后可以使电池经历一系列充电/放电循环，并且在设定点之后(例如，紧接在第十次循环的放电之后)，再次测量阳极中的锂的量。然后可以使用第二值与初始值的比较来确定重量％差异。
在一些实施方案中(例如，在其中电化学电池被配置成使得其在第一次组装时处于充电状态的一些实施方案中)，各向异性力和电化学电池被配置成使得，当使电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，阳极的孔隙率小于15％、10％、5％或1％。在一些实施方案中，各向异性力和电化学电池被配置成使得，当使电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，在其初始全充电态下存在于阳极中的锂的量的60重量％或更少、50重量％或更少、40重量％或更少、30重量％或更少、20重量％或更少、或者10重量％或更少保留在阳极中。
在一些实施方案中(例如，在其中电化学电池被配置成使得其在第一次组装时处于放电状态的一些实施方案中)，各向异性力和电化学电池被配置成使得，当电化学电池全循环50次时，紧接在第50次循环的放电之后，阳极的孔隙率小于20％，并且此外，紧接在第50次循环的放电之后，在其初始全充电态下(例如，如果不是以全充电态组装，则在组装后其第一次全充电之后)存在于阳极中的锂的量的75重量％或更少保留在阳极中。在一些实施方案中，各向异性力和电化学电池被配置成使得，当电化学电池全循环50次时，紧接在第50次循环的放电之后，阳极的孔隙率小于15％、10％、5％或1％。在一些实施方案中，各向异性力和电化学电池被配置成使得，当电化学电池全循环50次时，紧接在第50次循环的放电之后，在其初始全充电态下存在于阳极中的锂的量的60重量％或更少、50重量％或更少、40重量％或更少、30重量％或更少、20重量％或更少、或者10重量％或更少保留在阳极中。
在一些实施方案中，各向异性力和电化学电池被配置成使得，当使电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，阳极的孔隙率小于紧接在没有所述施加的各向异性力的等同电池的第十次循环的放电之后所述等同电池中存在的孔隙率的50％。在一些实施方案中，各向异性力和电化学电池被配置成使得，当使电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，阳极的孔隙率小于紧接在没有所述施加的各向异性力的等同电池的第十次循环的放电之后所述等同电池中存在的孔隙率的40％、30％、20％或10％。
在一些实施方案中，至少一种非锂金属以足够的量存在，以提供阳极中孔隙率的有益降低，如在经历给定数目的充电/放电循环之后所测量的。
在一些实施方案中(例如，在其中电化学电池被配置成使得其在第一次组装时处于充电状态的一些实施方案中)，至少一种非锂金属以足够的量存在，使得当使电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，阳极的孔隙率小于20％，并且此外，紧接在第十次循环的放电之后，在其初始全充电态下存在于阳极中的锂的量的75重量％或更少保留在阳极中。在一些实施方案中，至少一种非锂金属以足够的量存在，使得当使电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，阳极的孔隙率小于15％、10％、5％或1％。在一些实施方案中，至少一种非锂金属以足够的量存在，使得当使电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，在其初始全充电态下存在于阳极中的锂的量的60重量％或更少、50重量％或更少、40重量％或更少、30重量％更少、20重量％或更少、或者10重量％或更少保留在阳极中。
在一些实施方案中(例如，在其中电化学电池被配置成使得其在第一次组装时处于放电状态的一些实施方案中)，至少一种非锂金属以足够的量存在，使得当电化学电池全循环50次时，紧接在第50次循环的放电之后，阳极的孔隙率小于20％，并且此外，紧接在第50次循环的放电之后，在其初始全充电态下存在于阳极中的锂的量的75重量％或更少保留在阳极中。在一些实施方案中，至少一种非锂金属以足够的量存在，使得当电化学电池全循环50次时，紧接在第50次循环的放电之后，阳极的孔隙率小于15％、10％、5％或1％。在一些实施方案中，至少一种非锂金属以足够的量存在，使得当电化学电池全循环50次时，紧接在第50次循环的放电之后，在其初始全充电态下存在于阳极中的锂的量的60重量％或更少、50重量％或更少、40重量％或更少、30重量％或更少、20重量％或更少、或者10重量％或更少保留在阳极中。
在一些实施方案中，至少一种非锂金属以足够的量存在，使得当使电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，阳极的孔隙率小于紧接在没有所述至少一种非锂金属的等同电池的第十次循环的放电之后所述等同电池中存在的孔隙率的50％。在一些实施方案中，至少一种非锂金属以足够的量存在，使得当使电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，阳极的孔隙率小于紧接在没有所述至少一种非锂金属的等同电池的第十次循环的放电之后所述等同电池中存在的孔隙率的40％、30％、20％或10％。在一些实施方案中，各向异性力和电化学电池被配置成提供阳极的薄层电阻的有益减小，如在经历给定数目的充电/放电循环之后所测量的。薄层电阻使用4点探针(例如，Loresta-GP4点探针，可从Mitsubishi商购获得)来测量，其中在两个探针之间施加电流，并且使用电压表在另外2个探针之间测量电压。
在一些实施方案中(例如，在其中电化学电池被配置成使得其在第一次组装时处于充电状态的一些实施方案中)，各向异性力和电化学电池被配置成使得，当使电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，阳极的薄层电阻小于1000Ω/sq.，并且此外，紧接在第十次循环的放电之后，在其初始全充电态下存在于阳极中的锂的量的75重量％或更少保留在阳极中。在一些实施方案中，各向异性力和电化学电池被配置成使得，当使电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，阳极的薄层电阻小于900Ω/sq.、800Ω/sq.、700Ω/sq.、600Ω/sq.、500Ω/sq.、400Ω/sq.、300Ω/sq.、200Ω/sq.或100Ω/sq.。在一些实施方案中，各向异性力和电化学电池被配置成使得，当使电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，在其初始全充电态下存在于阳极中的锂的量的60重量％或更少、50重量％或更少、40重量％或更少、30重量％或更少、20重量％或更少、或者10重量％或更少保留在阳极中。
在一些实施方案中(例如，在其中电化学电池被配置成使得其在第一次组装时处于放电状态的一些实施方案中)，各向异性力和电化学电池被配置成使得，当电化学电池全循环50次时，紧接在第50次循环的放电之后，阳极的薄层电阻小于1000Ω/sq.，并且此外，紧接在第50次循环的放电之后，在其初始全充电态下存在于阳极中的锂的量的75重量％或更少保留在阳极中。在一些实施方案中，各向异性力和电化学电池被配置成使得，当电化学电池全循环50次时，紧接在第50次循环的放电之后，阳极的薄层电阻小于900Ω/sq.、800Ω/sq.、700Ω/sq.、600Ω/sq.、500Ω/sq.、400Ω/sq.、300Ω/sq.、200Ω/sq.或100Ω/sq.。在一些实施方案中，各向异性力和电化学电池被配置成使得，当电化学电池全循环50次时，紧接在第50次循环的放电之后，在其初始全充电态下存在于阳极中的锂的量的60重量％或更少、50重量％或更少、40重量％或更少、30重量％或更少、20重量％或更少、或者10重量％或更少保留在阳极中。
在一些实施方案中，各向异性力和电化学电池被配置成使得，当使电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，阳极的薄层电阻小于紧接在没有所述施加的各向异性力的等同电池的第十次循环的放电之后所述等同电池的薄层电阻的50％。在一些实施方案中，各向异性力和电化学电池被配置成使得，当使电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，阳极的薄层电阻小于紧接在没有所述施加的各向异性力的等同电池的第十次循环的放电之后所述等同电池中存在的薄层电阻的40％、30％、20％或10％。
在一些实施方案中，至少一种非锂金属以足够的量存在，以提供阳极的薄层电阻的有益减小，如在经历给定数目的充电/放电循环之后所测量的。
在一些实施方案中(例如，在其中电化学电池被配置成使得其在第一次组装时处于充电状态的一些实施方案中)，至少一种非锂金属以足够的量存在，使得当使电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，阳极的薄层电阻小于1000Ω/sq.，并且此外，紧接在第十次循环的放电之后，在其初始全充电态下存在于阳极中的锂的量的75重量％或更少保留在阳极中。在一些实施方案中，至少一种非锂金属以足够的量存在，使得当使电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，阳极的薄层电阻小于900Ω/sq.、800Ω/sq.、700Ω/sq.、600Ω/sq.、500Ω/sq.、400Ω/sq.、300Ω/sq.、200Ω/sq.、或100Ω/sq.。在一些实施方案中，至少一种非锂金属以足够的量存在，使得当使电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，在其初始全充电态下存在于阳极中的锂的量的60重量％或更少、50重量％或更少、40重量％或更少、30重量％或更少、20重量％或更少、或者10重量％或更少保留在阳极中。
在一些实施方案中(例如，在其中电化学电池被配置成使得其在第一次组装时处于放电状态的一些实施方案中)，至少一种非锂金属以足够的量存在，使得当电化学电池全循环50次时，紧接在第50次循环的放电之后，阳极的薄层电阻小于1000Ω/sq.，并且此外，紧接在第50次循环的放电之后，在其初始全充电态下存在于阳极中的锂的量的75重量％或更少保留在阳极中。在一些实施方案中，至少一种非锂金属以足够的量存在，使得当电化学电池全循环50次时，紧接在第50次循环的放电之后，阳极的薄层电阻小于900Ω/sq.、800Ω/sq.、700Ω/sq.、600Ω/sq.、500Ω/sq.、400Ω/sq.、300Ω/sq.、200Ω/sq.、或100Ω/sq.。在一些实施方案中，至少一种非锂金属以足够的量存在，使得当电化学电池全循环50次时，紧接在第50次循环的放电之后，在其初始全充电态下存在于阳极中的锂的量的60重量％或更少、50重量％或更少、40重量％或更少、30重量％或更少、20重量％或更少、或者10重量％或更少保留在阳极中。
在一些实施方案中，至少一种非锂金属以足够的量存在，使得当使电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，阳极的薄层电阻小于紧接在没有所述至少一种非锂金属的等同电池的第十次循环的放电之后所述等同电池中存在的薄层电阻的50％。在一些实施方案中，至少一种非锂金属以足够的量存在，使得当使电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，阳极的薄层电阻小于紧接在没有所述至少一种非锂金属的等同电池的第十次循环的放电之后所述等同电池中存在的薄层电阻的40％、30％、20％或10％。
在一些实施方案中，电极各自包含电极活性材料。电极活性材料是与电极相关并且参与电化学电池的产生电流的一种或更多种电化学反应的那些材料。阴极活性材料是与电化学电池的阴极相关的电极活性材料，以及阳极活性材料是与电化学电池的阳极相关的电极活性材料。
图1示出了其中可以引入如本文所述的电极(例如，阳极)120的电化学电池100的实例。电化学电池100包括阴极110、电解质层130和阳极120。阳极120包含锂和至少一种非锂金属的固溶体。阴极110的活性表面185位于阴极110和电解质130的界面处。阳极120的活性表面186位于阳极120和电解质层130的界面处。在一些实施方案中，集流体180与阴极110相关联。然而，在阳极120中引入固溶体允许省去与阳极120相关联的单独的集流体。而是，集流体由阳极120中的材料原位形成。电化学电池100可以位于任选的封闭容器结构170中。
在本文描述的一些实施方案中，向电化学电池的部分施加一种或更多种力。这样施加力可以降低电池的电极表面的不规则性或粗糙化，从而改善性能。其中施加各向异性力的电化学电池以及用于施加这样的力的方法描述在例如于2010年2月11日作为美国专利公开第2010/0035128号公布并且题为“Application of Force in ElectrochemicalCells”的2015年8月11日授权的美国专利第9,105,938号中，其出于所有目的通过引用整体并入本文。
在一些情况下，该力可以包括具有垂直于电化学电池的阳极的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，可再充电池组)可以经历充电/放电循环，所述充电/放电循环涉及在充电期间电极活性材料(例如，锂金属)在阳极上或阳极中的沉积以及在放电期间电极活性材料从阳极的去除。金属沉积在阳极上的均匀性可能影响电池性能。例如，当锂金属从阳极上被去除和/或再沉积在阳极上时，在一些情况下，其可能产生不平整的表面。例如，在再沉积时，其可能不均匀地沉积，形成粗糙的表面。变粗糙的表面可能增加可用于不期望的化学反应(可能导致减少的循环寿命和/或差的电池性能)的锂金属的量。根据本文所述的某些实施方案，已经发现向电化学电池施加力以减少这样的行为并且改善电池的循环寿命和/或性能。在一些实施方案中，在电化学电池的充电状态下的容量减小到小于原始充电容量的80％之前，电化学电池能够循环至少70次。
参照图1，可以沿箭头181的方向施加力。箭头182示出垂直于阴极110的活性表面185和阳极120的活性表面186的力的分量。在弯曲表面(例如，凹面或凸面)的情况下，该力可以包括这样的各向异性力，其具有垂直于在施力点处与弯曲表面相切的平面的分量。
在一些实施方案中，在电化学电池的充电和/或放电期间，在至少一个时间段期间施加具有垂直于阳极的活性表面的分量的各向异性力。在一些实施方案中，在可以在持续时间和/或频率方面变化的一个时间段内或多个时间段内连续施加力。在一些情况下，可以在任选地分布在阳极的活性表面上的一个或更多个预定位置处施加各向异性力。在一些实施方案中，在阳极的一个或更多个活性表面上均匀地施加各向异性力。
“各向异性力”被给予其在本领域中的普通含义，并且意指不在所有方向上相等的力。在所有方向上相等的力是例如流体或材料内的流体或材料的内部压力，例如物体的内部气压。不在所有方向上相等的力的实例包括指向特定方向的力，例如由桌子上的物体通过重力施加在桌子上的力。各向异性力的另一个实例包括由围绕物体的周界布置的带施加的某些力。例如，橡皮带或螺丝扣可以围绕其所包围的物体的周界施加力。然而，带不能在未与带接触的物体的外表面的任何部分上施加任何直接力。此外，当带沿第一轴延伸至比第二轴更大的程度时，与平行于第二轴施加的力相比，带可以在平行于第一轴的方向上施加更大的力。
具有与表面(例如，阳极的活性表面)“垂直的分量”的力被给予其如本领域普通技术人员将理解的普通含义，并且包括例如在基本垂直于所述表面的方向上至少部分地发挥作用的力。普通技术人员可以理解这些术语的其他实例，尤其是在该文献的描述中应用的术语。
图2示出了在使电化学电池100全循环若干次(例如十次)循环之后，并且紧接在全放电之后，图1的电化学电池100的阳极120的表面的图。在这样的状态下，固溶体124的大多数锂部分(例如，至少60％、70％、80％、90％或更大)从阳极120被除去，其中剩余的固溶体发挥主要由阳极120的剩余非锂金属组分形成的原位集流体的作用。在一些实施方案中，紧接在第十次循环的放电之后，在其初始全充电态下存在于阳极120中的锂的量的75重量％或更少、60重量％或更少、50重量％或更少、40重量％或更少、30重量％或更少、20重量％或更少、或者10重量％或更少保留在阳极120中。在一些实施方案中，紧接在第50次循环的放电之后，在其初始全充电态下存在于阳极120中的锂的量的75重量％或更少、60重量％或更少、50重量％或更少、40重量％或更少、30重量％或更少、20重量％或更少、或者10重量％或更少保留在阳极120中。在该状态下，阳极120中还存在许多孔126。孔126形成孔体积。阳极120具有通过将孔126的体积除以孔体积126和形成阳极120的固溶体124的体积之和所计算的孔隙率。固溶体124形成材料体积。固溶体124具有通过将材料124的质量除以包括孔126的体积的材料124的体积所计算的堆密度。固溶体124具有通过将材料124的质量除以在减去孔126的体积之后的材料124的体积所计算的真密度。
在图2所示的放电状态下，施加具有垂直于阳极120的活性表面的分力182的各向异性力181(示于图1中)，如以上关于图1描述的。在该放电状态下，电池100和各向异性力181被配置成使得阳极120的孔体积小于20％。在该放电状态下，各向异性力181被配置成使得阳极120的堆密度为其堆密度的至少80％。孔体积或堆密度的其他值也是可能的，如上所述。在该放电状态下，非锂金属以提供具有小于20％的孔体积的阳极120的足够的量存在于固溶体124中。
在图2所示的全放电态(fully discharged state)下，电池100和各向异性力181被配置成使得由固溶体124形成的阳极120(例如，原位集流体)的薄层电阻小于1000Ω/sq.。非锂金属以提供具有小于1000Ω/sq.的薄层电阻的阳极120的足够的量存在于固溶体124中。薄层电阻的其他值也是可能的，如上所述。在图2所示的放电状态下，在其初始全充电态下存在于阳极120中的锂的量的75重量％或更少保留在阳极120中。
本领域普通技术人员熟悉在金属材料的背景下的固溶体，所述固溶体通常是指其中两种或更多种金属混合在固态材料内的布置。如本文所使用的，术语“固溶体”是指以固态存在的两种或更多种金属的均质混合物，并且区别于晶体结构不同于各个成分的晶体结构的金属间化合物或其他类型的合金。在一些实施方案中，固溶体包含其中第一组分存在于第二组分的晶体结构的间隙内的化合物。固溶体可以为单相固溶体。
根据一个或更多个实施方案，选择与锂形成固溶体的一种或更多种非锂金属可以根据某些标准来选择，如下。
在一些实施方案中，非锂金属在电池工作电压窗口(例如，约0V至约5V)中不是电化学活性的。在一些实施方案中，在以上列出的电压窗口内工作的电池的第一次充电和放电循环期间，至少一种非锂金属的小于约25重量％、小于约10重量％、小于约5重量％或小于约1重量％参与电化学反应，如通过能量色散X射线光谱(EDS)分析确定的。
在一些实施方案中，非锂金属不与电解质反应。在一些实施方案中，与电解质不具有反应性允许非锂金属保持为完整的集流体。在一些实施方案中，至少一种非锂金属的小于约25重量％、小于约10重量％、小于约5重量％、或者小于约1重量％参与与电解质的化学反应，如通过EDS分析确定的。
在一些实施方案中，固溶体可以具有相对低的屈服强度。例如，固溶体的屈服强度可以为0.1MPa至100MPa、或0.4MPa至40MPa。在一些实施方案中，引入具有这样的屈服强度的固溶体有助于在电池内形成基本上连续的非锂材料片以用作原位集流体。在一些实施方案中，固溶体的屈服强度介于锂的屈服强度与非锂组分的屈服强度之间。屈服强度可以按照ASTM E2546中描述的测试方案通过机械测试仪(例如，可从INSTRON商购获得的机械测试仪)或通过硬度测试仪来测量。
在一些实施方案中，非锂金属的量可以以足以形成基本上连续的片的量存在于阳极中。在一些实施方案中，非锂金属的量可以以足以形成集流体的量存在于阳极中。在一些实施方案中，另外使存在于阳极中的非锂金属的量最小化，以增加电化学电池的能量密度和/或比能量。这样的布置允许在优化电极的能量密度的同时形成原位集流体。在一些实施方案中，阳极中的非锂金属等于或小于在全充电态期间阳极中的锂和非锂金属的总重量的25重量％、10重量％、5重量％或1重量％。在一些实施方案中，阳极中的非锂金属为在全充电态期间阳极中的锂和非锂金属的总重量的至少0.1重量％、1重量％、5重量％、或10重量％。在一些实施方案中，在组装态下，阳极中的非锂金属等于或小于在全充电态期间阳极中的锂和非锂金属的总重量的25重量％、10重量％、5重量％或1重量％。在一些实施方案中，在组装态下，阳极中的非锂金属为在全充电态期间阳极中的锂和非锂金属的总重量的至少0.1重量％、1重量％、5重量％、或10重量％。在一些实施方案中，阳极中的非锂金属等于或小于在组装之后在其首次全充电态期间阳极中的锂和非锂金属的总重量的25重量％、10重量％、5重量％或1重量％。在一些实施方案中，阳极中的非锂金属为在组装之后在其首次全充电态期间阳极中的锂和非锂金属的总重量的至少0.1重量％、1重量％、5重量％或10重量％。这些范围的组合也是可能的。
在一些实施方案中，非锂金属在环境温度下与锂形成固溶体。在一些实施方案中，非锂金属在-40℃至80℃的温度下与锂形成固溶体。在一些实施方案中，非锂金属在循环期间在电池中与锂形成固溶体并且保持为完整的集流体。
在一些实施方案中，至少一种非锂金属选自镁、锌、铅、锡、铂、金、铝、镉、银、汞、钯、镓、钠、钾、铷、铯、钫及其组合。在一些实施方案中，至少一种非锂金属选自镁、锌、铅、锡、铂、金、铝、镉、银、汞及其组合。在一些实施方案中，至少一种非锂金属选自镁、锌、铅、铂、金、镉、银、汞及其组合。
在一些实施方案中，至少一种非锂金属包括镁或基本上由镁组成。在一些实施方案中，至少一种非锂金属包括锌或基本上由锌组成。在一些实施方案中，至少一种非锂金属包括铅或基本上由铅组成。在一些实施方案中，至少一种非锂金属包括锡或基本上由锡组成。在一些实施方案中，至少一种非锂金属包括铂或基本上由铂组成。在一些实施方案中，至少一种非锂金属包括金或基本上由金组成。在一些实施方案中，至少一种非锂金属包括铝或基本上由铝组成。在一些实施方案中，至少一种非锂金属包括镉或基本上由镉组成。在一些实施方案中，至少一种非锂金属包括银或基本上由银组成。在一些实施方案中，至少一种非锂金属包括汞或基本上由汞组成。在一些实施方案中，至少一种非锂金属包括钯或基本上由钯组成。在一些实施方案中，至少一种非锂金属包括镓或基本上由镓组成。在一些实施方案中，至少一种非锂金属包括钠或基本上由钠组成。在一些实施方案中，至少一种非锂金属包括钾或基本上由钾组成。在一些实施方案中，至少一种非锂金属包括铷或基本上由铷组成。在一些实施方案中，至少一种非锂金属包括铯或基本上由铯组成。在一些实施方案中，至少一种非锂金属包括钫或基本上由钫组成。
在一些实施方案中，至少一种非锂金属不包括硅、锗、锡、锑、铋和铝。在一些实施方案中，至少一种非锂金属不包括硅。在一些实施方案中，至少一种非锂金属不包括锗。在一些实施方案中，至少一种非锂金属不包括锡。在一些实施方案中，至少一种非锂金属不包括锑。在一些实施方案中，至少一种非锂金属不包括铋。在一些实施方案中，至少一种非锂金属不包括铝。
应理解，可以使用一种或更多种非锂金属。即，固溶体的非锂组分可以为单一金属或者两种或更多种金属的组合。
本文所述的阳极(例如，锂和非锂金属固溶体)可以通过任何合适的方法形成。这样的方法可以包括例如物理沉积法、化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积技术、热蒸镀(例如，电阻的、感应的、辐射和电子束加热)、溅射(例如，二极管、DC磁控管、RF、RF磁控管、脉冲、双磁控管、AC、FM和反应溅射)、射流气相沉积、激光烧蚀、挤出、电镀、离子镀和阴极电弧。在一些情况下，例如使用诸如以上提及的那些的方法将Li蒸气和非锂金属的蒸气共沉积(同时地)到基底上，以形成固溶体阳极。沉积可以在真空或惰性气氛中进行。
如本文所使用的，“阴极”是指其中电极活性材料在充电期间被氧化而在放电期间被还原的电极，以及“阳极”是指其中电极活性材料在充电期间被还原而在放电期间被氧化的电极。
如上所述，阳极可以包括阳极活性材料。例如，参照图1，电化学电池100的阳极120包括阳极活性材料。在一些实施方案中，阳极活性材料以包含固溶态的锂(例如，锂金属)与至少一种非锂金属。以上讨论了至少一种非锂金属的潜在候选物。
在一些实施方案中，阳极活性材料包含至少50重量％的锂。在一些情况下，阳极活性材料包含至少75重量％、至少90重量％、至少95重量％或至少99重量％的锂。
在一些实施方案中，阳极包含在放电期间被释放而在充电期间被整合(例如，嵌入)到阳极中的锂离子。在一些实施方案中，阳极活性材料为锂嵌入化合物(例如，能够在晶格位点和/或间隙位点处可逆地插入锂离子的化合物)。在某些实施方案中，阳极活性材料包含钛酸锂(Li4Ti5O12，也称为“LTO”)、锡-钴氧化物或其任意组合。
如上所述，阴极可以包括阴极活性材料。例如，参照图1，电化学电池100的阴极110包括阴极活性材料。根据某些实施方案，多种阴极活性材料适用于与本文所述的电化学电池的阴极一起使用。在一些实施方案中，阴极活性材料包含锂嵌入化合物(例如，能够在晶格位点和/或间隙位点处可逆地插入锂离子的化合物)。在某些情况下，阴极活性材料包括层状氧化物。层状氧化物通常是指具有层状结构(例如，彼此堆叠的复数个片或层)的氧化物。合适的层状氧化物的非限制性实例包括锂钴氧化物(LiCoO2)、锂镍氧化物(LiNiO2)和锂锰氧化物(LiMnO2)。在一些实施方案中，层状氧化物为锂镍锰钴氧化物(LiNixMnyCozO2，也称为“NMC”或“NCM”)。在一些这样的实施方案中，x、y和z之和为1。例如，合适的NMC化合物的非限制性实例为LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2。在一些实施方案中，层状氧化物可以具有式(Li2MnO3)x(LiMO2)(1-x)，其中M为Ni、Mn和Co中的一者或更多者。例如，层状氧化物可以为(Li2MnO3)0.25(LiNi0.3Co0.15Mn0.55O2)0.75。在一些实施方案中，层状氧化物为锂镍钴铝氧化物(LiNixCoyAlzO2，也称为“NCA”)。在一些这样的实施方案中，x、y和z之和为1。例如，合适的NCA化合物的非限制性实例为LiNi0.8Co0.15Al0.05O2。在某些实施方案中，阴极活性材料为过渡金属聚阴离子氧化物(例如，包含过渡金属、氧和/或具有绝对值大于1的电荷的阴离子的化合物)。合适的过渡金属聚阴离子氧化物的非限制性实例为磷酸铁锂(LiFePO4，也称为“LFP”)。合适的过渡金属聚阴离子氧化物的另一个非限制性实例为磷酸铁锰锂(LiMnxFe1- xPO4，也称为“LMFP”)。合适的LMFP化合物的非限制性实例为LiMn0.8Fe0.2PO4。在一些实施方案中，阴极活性材料为尖晶石(例如，具有结构AB2O4的化合物，其中A可以为Li、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu、Ni、Ti或Si，以及B可以为Al、Fe、Cr、Mn或V)。合适的尖晶石的非限制性实例为具有化学式LiMxMn2-xO4的锂锰氧化物，其中M为Co、Mg、Cr、Ni、Fe、Ti和Zn中的一者或更多者。在一些实施方案中，x可以等于0，并且尖晶石可以为锂锰氧化物(LiMn2O4，也称为“LMO”)。另一个非限制性实例为锂锰镍氧化物(LiNixM2-xO4，也称为“LMNO”)。合适的LMNO化合物的非限制性实例为LiNi0.5Mn1.5O4。在某些情况下，第二电极的电活性材料包括Li1.14Mn0.42Ni0.25Co0.29O2(“HC-MNC”)、锂碳酸盐(Li2CO3)、锂碳化物(例如，Li2C2、Li4C、Li6C2、Li8C3、Li6C3、Li4C3、Li4C5)、钒氧化物(例如，V2O5、V2O3、V6O13)、和/或钒磷酸盐(例如，锂钒磷酸盐如Li3V2(PO4)3)、或者其任意组合。在一些实施方案中，阴极活性材料包括转化化合物(conversioncompound)。例如，阴极可以为锂转化阴极。已经认识到，包含转化化合物的阴极可以具有相对大的比容量。不希望受特定理论束缚，相对大的比容量可以经由转化反应通过利用化合物的所有可能的氧化态来实现，在所述转化反应中每过渡金属发生大于一次电子转移(例如，与嵌入化合物中0.1至1个电子转移相比)。合适的转化化合物包括但不限于过渡金属氧化物(例如，Co3O4)、过渡金属氢化物、过渡金属硫化物、过渡金属氮化物和过渡金属氟化物(例如，CuF2、FeF2、FeF3)。过渡金属通常是指原子具有部分填充的d亚壳层的元素(例如，Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Rf、Db、Sg、Bh、Hs)。
在一些情况下，阴极活性材料可以掺杂有一种或更多种掺杂剂以改变阴极活性材料的电性质(例如，导电性)。合适的掺杂剂的非限制性实例包括铝、铌、银和锆。
在某些实施方案中，阴极活性材料包含硫。在一些实施方案中，阴极活性材料包括电活性含硫材料。如本文所使用的，“电活性含硫材料”是指包含任意形式的元素硫的电极活性材料，其中电化学活性涉及硫原子或部分的氧化或还原。例如，电活性含硫材料可以包含单质硫(例如，S8)。在一些实施方案中，电活性含硫材料包含单质硫和含硫聚合物的混合物。因此，合适的电活性含硫材料可以包括但不限于单质硫、可以是有机或无机的硫化物或多硫化物(例如，碱金属的硫化物或多硫化物)、以及包含硫原子和碳原子的有机材料(其可以是聚合的或者可以不是聚合的)。合适的有机材料包括但不限于还包含杂原子、导电聚合物链段、复合材料和导电聚合物的那些。在一些实施方案中，电极(例如，阴极)内的电活性含硫材料包含至少约40重量％的硫。在一些情况下，电活性含硫材料包含至少约50重量％、至少约75重量％或至少约90重量％的硫。
含硫聚合物的实例包括以下中描述的那些：Skotheim等的美国专利第5,601,947号和第5,690,702号；Skotheim等的美国专利第5,529,860号和第6,117,590号；2001年3月13日授权给Gorkovenko等的美国专利第6,201,100号；以及PCT公开第WO 99/33130号。其他合适的包含多硫键的电活性含硫材料描述在Skotheim等的美国专利第5,441,831号；Perichaud等的美国专利第4,664,991号；以及Naoi等的美国专利第5,723,230号、第5,783,330号、第5,792,575号和第5,882,819号中。电活性含硫材料的又一些实例包括如例如在以下中描述的包含二硫化物基团的那些：Armand等的美国专利第4,739,018号；均属于DeJonghe等的美国专利第4,833,048号和第4,917,974号；均属于Visco等的美国专利第5,162,175号和第5,516,598号；以及Oyama等的美国专利第5,324,599号。
根据某些实施方案，如上所述，阴极和/或阳极可以包括孔。如本文所使用的，“孔”是指使用ASTM D6583-00(其通过油吸附来测量孔隙率)所测量的孔，并且通常是指管、空隙或通道，其至少一部分被其中形成有孔的介质包围使得可以在孔周围绘制连续的环而保留在介质中。通常，材料内的被材料完全包围(因此，不可从材料外侧进入，例如封闭的孔)的空隙不被视为本发明的上下文中的孔。应理解，在制品包括颗粒的团聚体的情况下，孔包括颗粒间的孔(即，当它们堆积在一起时限定在颗粒之间的那些孔，例如，间隙)和颗粒内的孔(即，位于单个颗粒的壳层(envelop)内的那些孔)。孔可以包括任何合适的截面形状，例如圆形、椭圆形、多边形(例如，矩形、三角形等)、不规则形状等。
如本领域普通技术人员将理解的，在使电化学电池全循环10次之后紧接在第十次循环的放电之后时，经受各向异性力的阳极的孔隙率可以在将阳极从电池中移出之后(其后阳极不再经受各向异性力)通过应用上述孔隙率测试来测量。由于与当使阳极在电池内经受各向异性力时相比，阳极的移出不会导致阳极的孔隙率值发生显著变化，因此通过该程序测试阳极指示在将阳极引入在施加的各向异性力下的电池中时阳极的孔隙率的值。
如上所述，本发明的电化学电池包括电解质和/或隔离件。例如，参照图1，电化学电池100包括电解质130。电解质可以包括隔离件。用于电化学电池或电池组单元的电解质可以充当用于离子的存储和传输的介质，并且在固体电解质和凝胶电解质的特殊情况下，这些材料可以另外充当阳极与阴极之间的隔离件。可以使用能够储存和传输离子的任何液体、固体或凝胶材料，只要该材料促进离子(例如，锂离子)在阳极与阴极之间的传输即可。电解质为非电子传导性的以防止阳极与阴极之间的短路。在一些实施方案中，电解质可以包括非固体电解质。
在一些实施方案中，电解质包括可以在制造过程中的任意点处添加的流体。在一些情况下，电化学电池可以通过以下制造：提供阴极和阳极，施加垂直于阳极的活性表面的各向异性力分量，随后添加流体电解质使得电解质与阴极和阳极电化学连通。在另一些情况下，可以在施加各向异性力分量之前或同时向电化学电池中添加流体电解质，其后电解质与阴极和阳极电化学连通。
电解质可以包含提供离子传导性的一种或更多种离子电解质盐和一种或更多种液体电解质溶剂、凝胶聚合物材料、或聚合物材料。合适的非水性电解质可以包括包含选自液体电解质、凝胶聚合物电解质和固体聚合物电解质的一种或更多种材料的有机电解质。用于锂电池组的非水性电解质的实例由Dorniney在Lithium Batteries,New Materials,Developments and Perspectives,第4章,第137至165页,Elsevier,Amsterdam(1994)中进行了描述。凝胶聚合物电解质和固体聚合物电解质的实例由Alamgir等在LithiumBatteries,New Materials,Developments and Perspectives,第3章,第93至136页,Elsevier,Amsterdam(1994)中进行了描述。可以在本文描述的电池组中使用的非均质电解质组合物由Mikhaylik等在2009年5月26日提交并且题为“Separation of Electrolytes”的美国专利申请序列号12/312,764中进行了描述，其通过引用整体并入本文。
可用的非水性液体电解质溶剂的实例包括但不限于非水性有机溶剂，例如N-甲基乙酰胺、乙腈、乙缩醛、缩酮、酯、碳酸酯、砜、亚硫酸酯、环丁砜、脂族醚、环醚、甘醇二甲醚、聚醚、磷酸酯、硅氧烷、二氧戊环、N-烷基吡咯烷酮、前述的取代形式、及其共混物。前述的氟化衍生物也可用作液体电解质溶剂。
在一些情况下，例如，在锂电池中，水性溶剂可以用作电解质。水性溶剂可以包括水，其可以包含其他组分，例如离子盐。如上所述，在一些实施方案中，电解质可以包括诸如氢氧化锂的物质、或者使电解质呈碱性的其他物质，以便降低电解质中氢离子的浓度。
液体电解质溶剂还可以用作用于凝胶聚合物电解质(即，包含一种或更多种形成半固体网状结构的聚合物的电解质)的增塑剂。可用的凝胶聚合物电解质的实例包括但不限于包含选自以下的一种或更多种聚合物的那些：聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚丙烯腈、聚硅氧烷、聚酰亚胺、聚磷腈、聚醚、磺化聚酰亚胺、全氟化膜(NAFION树脂)、聚二乙烯基聚乙二醇、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚砜、聚醚砜、前述的衍生物、前述的共聚物、前述的交联结构和网状结构、以及前述的共混物、以及任选的一种或更多种增塑剂。在一些实施方案中，凝胶聚合物电解质按体积计包含10％至20％、20％至40％、60％至70％、70％至80％、80％至90％、或90％至95％的非均质电解质。
在一些实施方案中，可以使用一种或更多种固体聚合物形成电解质。可用的固体聚合物电解质的实例包括但不限于包含选自以下的一种或更多种聚合物的那些：聚醚、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚酰亚胺、聚磷腈、聚丙烯腈、聚硅氧烷、前述的衍生物、前述的共聚物、前述的交联结构和网状结构、以及前述的共混物。
除了本领域已知的用于形成电解质的电解质溶剂、胶凝剂和聚合物之外，电解质还可以包含本领域也已知的一种或更多种离子电解质盐以增强离子传导性。
用于本发明的电解质的离子电解质盐的实例包括但不限于LiSCN、LiBr、LiI、LiClO4、LiAsF6、LiSO3CF3、LiSO3CH3、LiBF4、LiB(Ph)4、LiPF6、LiC(SO2CF3)3、LiN(SO2CF3)2和双(氟磺酰基)酰亚胺锂(LiFSI)。可能可用的其他电解质盐包括多硫化锂(Li2Sx)和有机多硫化物的锂盐(LiSxR)n，其中x为1至20的整数，n为1至3的整数，以及R为有机基团；以及Lee等的美国专利第5,538,812号中公开的那些。
在一些实施方案中，电解质包含一种或更多种室温离子液体。室温离子液体(如果存在的话)通常包含一种或更多种阳离子和一种或更多种阴离子。合适的阳离子的非限制性实例包括锂阳离子和/或一种或更多种季铵阳离子，例如咪唑
Figure BDA0002301972570000211
阳离子、吡咯烷
Figure BDA0002301972570000212
阳离子、吡啶
Figure BDA0002301972570000213
阳离子、四烷基铵阳离子、吡唑
Figure BDA0002301972570000214
阳离子、哌啶阳离子、哒嗪
Figure BDA0002301972570000216
阳离子、嘧啶
Figure BDA0002301972570000217
阳离子、吡嗪
Figure BDA0002301972570000218
阳离子、
Figure BDA0002301972570000219
唑阳离子和三唑阳离子。合适的阴离子的非限制性实例包括三氟甲基磺酸根(CF3SO3 -)、双(氟磺酰基)酰亚胺(N(FSO2)2-)、双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺((CF3SO2)2N-)、双(全氟乙基磺酰基)酰亚胺((CF3CF2SO2)2N-)和三(三氟甲基磺酰基)甲基化物((CF3SO2)3C-)。合适的离子液体的非限制性实例包括N-甲基-N-丙基吡咯烷
Figure BDA00023019725700002112
/双(氟磺酰基)酰亚胺和1,2-二甲基-3-丙基咪唑
Figure BDA00023019725700002113
/双(三氟甲磺酰基)酰亚胺。在一些实施方案中，电解质包含室温离子液体和锂盐二者。在另一些实施方案中，电解质包含室温离子液体并且不包含锂盐。
在一些实施方案中，电化学电池还可以包括介于阴极与阳极之间的隔离件。在一些实施方案中，隔离件可以靠近电解质。隔离件可以为固体非导电材料或绝缘材料，其使阳极和阴极彼此分离或绝缘，防止短路，并且其允许离子在阳极与阴极之间传输。在一些实施方案中，多孔隔离件对电解质可以是可渗透的。
隔离件的孔可以部分地或基本上填充有电解质。隔离件可以提供为在电池的制造期间与阳极和阴极交错的多孔独立膜。或者，可以将多孔隔离件层直接施加至电极之一的表面，例如，如Carlson等的PCT公开第WO99/33125号和Bagley等的美国专利第5,194,341号中描述的。
各种隔离件材料在本领域是已知的。合适的固体多孔隔离件材料的实例包括但不限于聚烯烃，例如聚乙烯(例如，由Tonen Chemical Corp制造的SETELATM)和聚丙烯；玻璃纤维滤纸；和陶瓷材料。例如，在一些实施方案中，隔离件包括微孔膜(例如，微孔聚乙烯膜)。适用于本发明的隔离件和隔离件材料的另外的实例是包括微孔干凝胶层(例如，微孔拟薄水铝石层)的那些，其可以作为独立的膜提供或者通过直接涂覆施加在电极之一上来提供，如共同受让人Carlson等的美国专利第6,153,337号和第6,306,545号中描述的。固体电解质和凝胶电解质除了它们的电解质功能之外还可以充当隔离件。
如上所述，在一些实施方案中，本发明的电化学电池可以处于施加的各向异性力下。在一些实施方案中，可以施加各向异性力使得该力的大小在限定电化学电池的截面的平面内的所有方向上基本相等，但是该力在平面外方向上的大小基本上不等于平面内力的大小。
在一组实施方案中，本文所述的电池被构造和布置成在电池的充电和/或放电期间的至少一个时间段期间施加具有垂直于阳极的活性表面的分量的各向异性力。本领域普通技术人员将理解其含义。在这样的布置中，电池可以形成为容器的一部分，该容器凭借由于电池本身的一个或更多个部分的膨胀和/或收缩而在电池的组装期间或之后施加的或者在电池的使用期间施加的“载荷”施加这样的力。
可以使用本领域中已知的任何合适的方法施加本文所述的各向异性力。在一些实施方案中，可以使用压缩弹簧施加该力。例如，参照图1，电化学电池100可以位于任选的封闭容器结构170中，所述封闭容器结构170具有位于集流体180和/或阳极120与容器结构170的相邻壁之间的一个或更多个压缩弹簧以产生具有在箭头182指向电极110和120以及电解质130的方向上的分量的力。在一些实施方案中，可以通过将一个或更多个压缩弹簧置于容器结构外侧使得弹簧位于容器结构的外侧表面与另一表面(例如，桌面、另一容器结构的内侧表面、相邻电池等)之间来施加该力。可以使用另一元件(在容器结构内侧或外侧)施加力，所述另一元件包括但不限于贝氏垫圈(Belleville washer)、机械螺钉、气动装置和/或重物等。例如，在一组实施方案中，在两个板(例如，金属板)之间布置一个或更多个电池(例如，电池的堆叠体)。可以使用装置(例如，机械螺钉、弹簧等)通过板向电池或堆叠体的末端施加压力。例如，在机械螺钉的情况下，可以在旋转螺钉时在板之间压缩电池。作为另一个实例，在一些实施方案中，可以在电池(或围绕电池的容器结构)的表面与固定表面(例如，桌面、另一容器结构的内侧表面、相邻电池等)之间设置一个或更多个楔形物。可以通过在楔形物上施加力(例如，通过转动机械螺钉)来驱动电池与相邻固定表面之间的楔形物而施加各向异性力。
在一些实施方案中，所施加的力的大小足够大以增强电化学电池的性能。在一些情况下，可以同时选择阳极活性表面和各向异性力使得各向异性力影响阳极活性表面的表面形貌，以通过充电和放电抑制阳极活性表面面积增加，并且其中，在没有各向异性力但在除此以外基本上相同的条件下，阳极活性表面面积通过充电和放电循环增加到更大的程度。在该上下文中，“基本上相同的条件”意指除了力的施加和/或大小之外相似或相同的条件。例如，除此以外相同的条件可以意指相同的电池，但是其中其没有被构造(例如，通过支架或其他连接部)成向受该电池施加各向异性力。
在一些实施方案中，将具有垂直于阳极的活性表面的分量的各向异性力施加至以下的程度：当在使电池全循环10次之后并且紧接在第十次循环的放电之后测量时，所述各向异性力有效地导致阳极的孔隙率小于20％、15％、10％、5％或1％。
在一些实施方案中，当电池处于全放电态时，将具有垂直于阳极的活性表面的分量的各向异性力施加至以下的程度：所述各向异性力有效地导致剩余的非锂金属组分形成具有小于1000Ω/sq.、900Ω/sq.、800Ω/sq.、700Ω/sq.、600Ω/sq.、500Ω/sq.、400Ω/sq.、300Ω/sq.、200Ω/sq.或100Ω/sq.的薄层电阻的区域。
在一些实施方案中，在电池的充电和/或放电期间的至少一个时间段期间，将具有垂直于阳极的活性表面的分量的各向异性力施加至如下程度：相对于没有各向异性力的表面积增加，所述各向异性力有效地抑制阳极活性表面的表面积增加。各向异性力的垂直于阳极活性表面的分量可以例如施加至少约4.9牛顿/平方厘米、至少约9.8牛顿/平方厘米、至少约24.5牛顿/平方厘米、至少约49牛顿/平方厘米、至少约78牛顿/平方厘米、至少约98牛顿/平方厘米、至少约117.6牛顿/平方厘米、至少约147牛顿/平方厘米、至少约175牛顿/平方厘米、至少约200牛顿/平方厘米、至少约225牛顿/平方厘米、至少约250牛顿/平方厘米、至少约300牛顿/平方厘米、至少约400牛顿/平方厘米、或至少约500牛顿/平方厘米的压力。在一些实施方案中，各向异性力的垂直于阳极活性表面的分量可以例如施加小于约500牛顿/平方厘米、小于约400牛顿/平方厘米、小于约300牛顿/平方厘米、小于约250牛顿/平方厘米、小于约225牛顿/平方厘米、小于约196牛顿/平方厘米、小于约147牛顿/平方厘米、小于约117.6牛顿/平方厘米、小于约98牛顿/平方厘米、小于约49牛顿/平方厘米、小于约24.5牛顿/平方厘米、或小于约9.8牛顿/平方厘米的压力。以上值的组合也是可能的。在一些情况下，各向异性力的垂直于阳极活性表面的分量可以施加约4.9牛顿/平方厘米至约147牛顿/平方厘米、约49牛顿/平方厘米至约117.6牛顿/平方厘米、约68.6牛顿/平方厘米至约98牛顿/平方厘米、约78牛顿/平方厘米至约108牛顿/平方厘米、约4.9牛顿/平方厘米至约250牛顿/平方厘米、约49牛顿/平方厘米至约250牛顿/平方厘米、约80牛顿/平方厘米至约250牛顿/平方厘米、约90牛顿/平方厘米至约250牛顿/平方厘米、或约100牛顿/平方厘米至约250牛顿/平方厘米的压力。在一些实施方案中，力或压力可以从外部施加至电池，如本文所述。虽然力和压力在本文中通常分别以牛顿和牛顿/单位面积为单位来描述，但是力和压力还可以分别以千克力(kgf)和千克力/单位面积为单位来表示。本领域普通技术人员将熟悉基于千克力的单位，并且将理解1千克力等于约9.8牛顿。
如本文所述，在一些实施方案中，可以通过施加从外部施加的(在一些实施方案中，单轴的)压力在循环期间增强阳极的表面(例如，对于锂，可减少或消除锂的苔藓状表面或粗糙表面的发展)。在一些实施方案中，从外部施加的压力可以选择成大于形成阳极的材料的屈服应力。例如，对于包含锂的阳极，电池可以在这样的从外部施加的各向异性力下，所述各向异性力具有限定至少约8kgf/cm2、至少约9kgf/cm2、至少约10kgf/cm2、至少约20kgf/cm2、至少约30kgf/cm2、至少约40kgf/cm2、或至少约50kgf/cm2的压力的分量。这是因为锂的屈服应力为约7kgf/cm2至8kgf/cm2。因此，在大于该值的压力(例如，单轴压力)下，可以减少或抑制苔藓状Li或任何表面粗糙度。锂表面粗糙度可以模仿压在其上的表面。因此，当在至少约8kgf/cm2、至少约9kgf/cm2、或至少约10kgf/cm2、至少约20kgf/cm2、至少约30kgf/cm2、至少约40kgf/cm2、或至少约50kgf/cm2的从外部施加的压力下循环时，当压制表面光滑时，锂表面随着循环可以变得更光滑。如本文所述，压制表面可以通过选择位于阳极与阴极之间的合适材料而改变。
在一些情况下，施加至电池的一个或更多个力具有与阳极的活性表面不垂直的分量。例如，在图1中，力184与电极110的活性表面185不垂直。在一组实施方案中，所有施加的各向异性力的在垂直于阳极活性表面的方向上的分量之和大于在与阳极活性表面不垂直的方向上的任意分量和。在一些实施方案中，所有施加的各向异性力的在垂直于阳极活性表面的方向上的分量之和比在平行于阳极活性表面的方向上的任意分量和大至少约5％、至少约10％、至少约20％、至少约35％、至少约50％、至少约75％、至少约90％、至少约95％、至少约99％、或至少约99.9％。
在一些情况下，可以在将电池插入容器结构之前对其进行预压缩，并且一旦插至容器结构，它们可以膨胀而在电池上产生净力。例如，如果电池能够承受相对高的压力变化，则这样的布置可以是有利的。在这样的实施方案中，容器结构可以具有相对高的强度(例如，至少约100MPa、至少约200MPa、至少约500MPa、或至少约1GPa)。此外，容器结构可以具有相对高的弹性模量(例如，至少约10GPa、至少约25GPa、至少约50GPa、或至少约100GPa)。容器结构可以包含例如铝、钛或任何其他合适的材料。
出于所有目的，将以下申请通过引用整体并入本文：于2006年4月6日作为申请第11/400,781号提交并且题为“Rechargeable Lithium/Water,Lithium/Air Batteries”的于2007年9月27日公布的美国专利公开第US2007/0221265号；于2007年7月31日作为申请第11/888,339号提交并且题为“Swelling Inhibition in Batteries”的于2009年2月5日公布的美国专利公开第US 2009/0035646号；于2010年2月2日作为申请第12/312,674号提交、于2013年12月31日作为美国专利第8,617,748号专利化并且题为“Separation ofElectrolytes”的于2010年5月17日公布的美国专利公开第US 2010/0129699号；于2010年7月30日作为申请第12/682,011号提交、于2014年10月28日作为美国专利第8,871,387号专利化并且题为“Primer for Battery Electrode”的于2010年11月18日公布的美国专利公开第US 2010/0291442号；于2008年2月8日作为申请第12/069,335号提交、于2012年9月11日作为美国专利第8,264,205号专利化并且题为“Circuit for Charge and/or DischargeProtection in an Energy-Storage Device”的于2009年8月31日公布的美国专利公开第US 2009/0200986号；于2006年4月6日作为申请第11/400,025号提交、于2010年8月10日作为美国专利第7,771,870号专利化并且题为“Electrode Protection in Both Aqueousand Non-Aqueous Electrochemical cells,Including Rechargeable LithiumBatteries”的于2007年9月27日公布的美国专利公开第US 2007/0224502号；于2007年6月22日作为申请第11/821,576号提交并且题为“Lithium Alloy/Sulfur Batteries”的于2008年12月25日公布的美国专利公开第US 2008/0318128号；于2001年2月27日作为申请第09/795,915号提交、于2011年5月10日作为美国专利第7,939,198号专利化并且题为“NovelComposite Cathodes,Electrochemical Cells Comprising Novel Composite Cathodes,and Processes for Fabricating Same”的于2002年5月9日公布的美国专利公开第US2002/0055040号；于2005年4月20日作为申请第11/111,262号提交、于2010年3月30日作为美国专利第7,688,075号专利化并且题为“Lithium Sulfur Rechargeable Battery FuelGauge Systems and Methods”的于2006年10月26日公布的美国专利公开第US 2006/0238203号；于2007年3月23日作为申请第11/728,197号提交、于2011年12月27日作为美国专利第8,084,102号专利化并且题为“Methods for Co-Flash Evaporation ofPolymerizable Monomers and Non-Polymerizable Carrier Solvent/Salt Mixtures/Solutions”的于2008年8月7日公布的美国专利公开第US 2008/0187663号；于2010年9月23日作为申请第12/679,371号提交并且题为“Electrolyte Additives for LithiumBatteries and Related Methods”的于2011年1月13日公布的美国专利公开第US 2011/0006738号；于2010年9月23日作为申请第12/811,576号提交、于2015年5月19日作为美国专利第9,034,421号专利化并且题为“Methods of Forming Electrodes Comprising Sulfurand Porous Material Comprising Carbon”的于2011年1月13日公布的美国专利公开第US2011/0008531号；于2009年8月4日作为申请第12/535,328号提交、于2015年8月11日作为美国专利第9,105,938号专利化并且题为“Application of Force in ElectrochemicalCells”的于2010年2月11日公布的美国专利公开第US 2010/0035128号；于2008年7月25日作为申请第12/180,379号提交并且题为“Protection of Anodes for ElectrochemicalCells”的于2011年7月15日公布的美国专利公开第US 2011/0165471号；于2006年6月13日作为申请第11/452,445号提交、于2013年4月9日作为美国专利第8,415,054号专利化并且题为“Lithium Anodes for Electrochemical Cells”的于2006年10月5日公布的美国专利公开第US 2006/0222954号；于2010年3月19日作为申请第12/727,862号提交并且题为“Cathode for Lithium Battery”的于2010年9月23日公布的美国专利公开第US 2010/0239914号；于2009年5月22日作为申请第12/471,095号提交、于2012年1月3日作为美国专利第8,087,309号专利化并且题为“Hermetic Sample Holder and Method forPerforming Microanalysis under Controlled Atmosphere Environment”的于2010年11月25日公布的美国专利公开第US2010/0294049号；于2010年8月24日作为申请第12/862,581号提交并且题为“Electrochemical Cells Comprising Porous StructuresComprising Sulfur”的于2011年3月31日公布的美国专利公开第US 2011/00765560号；于2010年8月24日作为申请第12/862,513号提交并且题为“Release System forElectrochemical Cells”的于2011年3月24日公布的美国专利公开第US 2011/0068001号；于2011年8月24日作为申请第13/216,559号提交并且题为“Electrically Non-ConductiveMaterials for Electrochemical Cells”的于2012年3月1日公布的美国专利公开第US2012/0048729号；于2010年8月24日作为申请第12/862,528号提交并且题为“Electrochemical Cell”的于2011年7月21日公布的美国专利公开第US2011/0177398号；于2010年8月24日作为申请第12/862,563号提交并且题为“Electrochemical CellsComprising Porous Structures Comprising Sulfur”的于2011年3月24日公布的美国专利公开第US 2011/0070494号；于2010年8月24日作为申请第12/862,551号提交并且题为“Electrochemical Cells Comprising Porous Structures Comprising Sulfur”的于2011年3月24日公布的美国专利公开第US 2011/0070491号；于2010年8月24日作为申请第12/862,576号提交、于2015年4月14日作为美国专利第9,005,009号专利化并且题为“Electrochemical Cells Comprising Porous Structures Comprising Sulfur”的于2011年3月10日公布的美国专利公开第US 2011/0059361号；于2011年9月22日作为申请第13/240,113号提交并且题为“Low Electrolyte Electrochemical Cells”的于2012年3月22日公布的美国专利公开第US 2012/0070746号；于2011年2月23日作为申请第13/033,419号提交并且题为“Porous Structures for Energy Storage Devices”的于2011年8月25日公布的美国专利公开第US 2011/0206992号；于2012年6月15日作为申请第13/524,662号提交、于2017年1月17日作为美国专利第9,548,492号专利化并且题为“Plating Techniquefor Electrode”的于2013年1月17日公布的美国专利公开第2013/0017441号；于2013年2月14日作为申请第13/766,862号提交、于2015年7月7日作为美国专利第9,077,041号专利化并且题为“Electrode Structure for Electrochemical Cell”的于2013年8月29日公布的美国专利公开第US2013/0224601号；于2013年3月8日作为申请第13/789,783号提交、于2015年12月15日作为美国专利第9,214,678号专利化并且题为“Porous SupportStructures,Electrodes Containing Same,and Associated Methods”的于2013年9月26日公布的美国专利公开第US 2013/0252103号；于2012年10月4日作为申请第13/644,933号提交、于2015年1月20日作为美国专利第8.936,870号专利化并且题为“ElectrodeStructure and Method for Making the Same”的于2013年4月18日公布的美国专利公开第US2013/0095380号；于2013年11月1日作为申请第14/069,698号提交、于2015年4月14日作为美国专利第9,005,311号专利化并且题为“Electrode Active SurfacePretreatment”的于2014年5月8日公布的美国专利公开第US 2014/0123477号；于2014年1月8日作为申请第14/150,156号提交、于2017年1月31日作为美国专利第9,559,348号专利化并且题为“Conductivity Control in Electrochemical Cells”的于2014年7月10日公布的美国专利公开第US 2014/0193723号；于2014年3月5日作为申请第14/197,782号提交、于2016年11月6日作为美国专利第9,490,478号专利化并且题为“Electrochemical CellsComprising Fibril Materials”的于2014年9月11日公布的美国专利公开第US 2014/0255780号；于2013年3月15日作为申请第13/833,377号提交并且题为“ProtectiveStructures for Electrodes”的于2014年9月18日公布的美国专利公开第US 2014/0272594号；于2014年3月13日作为申请第14/209,274号提交并且题为“ProtectedElectrode Structures and Methods”的于2014年9月18日公布的美国专利公开第US2014/0272597号；于2014年1月8日作为申请第14/150,196号提交、于2016年12月27日作为美国专利第9,531,009号专利化并且题为“Passivation of Electrodes inElectrochemical Cells”的于2014年7月10日公布的美国专利公开第US 2014/0193713号；于2014年3月13日作为申请第14/209,396号提交并且题为“Protected ElectrodeStructures”的于2014年9月18日公布的美国专利公开第US 2014/0272565号；于2014年7月3日作为申请第14/323,269号提交并且题为“Ceramic/Polymer Matrix for ElectrodeProtection in Electrochemical Cells,Including Rechargeable Lithium Batteries”的于2015年1月8日公布的美国专利公开第US2015/0010804号；于2014年8月8日作为申请第14/455,230号提交并且题为“Self-Healing Electrode Protection in ElectrochemicalCells”的于2015年2月12日公布的美国专利公开第US 2015/044517号；于2014年2月19日作为申请第14/184,037号提交并且题为“Electrode Protection Using Electrolyte-Inhibiting Ion Conductor”的于2015年8月20日公布的美国专利公开第US 2015/0236322号；以及于2015年9月9日作为申请第14/848,659号提交并且题为“Protective Layers inLithium-Ion Electrochemical Cells and Associated Electrodes and Methods”的于2016年3月10日公布的美国专利公开第US 2016/0072132号。
出于所有目的，将2017年6月9日提交并且题为“In situ Current Collector”的美国临时申请第62/517,409号通过引用整体并入全文。
实施例
以下实施例旨在举例说明本发明的某些实施方案，但不例示本发明的全部范围。
在以下实施例和比较例中，通过以下方法制备电池。对于结合所公开是发明的非限制性实施方案的实施例，阳极由2密耳的Li/Mg固溶体制成。对于比较例，阳极由常规的2密耳的Li箔制成。在实施例和比较例二者中使用的阴极为锂钴氧化物(LCO)阴极。在实施例和比较例二者中使用的多孔隔离件为25μm聚烯烃(Celgard 2325)。将以上组件组装以形成阴极/隔离件/阳极/隔离件/阴极的堆叠层结构的电化学电池，其中活性阴极材料负载量为21mg/cm2/每侧。每个电池的总活性表面积为16.6cm2。在将电池组件密封在箔袋中之后，添加0.3mL的来自BASF的LP30电解质[1M六氟磷酸锂(LiPF6)在1:1重量比的碳酸二甲酯(DMC)和碳酸亚乙酯(EC)的混合物中)。然后将电池封装件真空密封。使这些电池不受约束地在电解质中浸泡24小时，然后施加10kg/cm2压力。使所有电池在这样的压力下循环。分别以标准C/8(12.5mA)和C/5倍率(20mA)进行充电和放电循环，其中充电截止电压为4.2V或4.3V，然后在4.2V或4.3V下逐渐减弱至1mA，并且在2.5V下放电截止。重复进行电池充电/放电循环，直至充电状态下的电池仅达到它们的初始容量的80％容量。观察达到该减少的容量状态所进行的循环的数目。
实施例1
根据本发明的一个实施方案，将2密耳厚的包含Li/Mg固溶体的阳极并入根据上述条件制造且工作的电化学电池中。充电截止电压为4.2V。
实施例2
根据本发明的一个实施方案，将2密耳厚的包含Li/Mg固溶体的阳极并入根据上述条件制造且工作的电化学电池中。充电截止电压为4.3V。
比较例1
在第一比较例中，使用常规的2密耳Li箔作为根据上述条件制造且工作的电化学电池中的阳极。充电截止电压为4.2V。
比较例2
在第二比较例中，使用常规的2密耳Li箔作为根据上述条件制造且工作的电化学电池中的阳极。充电截止电压为4.3V。
结果
如表1所示，使用Li/Mg固溶体作为阳极，实施例1和2示出循环寿命较相对于比较例显著改善。
表1：实施例和比较例的循环性能：
#循环至80％容量
实施例1 72
实施例2 76
比较例1 29
比较例2 28
如表1所示，实施例1和2的电化学电池(并入有包含锂镁固溶体的阳极)在它们的在放电状态下的容量降低至它们的初始容量的80％之前能够分别循环72次和76次。相比之下，比较例1和2的电化学电池分别在29次和28次循环之后降低至它们的初始容量的80％。这些试验表明由于使用了所公开的固溶体阳极而产生改善的性能。
此外，打开寿命终止的电池以检查Li和Li/Mg固溶体的完整性。图3A示出了比较例1的电化学电池(采用常规锂阳极的)的光学图像。可以清楚地观察到：锂在许多局部区域中呈鳞状且失去连接。图3B示出了实施例1的电化学电池(并入有根据本发明的一个实施方案的包含Li/Mg固溶体的阳极)的光学图像。图3B示出了保持为完整的片的Li/Mg固溶体。
虽然本文已经描述和举例说明了本发明的多个实施方案，但是本领域普通技术人员将容易想到用于执行本文所述的功能和/或获得本文所述的结果和/或一个或更多个优点的多种其他手段和/或结构，并且每个这样的变化或修改被认为均在本发明的范围内。更一般地，本领域技术人员将容易理解，本文所述的所有参数、尺寸、材料和配置意在是示例性的，而实际的参数、尺寸、材料和/或配置将取决于具体应用或使用本发明的教导的应用。本领域技术人员将认识到或者能够仅使用常规实验就确定本文所述的发明的具体实施方案的许多等同方案。因此，应理解，前述实施方案仅通过实例的方式呈现，并且在所附权利要求及其等同方案的范围内，本发明可以以不同于具体描述和要求保护的其他方式实践。本发明涉及本文所述的各个单独的特征、系统、制品、材料、和/或方法。此外，如果这样的特征、系统、制品、材料、和/或方法不相互矛盾，则两个或更多个这样的特征、系统、制品、材料、和/或方法的任意组合均包括在本发明的范围内。
为了清楚起见，应理解，当对在电池的寿命周期中的特定点(例如，紧接在第十次循环的放电之后)测量时具有某个特性(例如，某个孔隙率或薄层电阻)的电化学电池或电池的组件(例如，阳极)进行参照时，这样的参照构成用于测量电池(或其他要求保护的装置)的特性的筛选测试。在权利要求内的筛选测试应被解释为使得装置(例如，电化学电池)应被理解为满足筛选测试中所述的限制，其中该装置在经受筛选测试时具有所述的特性(例如，孔隙率、薄层电阻)，即使该装置尚未经受筛选测试，否则未达到所描述的进行测试的生命周期中的点。
除非明确地相反指出，否则如本文在说明书和权利要求中使用的没有量词修饰的名词应理解为意指“至少一者”。
如在本说明书中和权利要求中使用的短语“和/或”，应理解为意指如此连接的要素，即在一些情况下共同存在而在另一些情况下分别存在的要素中的“任一者或两者”。除非清楚地指出相反，否则除了由“和/或”子句具体标识的要素之外，可以任选地存在其他要素，无论其与具体标识的那些要素相关或不相关。因此，作为非限制性实例，当与诸如“包括/包含”的开放式语言结合使用时，提及“A和/或B”可以在一个实施方案中指在没有B的情况下的A(任选地包括除B之外的要素)；在另一个实施方案中，指在没有A的情况下的B(任选地包括除A之外的要素)；在又一个实施方案中，指A和B二者(任选地包括其他要素)；等等。
如本文在说明书和权利要求书中使用的“或”应理解为具有与如上定义的“和/或”相同的含义。例如，当分离列表中的项目时，“或”或“和/或”应当理解为包括性的，即，包括多个要素或要素列表中的至少一者，但也包括多于一者，并且任选地包括另外的未列举的项目。只有明确指出相反的术语，例如“仅一个”或“恰好一个”、或者(当在权利要求书中使用时)“由……组成”是指包括多个要素或要素列表中的恰好一个要素。一般地，本文使用的术语“或”在前面有排他性术语例如“两者之一”、“之一”、“仅一者”或“恰好一者”时，应当仅被解释为表示排他性的替代方案(即，“一者或另一者，但非两者”)。当用于权利要求书中时，“基本上由……组成”应当具有其在专利法领域中使用的普通含义。
如本文在说明书和权利要求书中所使用的，在提及一个或更多个要素的列表时，短语“至少一者”应理解为意指选自要素列表中的任一个或更多个要素中的至少一个要素，但不一定包括要素列表中具体列出的各个和每个要素中的至少一者，并且不排除要素列表中的要素的任意组合。该定义还允许可以任选地存在除了在短语“至少一者”所提及的要素列表中具体指出的要素之外的要素，无论其与具体指出的那些要素相关还是不相关。因此，作为非限制性实例，“A和B中的至少一者”(或等同地，“A或B中的至少一者”，或等同地，“A和/或B中的至少一者”)可以在一个实施方案中指至少一个A，任选地包括多于一个A，而不存在B(并且任选地包括除了B以外的要素)；在另一个实施方案中，指至少一个B，任选地包括多于一个B，而不存在A(并且任选地包括除了A以外的要素)；在又一个实施方案中，指至少一个A，任选地包括多于一个A，和至少一个B，任选地包括多于一个B(并且任选地包括其他要素)；等等。
在权利要求书中以及在以上说明书中，所有过渡性短语例如“包括”、“包含”、“带有”、“具有”、“含有”、“涉及”、“持有”等都应理解为开放式的，即，意指包括但不限于。仅过渡性短语“由……组成”和“基本上由……组成”应当分别是封闭或半封闭式过渡性短语，如美国专利局专利审查程序手册第2111.03节中所阐述的。

Claims (76)

1.一种电化学电池，包括：
阴极；
包含锂和至少一种非锂金属的固溶体的阳极，所述阳极具有活性表面；和
与所述阴极和所述阳极电化学连通的电解质，
其中：
所述电化学电池被配置成使得其在第一次组装时处于充电状态；
所述电化学电池处于施加的各向异性力下，所述各向异性力具有垂直于所述阳极的所述活性表面的分力；以及
所述各向异性力和所述电化学电池被配置成使得当所述电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，所述阳极的孔隙率小于20％，以及紧接在第十次循环的放电之后，在其初始全充电态下存在于所述阳极中的锂的量的75重量％或更少保留在所述阳极中。
2.一种电化学电池，包括：
阴极；
包含锂和至少一种非锂金属的固溶体的阳极，所述阳极具有活性表面；和
与所述阴极和所述阳极电化学连通的电解质，
其中：
所述电化学电池被配置成使得其在第一次组装时处于充电状态；
所述电化学电池处于施加的各向异性力下，所述各向异性力具有垂直于所述阳极的所述活性表面的分力；以及
所述至少一种非锂金属以足够的量存在，使得当所述电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，所述阳极的孔隙率小于20％，以及紧接在第十次循环的放电之后，在其初始全充电态下存在于所述阳极中的锂的量的75重量％或更少保留在所述阳极中。
3.一种电化学电池，包括：
阴极；
包含锂和至少一种非锂金属的固溶体的阳极，所述阳极具有活性表面；和
与所述阴极和所述阳极电化学连通的电解质，
其中：
所述电化学电池被配置成使得其在第一次组装时处于充电状态；
所述电化学电池处于施加的各向异性力下，所述各向异性力具有垂直于所述阳极的所述活性表面的分力；以及
所述各向异性力和所述电化学电池被配置成使得当所述电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，所述阳极的薄层电阻小于1000Ω/sq.，以及紧接在第十次循环的放电之后，在其初始全充电态下存在于所述阳极中的锂的量的75重量％或更少保留在所述阳极中。
4.一种电化学电池，包括：
阴极；
包含锂和至少一种非锂金属的固溶体的阳极，所述阳极具有活性表面；和
与所述阴极和所述阳极电化学连通的电解质，
其中：
所述电化学电池被配置成使得其在第一次组装时处于充电状态；
所述电化学电池处于施加的各向异性力下，所述各向异性力具有垂直于所述阳极的所述活性表面的分力；以及
所述至少一种非锂金属以足够的量存在，使得当所述电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，所述至少一种非锂金属形成具有小于1000Ω/sq.的薄层电阻的区域，以及紧接在第十次循环的放电之后，在其初始全充电态下存在于所述阳极中的锂的量的75重量％或更少保留在所述阳极中。
5.根据以上权利要求中任一项所述的电化学电池，其中，当所述电池处于全充电态时，所述固溶体的屈服强度为约0.1MPa至约100MPa、或约0.4MPa至约40MPa。
6.根据以上权利要求中任一项所述的电化学电池，其中所述至少一种非锂金属选自镁、锌、铅、锡、铂、金、铝、镉、银、汞及其组合。
7.根据以上权利要求中任一项所述的电化学电池，其中所述至少一种非锂金属选自镁、锌、铅、铂、金、镉、银、汞及其组合。
8.根据以上权利要求中任一项所述的电化学电池，其中所述至少一种非锂金属不包括硅、锗、锡、锑、铋和铝。
9.根据以上权利要求中任一项所述的电化学电池，其中所述至少一种非锂金属包括镁。
10.根据以上权利要求中任一项所述的电化学电池，其中，所述阳极中的所述至少一种非锂金属为在全充电态期间所述阳极中的锂和非锂金属的总重量的至少0.1重量％、1重量％、5重量％或10重量％，而等于或小于所述总重量的25重量％、10重量％、5重量％或1重量％。
11.根据以上权利要求中任一项所述的电化学电池，其中在组装态下，所述阳极中的所述至少一种非锂金属为所述阳极中的锂和非锂金属的总重量的至少0.1重量％、1重量％、5重量％或10重量％，而等于或小于所述总重量的25重量％、10重量％、5重量％或1重量％。
12.根据以上权利要求中任一项所述的电化学电池，其中选择所述至少一种非锂金属使得在约0V至约5V的电压窗口内工作的所述电池的第一次充电和放电循环期间，所述至少一种非锂金属的小于约10重量％、小于约5重量％或小于约1重量％参与电化学反应。
13.根据以上权利要求中任一项所述的电化学电池，其中所述至少一种非锂金属在-40℃至80℃的温度下与锂形成固溶体。
14.根据以上权利要求中任一项所述的电化学电池，其中在所述电化学电池的充电状态下的容量减小到小于原始充电容量的80％之前，所述电化学电池能够循环至少70次。
15.根据以上权利要求中任一项所述的电化学电池，其中所述各向异性力被配置成使得所述垂直于所述阳极的所述活性表面的分力向所述阳极的所述活性表面施加如下压力：至少约4.9牛顿/平方厘米、至少约9.8牛顿/平方厘米、至少约24.5牛顿/平方厘米、至少约49牛顿/平方厘米、至少约78牛顿/平方厘米、至少约98牛顿/平方厘米、至少约117.6牛顿/平方厘米、至少约147牛顿/平方厘米、至少约175牛顿/平方厘米、至少约200牛顿/平方厘米、至少约225牛顿/平方厘米、至少约250牛顿/平方厘米、至少约300牛顿/平方厘米、至少约400牛顿/平方厘米、或至少约500牛顿/平方厘米，而小于约500牛顿/平方厘米、小于约400牛顿/平方厘米、小于约300牛顿/平方厘米、小于约250牛顿/平方厘米、小于约225牛顿/平方厘米、小于约196牛顿/平方厘米、小于约147牛顿/平方厘米、小于约117.6牛顿/平方厘米、小于约98牛顿/平方厘米、小于约49牛顿/平方厘米、小于约24.5牛顿/平方厘米、或小于约9.8牛顿/平方厘米。
16.根据以上权利要求中任一项所述的电化学电池，还包括靠近所述电解质的隔离件。
17.根据权利要求16所述的电化学电池，其中所述隔离件包括微孔膜。
18.根据权利要求1和2中任一项所述的电化学电池，其中，当所述电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，所述阳极的薄层电阻小于1000Ω/sq.。
19.根据权利要求3和4中任一项所述的电化学电池，其中，当所述电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，所述阳极的孔隙率小于20％。
20.根据以上权利要求中任一项所述的电化学电池，其中，当所述电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，所述阳极的薄层电阻小于900Ω/sq.、800Ω/sq.、700Ω/sq.、600Ω/sq.、500Ω/sq.、400Ω/sq.、300Ω/sq.、200Ω/sq.或100Ω/sq.。
21.根据以上权利要求中任一项所述的电化学电池，其中，当所述电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，所述阳极的孔隙率小于15％、10％、5％或1％。
22.根据以上权利要求中任一项所述的电化学电池，其中，当所述电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，在其初始全充电态下存在于所述阳极中的锂的量的60重量％或更少、50重量％或更少、40重量％或更少、30重量％或更少、20重量％或更少、或者10重量％或更少保留在所述阳极中。
23.根据以上权利要求中任一项所述的电化学电池，其中在组装时所述阴极基本上不含锂。
24.根据以上权利要求中任一项所述的电化学电池，其中所述阴极包括包含硫化合物的阴极活性材料。
25.一种电化学电池，包括：
阴极；
包含锂和至少一种非锂金属的固溶体的阳极，所述阳极具有活性表面；和
与所述阴极和所述阳极电化学连通的电解质，
其中：
所述电化学电池处于施加的各向异性力下，所述各向异性力具有垂直于所述阳极的所述活性表面的分力；以及
所述各向异性力和所述电化学电池被配置成使得当所述电化学电池全循环50次时，紧接在第50次循环的放电之后，所述阳极的孔隙率小于20％，以及紧接在第50次循环的放电之后，在其初始全充电态下存在于所述阳极中的锂的量的75重量％或更少保留在所述阳极中。
26.一种电化学电池，包括：
阴极；
包含锂和至少一种非锂金属的固溶体的阳极，所述阳极具有活性表面；和
与所述阴极和所述阳极电化学连通的电解质，
其中：
所述电化学电池处于施加的各向异性力下，所述各向异性力具有垂直于所述阳极的所述活性表面的分力；以及
所述至少一种非锂金属以足够的量存在，使得当所述电化学电池全循环50次时，紧接在第50次循环的放电之后，所述阳极的孔隙率小于20％，以及紧接在第50次循环的放电之后，在其初始全充电态下存在于所述阳极中的锂的量的75重量％或更少保留在所述阳极中。
27.一种电化学电池，包括：
阴极；
包含锂和至少一种非锂金属的固溶体的阳极，所述阳极具有活性表面；和
与所述阴极和所述阳极电化学连通的电解质，
其中：
所述电化学电池处于施加的各向异性力下，所述各向异性力具有垂直于所述阳极的所述活性表面的分力；以及
所述各向异性力和所述电化学电池被配置成使得当所述电化学电池全循环50次时，紧接在第50次循环的放电之后，所述阳极的薄层电阻小于1000Ω/sq.，以及紧接在第50次循环的放电之后，在其初始全充电态下存在于所述阳极中的锂的量的75重量％或更少保留在所述阳极中。
28.一种电化学电池，包括：
阴极；
包含锂和至少一种非锂金属的固溶体的阳极，所述阳极具有活性表面；和
与所述阴极和所述阳极电化学连通的电解质，
其中：
所述电化学电池处于施加的各向异性力下，所述各向异性力具有垂直于所述阳极的所述活性表面的分力；以及
所述至少一种非锂金属以足够的量存在，使得当所述电化学电池全循环50次时，紧接在第50次循环的放电之后，所述至少一种非锂金属形成具有小于1000Ω/sq.的薄层电阻的区域，以及紧接在第50次循环的放电之后，在其初始全充电态下存在于所述阳极中的锂的量的75重量％或更少保留在所述阳极中。
29.根据权利要求25至28中任一项所述的电化学电池，其中，所述电化学电池被配置成使得其在第一次组装时处于放电状态。
30.根据权利要求25至29中任一项所述的电化学电池，其中，当所述电池处于其初始全充电态下时，所述固溶体的屈服强度为约0.1MPa至约100MPa、或约0.4MPa至约40MPa。
31.根据权利要求25至30中任一项所述的电化学电池，其中所述至少一种非锂金属选自镁、锌、铅、锡、铂、金、铝、镉、银、汞及其组合。
32.根据权利要求25至31中任一项所述的电化学电池，其中所述至少一种非锂金属选自镁、锌、铅、铂、金、镉、银、汞及其组合。
33.根据权利要求25至32中任一项所述的电化学电池，其中所述至少一种非锂金属不包括硅、锗、锡、锑、铋和铝。
34.根据权利要求25至33中任一项所述的电化学电池，其中所述至少一种非锂金属包括镁。
35.根据权利要求25至34中任一项所述的电化学电池，其中所述阳极中的所述至少一种非锂金属为在全充电态期间所述阳极中的锂和非锂金属的总重量的至少0.1重量％、1重量％、5重量％或10重量％，而等于或小于所述总重量的25重量％、10重量％、5重量％或1重量％。
36.根据权利要求25至35中任一项所述的电化学电池，其中所述阳极中的所述至少一种非锂金属等于或小于在组装之后在其首次全充电态期间所述阳极中的锂和非锂金属的总重量的25重量％、10重量％、5重量％或1重量％。
37.根据权利要求25至36中的任一项所述的电化学电池，其中选择所述至少一种非锂金属使得，在约0V至约5V的电压窗口内工作的所述电池的第一次充电和放电循环期间，所述至少一种非锂金属的小于约10重量％、小于约5重量％、或小于约1重量％参与电化学反应。
38.根据权利要求25至37中任一项所述的电化学电池，其中所述至少一种非锂金属在-40℃至80℃的温度下与锂形成固溶体。
39.根据权利要求25至38中任一项所述的电化学电池，其中在所述电化学电池的充电状态下的容量减小到小于原始充电容量的80％之前，所述电化学电池能够循环至少70次。
40.根据权利要求25至39中任一项所述的电化学电池，其中所述各向异性力被配置成使得所述垂直于所述阳极的所述活性表面的分力向所述阳极的所述活性表面施加如下压力：至少约4.9牛顿/平方厘米、至少约9.8牛顿/平方厘米、至少约24.5牛顿/平方厘米、至少约49牛顿/平方厘米、至少约78牛顿/平方厘米、至少约98牛顿/平方厘米、至少约117.6牛顿/平方厘米、至少约147牛顿/平方厘米、至少约175牛顿/平方厘米、至少约200牛顿/平方厘米、至少约225牛顿/平方厘米、至少约250牛顿/平方厘米、至少约300牛顿/平方厘米、至少约400牛顿/平方厘米、或至少约500牛顿/平方厘米，而小于约500牛顿/平方厘米、小于约400牛顿/平方厘米、小于约300牛顿/平方厘米、小于约250牛顿/平方厘米、小于约225牛顿/平方厘米、小于约196牛顿/平方厘米、小于约147牛顿/平方厘米、小于约117.6牛顿/平方厘米、小于约98牛顿/平方厘米、小于约49牛顿/平方厘米、小于约24.5牛顿/平方厘米、或小于约9.8牛顿/平方厘米。
41.根据权利要求25至40中任一项所述的电化学电池，还包括靠近所述电解质的隔离件。
42.根据权利要求41所述的电化学电池，其中所述隔离件包括微孔膜。
43.根据权利要求25和26中任一项所述的电化学电池，其中，当所述电化学电池全循环50次时，紧接在第50次循环的放电之后，所述阳极的薄层电阻小于1000Ω/sq.。
44.根据权利要求27和28中任一项所述的电化学电池，其中，当所述电化学电池全循环50次时，紧接在第50次循环的放电之后，所述阳极的孔隙率小于20％。
45.根据权利要求25至44中任一项所述的电化学电池，其中，当所述电化学电池全循环50次时，紧接在第50次循环的放电之后，所述阳极的薄层电阻小于900Ω/sq.、800Ω/sq.、700Ω/sq.、600Ω/sq.、500Ω/sq.、400Ω/sq.、300Ω/sq.、200Ω/sq.或100Ω/sq.。
46.根据权利要求25至45中任一项所述的电化学电池，其中，当所述电化学电池全循环50次时，紧接在第50次循环的放电之后，所述阳极的孔隙率小于15％、10％、5％或1％。
47.根据权利要求25至46中任一项所述的电化学电池，其中，当所述电化学电池全循环50次时，紧接在第50次循环的放电之后，在其初始全充电态下存在于所述阳极中的锂的60重量％或更少、50重量％或更少、40重量％或更少、30重量％或更少、20重量％或更少、或10重量％或更少保留在所述阳极中。
48.根据权利要求25至47中任一项所述的电化学电池，其中所述阴极包括包含锂嵌入化合物的阴极活性材料。
49.一种电化学电池，包括：
阴极；
包含锂和至少一种非锂金属的固溶体的阳极，所述阳极具有活性表面；和
与所述阴极和所述阳极电化学连通的电解质，
其中：
所述电化学电池处于施加的各向异性力下，所述各向异性力具有垂直于所述阳极的所述活性表面的分力；以及
所述各向异性力和所述电化学电池被配置成使得，当所述电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，所述阳极的孔隙率小于紧接在没有所述施加的各向异性力的等同电池的第十次循环的放电之后所述等同电池中存在的孔隙率的50％。
50.一种电化学电池，包括：
阴极；
包含锂和至少一种非锂金属的固溶体的阳极，所述阳极具有活性表面；和
与所述阴极和所述阳极电化学连通的电解质，
其中：
所述电化学电池处于施加的各向异性力下，所述各向异性力具有垂直于所述阳极的所述活性表面的分力；以及
所述至少一种非锂金属以足够的量存在，使得当所述电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，所述阳极的孔隙率小于紧接在没有所述至少一种非锂金属的等同电池的第十次循环的放电之后所述等同电池中存在的孔隙率的50％。
51.一种电化学电池，包括：
阴极；
包含锂和至少一种非锂金属的固溶体的阳极，所述阳极具有活性表面；和
与所述阴极和所述阳极电化学连通的电解质，
其中：
所述电化学电池处于施加的各向异性力下，所述各向异性力具有垂直于所述阳极的所述活性表面的分力；以及
所述各向异性力和所述电化学电池被配置成使得，当所述电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，所述阳极的薄层电阻小于紧接在没有所述施加的各向异性力的等同电池的第十次循环的放电之后所述等同电池中存在的薄层电阻的50％。
52.一种电化学电池，包括：
阴极；
包含锂和至少一种非锂金属的固溶体的阳极，所述阳极具有活性表面；和
与所述阴极和所述阳极电化学连通的电解质，
其中：
所述电化学电池处于施加的各向异性力下，所述各向异性力具有垂直于所述阳极的所述活性表面的分力；以及
所述至少一种非锂金属以足够的量存在，使得当所述电化学电池全循环10次时，紧接在第十次循环的放电之后，所述阳极的薄层电阻小于紧接在没有所述至少一种非锂金属的等同电池的第十次循环的放电之后所述等同电池中存在的薄层电阻的50％。
53.根据权利要求49至52中任一项所述的电化学电池，其中，当所述电池处于全充电态时，所述固溶体的屈服强度为约0.1MPa至约100MPa、或约0.4MPa至约40MPa。
54.根据权利要求49至53中任一项所述的电化学电池，其中所述至少一种非锂金属选自镁、锌、铅、锡、铂、金、铝、镉、银、汞及其组合。
55.根据权利要求49至54中任一项所述的电化学电池，其中所述至少一种非锂金属选自镁、锌、铅、铂、金、镉、银、汞及其组合。
56.根据权利要求49至55中任一项所述的电化学电池，其中所述至少一种非锂金属不包括硅、锗、锡、锑、铋和铝。
57.根据权利要求49至56中任一项所述的电化学电池，其中所述至少一种非锂金属包括镁。
58.根据权利要求49至57中任一项所述的电化学电池，其中所述阳极中的所述至少一种非锂金属为在全充电态期间所述阳极中的锂和非锂金属的总重量的至少0.1重量％、1重量％、5重量％或10重量％，而等于或小于所述总重量的25重量％、10重量％、5重量％或1重量％。
59.根据权利要求49至58中任一项所述的电化学电池，其中所述阳极中的所述至少一种非锂金属等于或小于在组装之后在其首次全充电态期间所述阳极中的锂和非锂金属的总重量的25重量％、10重量％、5重量％或1重量％。
60.根据权利要求49至59中任一项所述的电化学电池，其中选择所述至少一种非锂金属使得在约0V至约5V的电压窗口内工作的所述电池的第一次充电和放电循环期间，所述至少一种非锂金属的小于约10重量％、小于约5重量％或小于约1重量％参与电化学反应。
61.根据权利要求49至60中任一项所述的电化学电池，其中所述至少一种非锂金属在-40℃至80℃的温度下与锂形成固溶体。
62.根据权利要求49至61中任一项所述的电化学电池，其中在所述电化学电池的充电状态下的容量减小到小于原始充电容量的80％之前，所述电化学电池能够循环至少70次。
63.根据权利要求49至62中任一项所述的电化学电池，其中所述各向异性力被配置成使得所述垂直于所述阳极的所述活性表面的分力向所述阳极的所述活性表面施加如下压力：至少约4.9牛顿/平方厘米、至少约9.8牛顿/平方厘米、至少约24.5牛顿/平方厘米、至少约49牛顿/平方厘米、至少约78牛顿/平方厘米、至少约98牛顿/平方厘米、至少约117.6牛顿/平方厘米、至少约147牛顿/平方厘米、至少约175牛顿/平方厘米、至少约200牛顿/平方厘米、至少约225牛顿/平方厘米、至少约250牛顿/平方厘米、至少约300牛顿/平方厘米、至少约400牛顿/平方厘米、或至少约500牛顿/平方厘米，而小于约500牛顿/平方厘米、小于约400牛顿/平方厘米、小于约300牛顿/平方厘米、小于约250牛顿/平方厘米、小于约225牛顿/平方厘米、小于约196牛顿/平方厘米、小于约147牛顿/平方厘米、小于约117.6牛顿/平方厘米、小于约98牛顿/平方厘米、小于约49牛顿/平方厘米、小于约24.5牛顿/平方厘米、或小于约9.8牛顿/平方厘米。
64.根据权利要求49至63中任一项所述的电化学电池，还包括靠近所述电解质的隔离件。
65.根据权利要求64所述的电化学电池，其中所述隔离件包括微孔膜。
66.根据权利要求49至65中任一项所述的电化学电池，所述电化学电池被配置成使得其在第一次组装时处于充电状态。
67.根据权利要求49至66中任一项所述的电化学电池，其中在组装时所述阴极基本上不含锂。
68.根据权利要求49至67中任一项所述的电化学电池，其中所述阴极包括包含硫化合物的阴极活性材料。
69.根据权利要求49至68中任一项所述的电化学电池，其中，当所述电化学电池全循环10次时，紧接在第10次循环的放电之后，所述阳极的薄层电阻小于1000Ω/sq.、900Ω/sq.、800Ω/sq.、700Ω/sq.、600Ω/sq.、500Ω/sq.、400Ω/sq.、300Ω/sq.、200Ω/sq.或100Ω/sq.。
70.根据权利要求49至69中任一项所述的电化学电池，其中，当所述电化学电池全循环10次时，紧接在第10次循环的放电之后，所述阳极的孔隙率小于20％、15％、10％、5％或1％。
71.根据权利要求49至70中任一项所述的电化学电池，其中，当所述电化学电池全循环10次时，紧接在第10次循环的放电之后，在其初始全充电态下存在于所述阳极中的锂的量的60重量％或更少、50重量％或更少、40重量％或更少、30重量％或更少、20重量％或更少、或者10重量％或更少保留在所述阳极中。
72.根据权利要求49至65中任一项所述的电化学电池，所述电化学电池被配置成使得其在第一次组装时处于放电状态。
73.根据权利要求49至65和72中任一项所述的电化学电池，其中所述阴极包括包含锂嵌入化合物的阴极活性材料。
74.根据权利要求49至65和72至73中任一项所述的电化学电池，其中，当所述电化学电池全循环50次时，紧接在第50次循环的放电之后，所述阳极的薄层电阻小于1000Ω/sq.、900Ω/sq.、800Ω/sq.、700Ω/sq.、600Ω/sq.、500Ω/sq.、400Ω/sq.、300Ω/sq.、200Ω/sq.或100Ω/sq.。
75.根据权利要求49至65和72至74中任一项所述的电化学电池，其中，当所述电化学电池全循环50次时，紧接在第50次循环的放电之后，所述阳极的孔隙率小于20％、15％、10％、5％或1％。
76.根据权利要求49至65和72至75中任一项所述的电化学电池，其中，当所述电化学电池全循环50次时，紧接在第50次循环的放电之后，在其初始全充电态下存在于所述阳极中的锂的量的60重量％或更少、50重量％或更少、40重量％或更少、30重量％或更少、20重量％或更少、或者10重量％或更少保留在所述阳极中。
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Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7086869B2 (ja) 2016-06-21 2022-06-20 シオン・パワー・コーポレーション 電気化学セルの構成要素のためのコーティング
US11183690B2 (en) 2016-12-23 2021-11-23 Sion Power Corporation Protective layers comprising metals for electrochemical cells
CN110710048B (zh) 2017-06-09 2023-03-07 赛昂能源有限公司 原位集流体
US11489348B2 (en) 2018-07-31 2022-11-01 Sion Power Corporation Multiplexed charge discharge battery management system
US11322804B2 (en) 2018-12-27 2022-05-03 Sion Power Corporation Isolatable electrodes and associated articles and methods
US11637353B2 (en) 2018-12-27 2023-04-25 Sion Power Corporation Electrodes, heaters, sensors, and associated articles and methods
JP7327005B2 (ja) * 2019-04-26 2023-08-16 トヨタ自動車株式会社 全固体電池及びその製造方法
US11710828B2 (en) 2019-05-22 2023-07-25 Sion Power Corporation Electrochemical devices including porous layers
KR20220011158A (ko) 2019-05-22 2022-01-27 시온 파워 코퍼레이션 전기적으로 결합된 전극, 및 관련 물품 및 방법
US11056728B2 (en) 2019-10-31 2021-07-06 Sion Power Corporation System and method for operating a rechargeable electrochemical cell or battery
US11424492B2 (en) 2019-10-31 2022-08-23 Sion Power Corporation System and method for operating a rechargeable electrochemical cell or battery
US11978917B2 (en) 2019-11-19 2024-05-07 Sion Power Corporation Batteries with components including carbon fiber, and associated systems and methods
US11984575B2 (en) 2019-11-19 2024-05-14 Sion Power Corporation Battery alignment, and associated systems and methods
EP4062484A1 (en) 2019-11-19 2022-09-28 Sion Power Corporation Batteries, and associated systems and methods
US11791511B2 (en) 2019-11-19 2023-10-17 Sion Power Corporation Thermally insulating compressible components for battery packs
CN111092259A (zh) * 2019-12-30 2020-05-01 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种无负极电池
US11923495B2 (en) 2020-03-13 2024-03-05 Sion Power Corporation Application of pressure to electrochemical devices including deformable solids, and related systems
KR20230047403A (ko) 2020-08-03 2023-04-07 시온 파워 코퍼레이션 전기화학 전지 클램프 및 관련 방법
US11826861B1 (en) 2020-08-12 2023-11-28 Sion Power Corporation Joining systems, clamping fixtures, and related systems and methods
US11705554B2 (en) 2020-10-09 2023-07-18 Sion Power Corporation Electrochemical cells and/or components thereof comprising nitrogen-containing species, and methods of forming them
KR20220122018A (ko) 2021-02-26 2022-09-02 주식회사 엘지에너지솔루션 리튬 이차전지
US11769867B2 (en) 2021-07-26 2023-09-26 Textron Innovations Inc. Forming battery electrodes and associated battery
DE102021212767A1 (de) 2021-11-12 2023-05-17 Volkswagen Aktiengesellschaft Lithium-Ionen-Batteriezelle

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5472808A (en) * 1993-04-08 1995-12-05 Peled; Emanuel Solid electrolyte and batteries
CN1881665A (zh) * 2005-07-27 2006-12-20 松下电器产业株式会社 非水电解质二次电池
US20080318128A1 (en) * 2007-06-22 2008-12-25 Sion Power Corporation Lithium alloy/sulfur batteries
CN101939862A (zh) * 2008-01-08 2011-01-05 赛昂能源有限公司 多孔电极以及相关联的方法
KR101030406B1 (ko) * 2004-07-23 2011-04-20 세이코 인스트루 가부시키가이샤 전기화학전지
US20110177398A1 (en) * 2008-08-05 2011-07-21 Sion Power Corporation Electrochemical cell
CN102144324A (zh) * 2008-08-05 2011-08-03 赛昂能源有限公司 电化学电池中力的应用
CN102598364A (zh) * 2009-08-28 2012-07-18 赛昂能源有限公司 包含含硫的多孔结构的电化学电池
US20120315538A1 (en) * 2011-04-07 2012-12-13 Massachusetts Instituteof Technology Controlled porosity in electrodes
CN103718337A (zh) * 2011-06-17 2014-04-09 赛昂能源有限公司 用于电极的电镀技术
CN103887579A (zh) * 2012-12-20 2014-06-25 铃木株式会社 锂空气电池及其负极复合体
CN103947027A (zh) * 2011-10-13 2014-07-23 赛昂能源有限公司 电极结构及其制造方法
CN104798232A (zh) * 2012-11-19 2015-07-22 古河电气工业株式会社 集电体,电极,二次电池及电容

Family Cites Families (78)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4330601A (en) 1979-10-01 1982-05-18 Duracell International Inc. Rechargeable nonaqueous silver alloy anode cell
EP0157818B1 (fr) 1983-09-20 1989-02-08 Societe Nationale Elf Aquitaine Nouveaux derives de sulfures de polycarbone, leur preparation et leurs applications, notamment en electrochimie
FR2570882B1 (fr) 1984-09-21 1986-12-05 Comp Generale Electricite Matiere active positive a base d'un polymere conducteur electronique pour generateur electrochimique
US4833048A (en) 1988-03-31 1989-05-23 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Metal-sulfur type cell having improved positive electrode
US4917974A (en) 1989-04-14 1990-04-17 The United States Of America As Represented By The Department Of Energy Lithium/organosulfur redox cell having protective solid electrolyte barrier formed on anode and method of making same
US5162175A (en) 1989-10-13 1992-11-10 Visco Steven J Cell for making secondary batteries
US5324599A (en) 1991-01-29 1994-06-28 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Reversible electrode material
US5194341A (en) 1991-12-03 1993-03-16 Bell Communications Research, Inc. Silica electrolyte element for secondary lithium battery
US5278005A (en) 1992-04-06 1994-01-11 Advanced Energy Technologies Inc. Electrochemical cell comprising dispersion alloy anode
US5441831A (en) 1992-12-17 1995-08-15 Associated Universities, Inc. Cells having cathodes containing polycarbon disulfide materials
US5538812A (en) 1994-02-04 1996-07-23 Moltech Corporation Electrolyte materials containing highly dissociated metal ion salts
US5648187A (en) 1994-02-16 1997-07-15 Moltech Corporation Stabilized anode for lithium-polymer batteries
US5961672A (en) 1994-02-16 1999-10-05 Moltech Corporation Stabilized anode for lithium-polymer batteries
US5516598A (en) 1994-07-28 1996-05-14 Polyplus Battery Company, Inc. Secondary cell using organosulfur/metal charge transfer materials as positive electrode
US5723230A (en) 1995-02-27 1998-03-03 Yazaki Corporation Oligosulfide type electrode material and secondary battery containing such electrode material
US5601947A (en) 1995-06-07 1997-02-11 Moltech Corporation Electroactive high storage capacity polycarbon-sulfide materials and electrolytic cells containing same
US5529860A (en) 1995-06-07 1996-06-25 Moltech Corporation Electroactive high storage capacity polyacetylene-co-polysulfur materials and electrolytic cells containing same
AU5882896A (en) 1995-06-07 1996-12-30 Moltech Corporation Electroactive high storage capacity polyacetylene-co-polysul fur materials and electrolytic cells containing same
US5792575A (en) 1995-09-11 1998-08-11 Yazaki Corporation Lithium sulfur secondary battery and elecrode material for a non-aqueous battery
JP3525403B2 (ja) 1995-09-28 2004-05-10 矢崎総業株式会社 電極材料及び二次電池
JP3555097B2 (ja) 1995-09-28 2004-08-18 矢崎総業株式会社 電極材料及び二次電池
US5919587A (en) 1996-05-22 1999-07-06 Moltech Corporation Composite cathodes, electrochemical cells comprising novel composite cathodes, and processes for fabricating same
US6153337A (en) 1997-12-19 2000-11-28 Moltech Corporation Separators for electrochemical cells
US6201100B1 (en) 1997-12-19 2001-03-13 Moltech Corporation Electroactive, energy-storing, highly crosslinked, polysulfide-containing organic polymers and methods for making same
US7247408B2 (en) 1999-11-23 2007-07-24 Sion Power Corporation Lithium anodes for electrochemical cells
US6733924B1 (en) 1999-11-23 2004-05-11 Moltech Corporation Lithium anodes for electrochemical cells
US20110165471A9 (en) 1999-11-23 2011-07-07 Sion Power Corporation Protection of anodes for electrochemical cells
US6797428B1 (en) 1999-11-23 2004-09-28 Moltech Corporation Lithium anodes for electrochemical cells
US7771870B2 (en) 2006-03-22 2010-08-10 Sion Power Corporation Electrode protection in both aqueous and non-aqueous electrochemical cells, including rechargeable lithium batteries
US7688075B2 (en) 2005-04-20 2010-03-30 Sion Power Corporation Lithium sulfur rechargeable battery fuel gauge systems and methods
CN101601150B (zh) 2006-12-04 2015-02-18 赛昂能源有限公司 电解质的分离
US8084102B2 (en) 2007-02-06 2011-12-27 Sion Power Corporation Methods for co-flash evaporation of polymerizable monomers and non-polymerizable carrier solvent/salt mixtures/solutions
US20090035646A1 (en) 2007-07-31 2009-02-05 Sion Power Corporation Swelling inhibition in batteries
US20110006738A1 (en) 2007-09-21 2011-01-13 Sion Power Corporation Electrolyte additives for lithium batteries and related methods
US20100239914A1 (en) 2009-03-19 2010-09-23 Sion Power Corporation Cathode for lithium battery
US20120070746A1 (en) 2007-09-21 2012-03-22 Sion Power Corporation Low electrolyte electrochemical cells
JP2011501383A (ja) 2007-10-26 2011-01-06 サイオン パワー コーポレイション バッテリ電極用プライマー
US8264205B2 (en) 2008-02-08 2012-09-11 Sion Power Corporation Circuit for charge and/or discharge protection in an energy-storage device
US8087309B2 (en) 2009-05-22 2012-01-03 Sion Power Corporation Hermetic sample holder and method for performing microanalysis under controlled atmosphere environment
JP2013502700A (ja) 2009-08-24 2013-01-24 シオン・パワー・コーポレーション 電気化学電池用剥離システム
US20110206992A1 (en) 2009-08-28 2011-08-25 Sion Power Corporation Porous structures for energy storage devices
CN102918684B (zh) 2010-05-28 2016-09-14 巴斯夫欧洲公司 膨胀石墨在锂/硫电池组中的用途
WO2012027457A2 (en) 2010-08-24 2012-03-01 Sion Power Corporation Electrically non-conductive materials for electrochemical cells
CN103283064B (zh) 2010-08-24 2017-07-11 锡安能量公司 用于在电化学电池中使用的电解质材料
JP2013542562A (ja) 2010-09-30 2013-11-21 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア 電解質用添加剤
EP2622670A1 (en) 2010-09-30 2013-08-07 Basf Se Li-based anode with ionic liquid polymer gel
WO2013123131A1 (en) 2012-02-14 2013-08-22 Sion Power Corporation Electrode structure for electrochemical cell
US9214678B2 (en) 2012-03-09 2015-12-15 Sion Power Corporation Porous support structures, electrodes containing same, and associated methods
WO2014071160A1 (en) 2012-11-02 2014-05-08 Sion Power Corporation Electrode active surface pretreatment
EP2915203B1 (en) 2012-11-02 2016-08-03 Basf Se Polymers for use as protective layers and other components in electrochemical cells
US9577289B2 (en) 2012-12-17 2017-02-21 Sion Power Corporation Lithium-ion electrochemical cell, components thereof, and methods of making and using same
CN105190966B (zh) 2012-12-19 2018-06-12 锡安能量公司 电极结构及其制造方法
WO2014110136A1 (en) 2013-01-08 2014-07-17 Sion Power Corporation Passivation of electrodes in electrochemical cells
WO2014110131A1 (en) 2013-01-08 2014-07-17 Sion Power Corporation Conductivity control in electrochemical cells
EP2965370A4 (en) 2013-03-05 2016-09-21 Sion Power Corp ELECTROCHEMICAL CELLS WITH FIBRILLARY MATERIALS SUCH AS FIBRILLENE CELLULOSE MATERIALS
EP2973779A1 (en) 2013-03-15 2016-01-20 Basf Se Protected electrode structures
US20140272594A1 (en) 2013-03-15 2014-09-18 Sion Power Corporation Protective structures for electrodes
WO2014139986A1 (en) 2013-03-15 2014-09-18 Basf Se Compositions for use as protective layers and other components in electrochemical cells
US9728768B2 (en) 2013-03-15 2017-08-08 Sion Power Corporation Protected electrode structures and methods
WO2015003123A1 (en) 2013-07-03 2015-01-08 Sion Power Corporation Ceramic/polymer matrix for electrode protection in electrochemical cells, including rechargeable lithium batteries
JP6629200B2 (ja) 2013-08-08 2020-01-15 シオン・パワー・コーポレーション 電気化学電池における自己回復電極保護
WO2015082670A1 (en) 2013-12-05 2015-06-11 Basf Se Separator, method for its fabrication and lithium sulfur battery comprising it
US10020512B2 (en) 2013-12-19 2018-07-10 Sion Power Corporation Polymer for use as protective layers and other components in electrochemical cells
US10490796B2 (en) 2014-02-19 2019-11-26 Sion Power Corporation Electrode protection using electrolyte-inhibiting ion conductor
WO2015126885A1 (en) 2014-02-19 2015-08-27 Basf Se Electrode protection using a composite comprising an electrolyte-inhibiting ion conductor
US9755268B2 (en) 2014-03-27 2017-09-05 Sion Power Corporation Gel electrolytes and electrodes
JP2017515277A (ja) 2014-05-01 2017-06-08 ビーエイエスエフ・ソシエタス・エウロパエアＢａｓｆ Ｓｅ 電極製造方法および関連システムおよび物品
WO2015181210A1 (en) 2014-05-30 2015-12-03 Basf Se Polymer for use as protective layers and other components in electrochemical cells
EP3192112A4 (en) 2014-09-09 2018-04-11 Sion Power Corporation Protective layers in lithium-ion electrochemical cells and associated electrodes and methods
KR102493741B1 (ko) 2014-10-23 2023-01-30 시온 파워 코퍼레이션 전기화학 셀용 이온-전도성 복합재
US20160118638A1 (en) 2014-10-24 2016-04-28 Sion Power Corporation Compositions for use as protective layers and other components in electrochemical cells
CN107848247B (zh) 2015-05-20 2021-06-01 锡安能量公司 电极的保护层
CN107820642B (zh) 2015-05-21 2021-01-08 巴斯夫欧洲公司 锂-硫电池组用玻璃-陶瓷电解质
US20170141385A1 (en) 2015-11-04 2017-05-18 Sion Power Corporation Layer composite and electrode having a smooth surface, and associated methods
US10320031B2 (en) 2015-11-13 2019-06-11 Sion Power Corporation Additives for electrochemical cells
KR20180077287A (ko) 2015-11-24 2018-07-06 시온 파워 코퍼레이션 이온 전도성 화합물 및 관련 용도
JP7049269B2 (ja) 2016-05-20 2022-04-06 シオン・パワー・コーポレーション 電極用保護層および電気化学電池
CN110710048B (zh) 2017-06-09 2023-03-07 赛昂能源有限公司 原位集流体

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5472808A (en) * 1993-04-08 1995-12-05 Peled; Emanuel Solid electrolyte and batteries
KR101030406B1 (ko) * 2004-07-23 2011-04-20 세이코 인스트루 가부시키가이샤 전기화학전지
CN1881665A (zh) * 2005-07-27 2006-12-20 松下电器产业株式会社 非水电解质二次电池
US20080318128A1 (en) * 2007-06-22 2008-12-25 Sion Power Corporation Lithium alloy/sulfur batteries
CN101939862A (zh) * 2008-01-08 2011-01-05 赛昂能源有限公司 多孔电极以及相关联的方法
CN102144324A (zh) * 2008-08-05 2011-08-03 赛昂能源有限公司 电化学电池中力的应用
US20110177398A1 (en) * 2008-08-05 2011-07-21 Sion Power Corporation Electrochemical cell
CN102598364A (zh) * 2009-08-28 2012-07-18 赛昂能源有限公司 包含含硫的多孔结构的电化学电池
US20120315538A1 (en) * 2011-04-07 2012-12-13 Massachusetts Instituteof Technology Controlled porosity in electrodes
CN103718337A (zh) * 2011-06-17 2014-04-09 赛昂能源有限公司 用于电极的电镀技术
CN103947027A (zh) * 2011-10-13 2014-07-23 赛昂能源有限公司 电极结构及其制造方法
CN104798232A (zh) * 2012-11-19 2015-07-22 古河电气工业株式会社 集电体,电极,二次电池及电容
CN103887579A (zh) * 2012-12-20 2014-06-25 铃木株式会社 锂空气电池及其负极复合体

Also Published As

Publication number Publication date
EP3635808A1 (en) 2020-04-15
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US20180358651A1 (en) 2018-12-13
US10608278B2 (en) 2020-03-31

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