[发明专利]织物电极及包含有该电极的蓄电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型电极，该电极基于具有纳米结构表面的金属 纤维和/或导线的织物，还涉及一种包含该电极的半蓄电池和蓄电池。

背景技术

市场对便携式电子设备的旺盛需求使得可再充电电池或蓄电池 领域的竞争加剧。继手机快速增长之后，便携式电脑的销售量以每年 20％的增长率快速增长，对其电力供应系统提出了新的要求。此外还 有便携式摄像机，数字照相设备，CD播放机，无线设备和许多玩具 等普遍增加了对可再充电电池的需求。最后，21世纪会对电汽车、 混合动力车辆以及可重复充电的混合动力车辆有很大需求，它们的出 现会导致越来越严格的关于废气排放和热引擎的温室效应的国际条 例。

新一代电子设备使得蓄电池的发展朝着更加独立的同时以更薄、 更灵活的形式发展，以满足最小化的目标。对于电子汽车市场的混合 动力汽车和可重复充电的混合动力汽车，重要的是蓄电池同时具备： 轻便、紧凑、安全而且具有价格优势，以便与常规动力解决方案相媲 美。

“锂金属”(或Li金属)的术语一般指正极或负电极包含金属、 电解液包含锂离子、阴极或正电极包含可与锂进行可逆电化学反应的 至少一种材料的技术。这种与锂进行可逆电化学反应的材料，例如， 可以是，包含或不包含锂的插入材料。电解液一般包含锂离子，电解 液可以是液体或者载有锂盐的聚合体一后者通常称作干聚合体。

“锂离子”(或Li离子)通常限定为这样一种技术，阴极包含含 锂的插入材料，阳极至少包含可与锂进行可逆的电化学反应的一种材 料，且电解液包含锂离子。与锂进行可逆电化学反应的材料是，例如， 包含或不含锂或碳的插入材料。电解液一般含有锂离子，电解液是液 体或者用液体浸渍的聚合体的形式—后一种情况通常称为塑性电解 液。

锂金属和锂离子技术能够满足电汽车，混合动力汽车和可重复充 电的混合动力汽车的需要，但是考虑到所用材料的特性，成本较高， 且安全水平不够高。

上述蓄电池的比能量密度，以蓄电池的Wh/kg记，也是电池应 用到电子运输方面，例如，电汽车，具有电自主(可重复充电的或其 他的)的混合动力汽车，或者电公交车等的一个重要限制。当前最好 的锂离子型电池的比能量密度在100到120Wh/kg之间，对于大型应 用的话会更高。

本申请人的法国专利申请FR 2 870 639中描述了用于锂离子或 锂金属蓄电池的电极，其特征是，在电子集电极的表面，存在含有由 化合物(例如，氧化物，金属或形成电子集电极的金属)构成的纳米 颗粒的一层电化学活性“纳米结构”材料。电化学活性材料的特殊结 构能够根据功率和比能量密度提高性能。

然而，在其他问题中，由于电极受限的比电容，使得这些电池的 比能量密度总是有限的。

这些电池的比能量密度，以电池的Wh/kg记，是正负电极的比 电容的增函数，以电极的Ah/kg来表达。换句话说，负电极的比电容 的增加会导致电池能量密度的增加。负电极的比电容可写成：

Cm=CsSgeom----(1)]]>

其中，C_m是负电极的比电容(Ah/kg)

C_s是负电极的表面电容(Ah/m²)

S_geo是负电极的几何表面(m²)

m_-是负电极的质量(kg)

本申请中为了描述织物电极所使用的“几何表面”这个术语是指 金属织物宏观尺度的尺寸。该几何表面独立于织物结构，即，组成它 的线的数量，形状，大小，或者编织物的尺寸。因而几何表面仅反应 了蓄电池内部的织物的大小。

负电极的表面电容可表达为：