[发明专利]强化的金属箔电极

说明书

本发明涉及金属箔电极，并且特别地但不排他地涉及锂箔电极。

背景

例如，金属的锂的金属箔已经被用于原电化电池和蓄电化电池(secondary electrochemical cell)。例如，在锂硫电池中，锂金属箔可被用作电池的阳极。

例如，为了提高锂硫电池的比能，期望降低其总体质量。理论上来说，这可以通过减小电极的厚度来实现，因为在充电和放电期间，电化学反应只发生在电极的表面处。但是，薄的锂箔是非常柔软的并且是容易弯曲和/或扯破的。当这类箔被切割以便使用时，在切割过程中，箔也有粘结到所用的刀片的趋势。因此，薄的锂箔极难操作和生产。事实上，市面上可买到的锂箔的典型的厚度为100μm或更大些。

从US 3,721,113已知的是，提供一种用于通过当锂金属在固体聚合物组合物的光滑表面之间被压缩时冷轧锂金属来轧制厚度不足400μm的薄的连续锂带的工艺。论述了厚度降至大约40μm是可实现的但这并非是典型的。固体聚合物组合物可为一对辊子的表面的形式，或可为中间夹着锂带的一对聚合物片。但是，聚合物片在冷轧后从锂箔上被剥离，且不意在为改进后续操作而充当支撑件，理解这点是重要的。因此，虽然本文献中公开的金属锂箔可以是薄的，但是一旦生产出来，它们是难以操作的。

US 2009/0246626描述了一种锂离子电池，其中锂金属箔被用作锂离子的来源。尤其，US 2009/0246626描述了包括由碳形成的正电极和负电极的锂离子电池。为了初始化电池，负电极首先被掺入来自锂金属箔的锂离子。具体地讲，锂金属箔被放置成与存在于电解质中的负电极电接触。经过一段时间后，锂金属箔完全地溶解以形成插入或掺入负电极的锂离 子。因此，一旦溶解，则金属箔在电池的充电和放电化学反应中不起作用。

US 2009/0246626认识到在操作薄的锂箔中固有的难题，并且提出一种锂金属箔，该锂金属箔在一侧或者两侧上设置有由粘结或压力结合(pressure bond)至锂箔的纸或树脂非纺织织物形成的支撑构件。但是，该参考文献没有涉及到减小锂箔的厚度。相反，该参考文献认为厚度是没有限制的而且由掺入至电池中的锂离子的量以及锂金属箔的面积而定。由于单一锂箔片可被用于插入或掺入电堆中的一系列的电极，50到300微米的厚度被表示为优选的。虽然支撑构件的厚度被表示为优选20到100微米，但是该参考文献没有公开任何结合的结构的厚度。事实上，虽然压力结合被提及，但是其不需要引起牢固的固定，而可能仅仅是足以保证箔和支撑构件在随后的切割和操作过程中对齐。并没有暗示任何在厚度上的减少可通过使用复合结构来实现。的确，支撑件的增加将被认为增加得到的复合物的厚度。

EP 1865520描述了一种通过将锂金属片接触结合至不锈钢网而形成的锂电极。现有技术文献提到了将锂金属片施加到集电器的任一侧的可能性。但是，EP 1865520没有描述轧制或者以其他方式压制和拉伸复合物以实质上地减少它的总厚度的步骤。实际上，该例子描述了具有148μm的厚度的电极，该电极通过将单一锂金属片接触结合至不锈钢网而形成。还应该注意的是，在EP 1865520中描述的锂电极没有被用作电化电池的工作阳极而是简单地用作锂离子的来源以用于例如由用于可逆地插入锂离子的石墨形成的阳极。此外，由于不锈钢网被用作集电器，它必然是导电的。因此，至于暴露于电解质，使其可成为用于枝晶形成(dendrite formation)的中心。这通常是不想要的。

US 2004/0072066描述了一种锂电极，其通过使用例如气相沉积将锂金属层沉积到多孔聚合物膜上而形成。多孔聚合物膜存在于锂电极的面向电解质的表面上并且与锂电极的面向电解质的表面成一体。具有锂离子导电性但其无法渗透至电解质的保护涂层可设置在多孔聚合物膜和锂金属层之间。US 2004/0072066的目的是提供锂金属电极的表面上方的层。

从前面所述来看，提升电化电池的比能在本发明的目标之中。

减少金属箔电极的厚度也在本发明的目标之中。

本公开的简要概述

从第一个方面来看，本发明提供一种金属箔电极，其包括：

i)由多孔基底形成的强化层，以及

ii)包括锂和/或钠的第一金属箔层和第二金属箔层，

其中强化层被置于第一金属箔层和第二金属箔层之间并且被压力结合在一起以形成具有100微米或更小(例如，少于100微米)的厚度的复合结构。