[发明专利]用于锂-硫或硅-硫电池的隔板或正极的涂层

说明书

技术领域

本公开内容涉及电池(battery)、特别是涉及具有硫正极的电池，并且尤其是这些的隔板和正极。

背景技术

该部分提供关于本公开内容的背景信息，其不一定是现有技术。

基于电的车辆或EV(例如，混合动力电动车辆(HEV)、电池电动车辆(BEV)、插电式HEV和增程式电动车辆(EREV))需要具有高能量密度和高功率能力的高效、低成本且安全的储能系统。锂离子电池可在从车辆到便携式电子设备例如膝上型计算机、手机等的许多应用中用作电源。通过当前的锂钴或锂-铁磷酸盐电池驱动的EV经常具有每次充电小于100英里(160km)的行驶里程，而更长的行驶里程是期望的。

基于Li-S化学的电池提供有吸引力的技术，其满足对于基于电的运输而言两个最迫切的问题：对于低成本和高比密度的需要。由于其2600Wh/kg的高的理论比能量以及硫的低成本，Li-S电池技术在学术界中以及在工业中均已经成为深入研究和开发的主题。硫经由两电子还原(S+2Li++2e-Li₂S)的理论容量为1672mAh/g(元素硫还原为S^-2阴离子)。放电过程从冠状S8分子开始并且通过在高电压平台(2.3-2.4V)还原为较高阶(order)的多硫化物阴离子(Li₂S₈、Li₂S₆)、随后在低电压平台(2.1V)进一步还原为较低阶的多硫化物(Li₂S₄、Li₂S₂)进行，并且以Li₂S产物结束。在充电过程期间，Li₂S经由中间多硫化物阴离子S_x被氧化回到S8。在正极产生的S_x多硫化物在电解质中是可溶的并且可迁移至负极，其中它们以寄生方式与锂电极反应以产生较低阶的多硫化物，所述较低阶的多硫化物扩散回到所述正极并且再次产生较高形式的多硫化物。Y.V.Mikhaylik&J.R.Akridge，“Polysulfide Shuttle Study in the Li/S Battery System，”J.Electrochem.Soc.，151，A1969-A1976(2004)以及J.R.Akridge，Y.V.Mikhaylik&N.White，“Li/S fundamental chemistry and application to high-performance rechargeable batteries，”Solid State Ionics，175，243-245(2005)描述了该穿梭(shuttle)效应，其导致电池的降低的硫利用、自放电、差的通过氧化和还原而重复循环的能力、以及降低的库伦效率。S以及Li₂S的绝缘性质导致差的电极可再充电性和受限的倍率能力。此外，在放电期间发生80%的体积膨胀。总之，这些因素妨碍用于EV的Li-S电池的商业化。

Si-S电池的理论能量密度是可与Li-S电池比较的。然而，由于Si-S电池基于相同的硫化学运行，其遭受多硫化物扩散到负极的相同问题。