[发明专利]用于电化学电池的层体系

说明书

本发明涉及一种用于电化学电池的层体系，其包含至少一种由一种或多种有机聚合物或有机聚合物的混合物(A1)的纤维形成的纤维状非织造织物(A)，其中：

(i)纤维状非织造织物(A)含聚合物电解质(C)，其包含：

(C1)电解质溶剂或电解质溶剂的混合物，

(C2)至少一种电解质盐，和

(C3)至少一种有机聚合物或聚合物混合物，

和/或

(ii)第二种与(A)平行排列的由一种或多种有机聚合物或有机聚合物的混合物(B1)的纤维形成的纤维状非织造织物(B)，其中(B)可含聚合物电解质(D)，其包含：

(D1)电解质溶剂或电解质溶剂的混合物，

(D2)至少一种电解质盐，和

(D3)至少一种有机聚合物或聚合物混合物。

本发明进一步涉及包含本发明层体系的电极和电化学电池，以及本发明层体系的制备。

二次电池或可充电电池只是电能可在产生后储存并当需要时使用的部分实施方案。由于明显较好的功率密度，锂电池吸引了极大的关注。锂电池包括不同类型的电池，其中锂离子电池在目前是最重要的。在锂离子电池中，电池中的电荷输送是通过锂离子完成的。在许多情况下，将含锂的混合了过渡金属的氧化物，特别是具有层状结构的含锂的镍-钴-锰氧化物，或含锰的可掺杂一种或多种过渡金属的尖晶石用作锂离子电池中的阴极活性材料。然而，伴随许多电池的问题仍为循环稳定性的问题，其仍需要改进。特别是在包含较高比例锰的那些电池的情况下，如在具有含锰尖晶石电极和石墨阳极的电化学电池的情况下，常常在较短时间内观察到严重的电容损失。此外，在其中选择石墨阳极作为反电极的情况下，可检测到元素锰在阳极上的沉积。应相信的是，在小于1V vs.Li/Li+的电势下，这些锰核沉积在阳极上，用作电解质还原降解的催化剂。这还被认为包括不可逆的锂的结合，作为其结果，锂离子电池逐渐失去电容。类似的是，含在阴极活性材料中的其它过渡金属可在电化学电池循环期间溶于电解质中。由于低电势，这些过渡金属向阳极迁移且在阳极上还原并沉积。甚至少量这类金属杂质也可改变电解质和阴极之间的界面并可导致电池的寿命降低。

在锂离子电池中，液体电解质被广泛使用。液体电解质可能由于液体电解质的可能渗漏而引起问题。克服该缺点的替代方案为使用聚合物凝胶电解质。然而，已知的聚合物凝胶电解质常常不能完全满足高机械强度，长期相稳定性和与电极的良好粘合的需要。

关于能量密度的新水平已由锂-硫电池开辟。在锂-硫电池中，阴极中的硫经由多硫离子还原为S^2-，当电池充电时将其再氧化以形成硫-硫键。然而，一个问题是多硫化合物，如Li₂S₄和Li₂S₆的溶解度，其可溶于溶剂且可迁移至阳极。结果可包括：电容的损失和电绝缘材料在电极的硫颗粒上的沉积。如Solid State Ionics 2004，175，243-245所述，从阴极至阳极的迁移可最终导致受影响电池的放电以及电池中的电池失效(cell death)。这种不希望的多硫离子的迁移也被称作“穿梭(shuttling)”，该术语也用于本发明上下文中。

因此，本发明目的为提供一种生产简单且避免了现有技术已知缺点的材料。材料应为机械稳定的，提供高的锂离子传导性且赋予锂-硫电池改进的循环稳定性。本发明的另一目的为提供一种通过其可生产相应的保护材料的方法。

该目的通过一种用于电化学电池电极的层体系实现，其包含至少至少一种由一种或多种有机聚合物或有机聚合物的混合物(A1)的纤维形成的纤维状非织造织物(A)，其中

(i)纤维状非织造织物(A)含聚合物电解质(C)，其包含：

(C1)电解质溶剂或电解质溶剂的混合物，

(C2)至少一种电解质盐，和

(C3)至少一种有机聚合物或聚合物混合物，

和/或

(ii)第二种与(A)平行排列的由一种或多种有机聚合物或有机聚合物的混合物(B1)的纤维形成的纤维状非织造织物(B)，其中(B)可含聚合物电解质(D)，其包含：

(D1)电解质溶剂或电解质溶剂的混合物，

(D2)至少一种电解质盐，和

(D3)至少一种有机聚合物或聚合物混合物。