[发明专利]包括聚合物单离子导体涂层的负电极

说明书

一种负电极，其包括金属基体和形成于金属基体表面上的聚合物单离子导体涂层。金属基体选自由锂、钠和锌组成的组。聚合物单离子导体涂层由i)磺化的基于四氟乙烯的含氟聚合物‑共聚物的金属盐或ii)具有初始聚合物骨架和连接到所述初始聚合物骨架的侧接金属盐基团的聚合物金属盐形成。

技术领域

本发明涉及一种包括聚合物单离子导体涂层的负电极。

背景技术

二次或者可充电金属离子电池经常被用于许多固定式和便携式设备，例如在消费类电子产品、汽车/机动车、医疗设备、机械、机器人和航空航天工业所遇到的那些。二次或者可充电金属离子电池的实例包括锂基电池、钠基电池和锌基电池。在机动车工业中，金属离子电池可以适用于电动车辆，例如混合电动车辆(HEV)、电池电动车辆(BEV)、插入式HEV、以及增程式电动车辆(EREV)。锂类电池由于各种原因已经获得了普及，包括相对高的能量密度，高功率容量，与其它种类的可充电电池相比时一般不出现任何记忆效应，相对低的内阻，以及不使用时低的自放电率。锂电池在其有用的寿命期间进行重复功率循环的能力，使他们成为一个有吸引力和可靠的电源。

发明内容

一种负电极，包括金属基体和形成于金属基体表面上的聚合物单离子导体涂层。金属基体选自由锂、钠和锌组成的组。聚合物单离子导体涂层由i)磺化的基于四氟乙烯的含氟聚合物-共聚物的金属盐或者ii)具有初始聚合物骨架和连接到初始聚合物骨架的侧接金属盐基团的聚合物金属盐形成。

附图说明

通过参照以下详细的说明和附图，本发明实例的特征将变得清楚，其中相同的附图标记对应于相似但可能不相同的部件。为了简明起见，具有前述功能的附图标记或特征可以结合示出它们的其他附图进行说明或可以不说明。

图1是本文所公开的负电极的一个实例的示意图；

图2A是本文所公开的电化学电池的一个实例的示意图；

图2B是本文所公开的电化学电池的另一个实例的示意图；

图3是示出针对两个实例聚合物单离子导体的比电导率(以mS·cm^-1为单位)对1000/T(K^-1)的图表；以及

图4是示出包括锂电极和形成于锂电极之一的表面上的聚合物单离子导体涂层的电化学电池的循环性能(电压(V)对以秒为单位的时间)的图表。

具体实施方式

锂、钠和锌全都是合适的负电极材料，部分是因为他们各自的高比容量(例如，锂为～3860mAh/g，钠为1165mAh/g，锌为820mAh/g)。然而，这些材料的每种在电池循环过程中都容易形成枝晶。枝晶是薄的导电纤丝，其可以缩短电池续航，降低电池的不当使用耐受性，并减少电池的整体寿命。

在本文所公开的实例中，枝晶生长通过分别在锂、钠或锌金属基体表面上形成基本均匀分布的锂、钠或锌而抑制。聚合物单离子(Li⁺、Na⁺或Zn⁺)导体形成为金属基体上的涂层。聚合物单离子导体由i)磺化的基于四氟乙烯的含氟聚合物-共聚物的金属盐或ii)具有初始聚合物骨架和连接到初始聚合物骨架的侧接金属盐基团的聚合物金属盐形成。在磺化的基于四氟乙烯的含氟聚合物-共聚物的实例中，金属盐形成于每个侧接基团的端部。在聚合物金属盐的实例中，金属盐基团连接到沿聚合物骨架的特定位置。金属基体上聚合物单离子导体的涂层将金属盐基团的阳离子-聚阴离子相对均匀地定位在金属基体上。

相对/基本上均匀分布的阳离子使得在电池循环过程中电流能分布相对/基本上均匀。已经发现，当使用本文所公开的实例聚合物单离子(Li⁺、Na⁺或Zn⁺)导体使电流分布相对/基本上均匀时，枝晶生长能够得到抑制。