[发明专利]电能存储装置

说明书

本发明提供一种电能存储装置，具体地说，一种电池，其至少包含：‑阳极，其包含选自锂和钠或其组合的碱金属；‑阴极，其包含含硫有机硅烷化合物或含硫有机硅烷化合物的混合物；和‑电解液，其置于所述阳极与所述阴极之间；其中所述阴极包含集电体表面，所述集电体表面已通过在其上接枝所述含硫有机硅烷化合物或含硫有机硅烷化合物的混合物而经受至少部分改性。

本发明涉及一种电能存储装置，具体地说，一种电池。

本领域中已知各种电能存储装置，如锂-硫和钠-硫电池。

A.Manthiram等人的最近的一篇文章(“再可充电锂-硫电池(RechargeableLithium-Sulfur batteries)”,《化学综述(Chem.Rev.)》2014,114,第11751-11787页)解释了Li-S电池的原理以及历史发展和技术挑战。当前的Li-S电池的重要技术挑战尤其是：不想要的长的多硫化物的形成，它们可溶于普通的液体电解液中(这可能导致随着时间的推移，作为阴极材料的硫的损失，并且因此降低电池容量和使用寿命，所谓的‘穿梭效应’)；反应物、锂、硫和硫化二锂(最终反应产物)之间的密度差；以及元素硫的差导电性。

直到最近，钠-硫电池仍需要高温才能运行。Wei等人(《自然通讯(NatureCommunications)》7，文章号11722(2016)[doi 10.1038/ncomms11722]已显示在室温下Na-S操作是可能的。然而，这需要专门制备的硫阴极材料，其中硫包含在纳米多孔材料中，纳米多孔材料昂贵并且需要复杂的制备工艺来实现。

本发明的一个目的是克服或使上述问题中的一个或多个减到最少。

本发明的进一步的目的是提供一种替代的电能存储装置(具体地说，锂-硫或钠-硫电池)和供用于其中的替代阴极。

上述目的中的一个或多个或其它目的可以通过提供电能存储装置，具体地说电池来实现，所述电能存储装置至少包含：

-阳极，其包含选自锂和钠或其组合的碱金属；

-阴极，其包含含硫有机硅烷化合物或含硫有机硅烷化合物的混合物；和

-电解液，其置于阳极与阴极之间。

令人惊讶地发现，根据本发明，可以减少或甚至避免在电解液中形成不想要的长的多硫化物(例如含有4个或更多个硫原子)。不希望受特定理论的束缚，据信因为含硫有机硅烷化合物可以与来自阳极的锂或钠反应而不会产生长的多硫化物，所以减少或甚至避免在电解液中形成这类长的多硫化物。减少或避免这些长的多硫化物的形成降低了上述‘穿梭效应’。

而且，同样，不希望受特定理论的束缚，据信硅烷官能团允许直接化学键合到阴极的集电体的金属或导电性改进剂(如果有的话)，或通过形成低聚网络间接键合。当含硫有机硅烷化合物中所含的硫与锂或钠之间发生反应时，这种网络可以提供能减轻体积变化的挠性。

本领域的技术人员将容易理解，电能存储装置的类型可以宽泛地变化，并且可以包括电池和超级电容器。优选地，电能存储装置是电池，具体地说，锂-硫或钠-硫电池。

如上所提及，根据本发明，阳极包含选自锂和钠或其组合的碱金属。本领域技术人员将容易理解，阳极没有特别限制，只要其包含锂和/或钠即可。由于本领域技术人员熟悉选择Li-S和Na-S电池的阳极，因此这里不再详细讨论。优选地，阳极仅包含锂或钠作为碱金属(因此不是锂和钠的组合)，优选地，阳极仅包含锂。

本领域技术人员将容易理解，阴极没有特别限制，并且可以广泛地变化。由于本领域技术人员熟悉选择Li-S和Na-S电池的阴极，因此这里不再详细讨论。如上所提及，根据本发明，阴极包含含硫有机硅烷化合物或其混合物(即，含硫有机硅烷化合物的混合物)。

优选地，阴极包含集电体表面，所述集电体表面已经通过在其上接枝含硫有机硅烷化合物而经受至少部分，优选地完全改性。