[发明专利]适用于高能电池使用的改进型电化学电芯

说明书

本发明提供一种可充电电化学电芯和一种电化学电芯的成分和结构，所述电化学电芯具有包含所述任何成分和结构的SO₂溶剂型电解液。阴极可包括一种或多种单质过渡金属和/或一种或多种部分氧化过渡金属。所述SO₂溶剂型电解液可包括作为SEI成膜添加剂的含卤化物盐添加剂。所述阳极集电极可包括一种碳涂层金属、两种或多种金属的合金或两种或多种金属的碳涂层合金。所述电化学电芯可包括额外的非溶解/固体碱卤化物。所述成份、结构和电芯可用于装置。

发明领域

本发明涉及一种可充电的电化学电芯。特别地，本发明涉及前面所述使用新型盐阴极和支持高能量密度的盐金属阴极的电芯，所述电芯可使用SO₂基电解液。

背景

高性能、低成本的电化学电芯，如电池，在移动电子、能源生产、分配和运输等领域具有广泛的应用前景。能进一步提高电芯性能的发明对工商业均有益。

发明概要

本发明提高了可充电(二次)电化学电芯的技术水平。利用金属钠阳极的电池电芯的基础已经在FI 20150270中奠定。本发明公开了在电池电芯、基本电化学电芯结构、工作原理和性能等方面的重大改进，如更高的电芯电压和更高的库仑效率，本发明还适用于提高其他电池化学家族的性能。本发明的目的是公开用于例如二次高能电池的高性能电化电芯。根据本发明的设备具有权利要求中所述的特征。

本发明的第一个方面描述了一种可充电电化学电芯的阴极。所述阴极可用于充电态组装、放电态组装和/或半充电(半放电)态组装的可充电电化学电芯。使用所述阴极的电芯可使用SO₂溶剂基电解液。所述阴极可包括一种或多种碱金属卤化物。所述一种或多种碱金属卤化物中的碱金属可以是锂、钠、钾、铷、铯和/或钫。所述一种或多种碱金属卤化物的碱金属卤化物可以是氟、氯、溴、碘和/或砹，阴极的碱金属卤化物可以是NaF、NaCl、NaBr、NaI、LiF、LiCl、LiBr、LiI或它们的任何混合物。根据本发明，还可以使用其他碱金属卤化物。所述阴极可包括一种或多种过渡金属化合物。所述一种或多种过渡金属可以是部分氧化过渡金属。所述一种或多种部分氧化过渡金属可以一种或多种部分氧化过渡金属化合物的形式存在。所述一种或多种部分氧化过渡金属化合物可以是一种或多种部分氧化过渡金属卤化物。所述一种或多种部分氧化过渡金属卤化物可以采用M_yX的形式，其中M为部分氧化过渡金属，X为卤化物，y为使所述过渡金属处于部分氧化状态的M/X比。所述一种或多种部分氧化过渡金属卤化物可以是Cu_yBr、Cu_yI、Cu_yCl、Cu_yF(其中y大于0.5)或它们的任何混合物。所述过渡金属化合物可以是完全氧化过渡金属化合物。所述一种或多种完全氧化过渡金属化合物可以是过渡金属卤化物。所述过渡金属卤化物可以是完全氧化过渡金属卤化物。所述完全氧化过渡金属卤化物可以是CuBr₂、CuI₂、CuCl₂、CuF₂或它们的组合。根据本发明，还可以使用其他过渡金属卤化物(完全氧化和部分氧化)。所述过渡金属卤化物可以单独使用，也可以作为碱金属卤化物的补充或与碱金属卤化物结合使用。所述碱金属卤化物可以单独使用，也可以作为过渡金属卤化物的补充或与过渡金属卤化物结合使用。阴极可进一步包括一种或多种单质和/或部分氧化过渡金属或几种单质和/或部分氧化过渡金属的混合物。所述一种或多种单质和/或部分氧化过渡金属可以作为碱金属和/或过渡金属卤化物的补充使用。所述单质过渡金属可以是单质铜。根据本发明，还可以使用其他单质过渡金属。单质过渡金属的例子包括但不限于，例如钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、锌、钇、锆、铌、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、镥、镧、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂、金、汞、锕、和/或根据本发明，镧、铋、铅、铟、锡、镓和锗也可视为单质过渡金属。所述一种或多种部分氧化过渡金属可以是一种或多种部分氧化过渡金属化合物M_yA的一种或多种成分，M为一种部分氧化过渡金属，A为一种氧化剂，y为使所述过渡金属可能处于部分氧化状态的M/A比。例如，A可以是氧、氮、硫、锑或氰化物或它们的任何组合。部分氧化过渡金属化合物包括但不限于Sc_xA、Ti_yA、Mn_yA、Fe_yA、Co_yA、Ni_yA、Cu_yA、Zn_yA，其中A可以是氧(从而形成氧化物)、氮(从而形成氮化化)、硫(从而形成硫化物)、锑(因此形成一种锑化物)或氰基(从而形成氰化物)或它们的任何组合。所述过渡金属化合物M_yA的M可以是Cu。过渡金属化合物M_yA的A可以是O，过渡金属化合物M_yA的y可大于1，在这种情况下，过渡金属化合物是一种部分氧化过渡金属化合物。过渡金属化合物M_yA可以是Cu_yO，其中y大于1，在这种情况下，过渡金属化合物为部分氧化过渡金属化合物。根据本发明，还可以采用其他完全或部分氧化过渡金属以及完全或部分氧化过渡金属化合物。所述阴极可包括多种完全或部分氧化过渡金属和/或完全或部分氧化过渡金属化合物及它们的任何组合。在组装时所述阴极在如同先前所制备的状态下，碱金属卤化物：过渡金属的摩尔比可以是大于1:0的任何比例。优选的是比例至少达到1:1。更优选的是比例达到1:1到5:1之间。