[发明专利]用于制备电化学储能装置的固体电解质界面的系统和方法

说明书

本文描述的实施方案总体上涉及用于制备电化学储能装置的专设固体电解质界面的系统和方法。一些专设SEI层包括钝化膜，一些专设SEI层包括聚合膜，而一些SEI层包括钝化层和聚合层两者。

相关申请的交叉引用

根据35 U.S.C.119(e)，本申请要求以下优先权：2017年6月14日提交的题为“制备用于电化学储能装置的固体电解质界面的系统和方法”的美国申请第62/519,491号，通过引用将其公开内容整体并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及用于制备固体电解质界面(interphase)的系统、设备和方法，并且更具体地涉及在电化学储能装置的电极上形成专设(engineered)固体电解质界面的方法。

背景技术

随着对性能更好的电化学储能装置的需求增加，例如，对于更加持久且更稳定的装置以及具有更高存储容量和能量密度的装置，需要在电化学储能技术的某些方面加以改进以满足这些标准。

当前可获得的最主要的电化学储能技术之一是基于锂离子技术。该技术中涉及的基础电化学反应是锂离子在正电极和负电极之间的移动。从理论上讲，这种机制应该永远有效，但是由于锂离子的损失和/或装置中的某些部件的劣化，使用该技术的装置会随时间(即随着循环)损失它们的性能。大多数装置预计在数百次充电/放电循环后维持它们的初始容量的一部分。因此，需要进行改进以便通过充分防止或延缓锂离子装置中的锂损失和/或工作部件的劣化来延迟容量下降。

发明内容

本文所述的实施方案总体上涉及用于制备电化学储能装置的固体电解质界面的系统和方法。对SEI进行设计以便通过最大程度地减少气体生成和电解质分解，来最大程度地提高循环寿命以及提高装置的热稳定性。可以通过定制电解质添加剂和组分锂盐以产生功能性钝化膜和/或功能性聚合膜来形成所述专设SEI。

在一些实施方案中，电化学储能装置包括阴极，其上布置有专设固体电解质界面的预锂化阳极，布置在阴极和预锂化阳极之间的分隔体，以及包括电解质添加剂的电解质。

在一些实施方案中，电化学储能装置包括阴极，其上布置有专设固体电解质界面的预锂化阳极，该专设固体电解质界面包括钝化层和聚合层中的至少一者，布置在阴极和预锂化阳极之间的分隔体；和包括电解质添加剂的电解质。

在一些实施方案中，锂离子电容器(LiC)包含阴极，该阴极包括第一基底、第一碳和第一粘合剂，包括第二基底、第二碳和第二粘合剂的预锂化阳极，该预锂化阳极具有布置在其上的专设固体电解质界面，该专设固体电解质界面包括钝化层和聚合层中的至少一者，以及布置在该阴极和预锂阳极之间的分隔体，以及包括溶剂和电解质添加剂的电解质。

在一些实施方案中，一种形成电化学储能装置的专设固体电解质界面的方法包括：提供电解质、第一电极和第二电极，第一电极相对于第二电极而言具有过量的锂离子，向电解质中添加添加剂，以及在第一电极和第二电极上形成专设固体电解质界面。

在一些实施方案中，一种形成电化学储能装置的专设固体电解质界面的方法包括：提供电解质、第一电极和第二电极，第一电极相对于第二电极而言具有过量的锂离子，向电解质中添加第一添加剂，在第一电极和第二电极上形成第一专设固体电解质界面，向电解质中添加第二添加剂，以及在第一专设固体电解质界面上形成第二专设固体电解质界面。

在一些实施方案中，一种制造包括专设固体电解质界面的锂离子电容器(LiC)的方法包括：提供阴极，该阴极包括第一基底、第一碳和第一粘合剂，提供包括第二基底、第二碳和第二粘合剂的预锂化阳极，在阴极和预锂化阳极之间布置分隔体，添加包括溶剂和电解质添加剂的电解质，以及在阴极和预锂化阳极中的至少一者上形成专设固体电解质界面，所述专设固体电解质界面包括钝化层和聚合层中的至少一者。