[发明专利]具有一个或多个多层电极的电化学电池

说明书

本公开的电化学电池可以包括一个或多个多层电极。每个多层电极可以被配置为使得最接近集流体的层中的活性材料具有较低的每摩尔锂化能量、较高的每摩尔脱锂能量、不同的固态扩散率，和/或不同的平均粒度。这种布置抵消了例如标准锂离子电池中存在的自然梯度场和不期望的极化。

技术领域

本公开涉及用于包括复合多孔电极的电化学装置的系统和方法。更具体地，所公开的实施方案涉及用于电池的多层电极。

背景技术

随着对化石燃料的依赖越来越不合乎期望，环境友好的能源变得越来越重要。诸如太阳能、风能等的大多数非化石燃料能源都需要某种储能部件以最大限度地发挥作用。因此，电池技术已经成为未来能量生产和分配的重要方面。与本公开最相关的是，对二次(即，可充电)电池的需求已在增加。在这些类型的电池中使用了电极材料和电解质的各种组合，例如铅酸、镍镉(nickel cadmium，NiCad)、镍金属氢化物(nickel metal hydride，NiMH)、锂离子(Li-ion)和锂离子聚合物(Li-ion聚合物)。

发明内容

本公开提供了与改善的电化学电池及其电极有关的系统、装置和方法。在一些实施方案中，电化学电池可包括第一电极，所述第一电极与第二电极通过液体可渗透分隔体分隔开；以及电解质，所述电解质大体遍及所述第一和第二电极设置；所述第一电极包括第一集流体衬底和活性材料复合物，所述活性材料复合物层铺在所述第一集流体衬底上，其中所述活性材料复合物包括：第一层，所述第一层与所述第一集流体衬底相邻并包括通过第一黏合剂黏在一起的多个第一活性材料颗粒，所述第一活性材料颗粒被配置为具有第一固态扩散率和第一每摩尔锂化自由能；第二层，所述第二层与所述液体可渗透分隔体相邻并包括多个第二活性材料颗粒，所述第二活性材料颗粒被配置为具有第二固态扩散率和第二每摩尔锂化自由能；其中所述第一固态扩散率大于所述第二固态扩散率，并且所述第一锂化自由能小于所述第二锂化自由能。

在一些实施方案中，电化学电池可包括第一电极，所述第一电极与第二电极通过液体可渗透分隔体分隔开；以及电解质，所述电解质大体遍及所述第一和第二电极设置；所述第一电极包括第一集流体衬底和活性材料复合物，所述活性材料复合物层铺在所述第一集流体衬底上，其中所述活性材料复合物包括：第一层，所述第一层与所述第一集流体衬底相邻并包括通过第一黏合剂黏在一起的多个第一活性材料颗粒，所述第一活性材料颗粒被配置为具有第一固态扩散率和第一每摩尔脱锂自由能；第二层，所述第二层与所述液体可渗透分隔体相邻并包括多个第二活性材料颗粒，所述第二活性材料颗粒被配置为具有第二固态扩散率和第二每摩尔脱锂自由能；其中所述第一固态扩散率低于所述第二固态扩散率，并且所述第一脱锂自由能大于所述第二脱锂自由能。

在一些实施方案中，电极可包括集流体衬底；以及活性材料复合物，所述活性材料复合物层铺在所述衬底上，其中所述活性材料复合物包括：第一层，所述第一层与所述集流体衬底相邻并包括多个第一活性材料颗粒，所述第一活性材料颗粒被配置为具有第一固态扩散率和第一每摩尔锂化能量；第二层，所述第二层与所述第一层相邻并包括多个第二活性材料颗粒，所述第二活性材料颗粒被配置为具有第二固态扩散率和第二每摩尔锂化能量；其中所述第一固态扩散率大于所述第二固态扩散率，并且所述第一每摩尔锂化能量小于所述第二每摩尔锂化能量。

各特征、功能和优点可以在本公开的各种实施方案中独立地实现，或者可以在另一些实施方案中组合，其更多细节可以参考以下描述和附图来看到。

附图说明

图1是说明性电化学电池的示意性截面图。

图2是具有第一说明性多层电极的电化学电池的一部分的示意性截面图，描绘了在锂化过程中接受锂离子。

图3是具有第二说明性多层电极的电化学电池的一部分的示意性截面图，描绘了在脱锂过程中释放锂离子。

图4是根据本公开多个方面的具有一个多层电极和一个均质电极的说明性电化学电池的示意性截面图。