[发明专利]包含金属电极的在放电状态下组装的可充电电化学电芯

说明书

本发明公开了一种可充电的电化学电芯。具体地说，本发明公开了在放电状态下组装的可充电电化学电芯，当处于放电状态时，所述电芯包含导电阳极集电器和阴极，其中阴极包含作为活性材料的金属材料。

技术领域

本发明涉及可充电电化学电芯。具体地说，本发明涉及在放电状态下组装的可充电电化学电芯，当处于放电状态时，所述电芯包含导电阳极集电器和阴极，其中阴极包含作为活性材料的金属材料。

背景技术

高性能低成本电池对许多应用都有利，例如：电动汽车或电网的储能应用。目前，市场领先的电池技术是锂离子电池技术。锂离子电池技术每年都有小幅度的改进，因此，在过去的几十年里，锂离子电池的性能得到了极大的改善。与此同时，由于规模经济的扩大，它们的生产成本一直在大幅下降。尽管这项技术越来越复杂，但情况依然如此。目前最先进的电池采用的是石墨基阳极、金属氧化物阴极和有机电解液。在商业上，优选的阴极配方是基于镍钴锰氧化物(NCM)的配方。然而，由于钴的年供应量有限，使这种阴极配方的发展前景受到了阻碍，这也是电池产量预期未来增长的一个已知的瓶颈。在商业上，优选的电解液配方是基于碳酸盐溶剂与LiPF6电解液盐的混合物。然而，这些溶剂的可燃性较高，存在着安全隐患，可能会引起电池火灾事故。此外，LiPF6电解液盐的化学稳定性较低，限制了电池的工作温度范围，使得必须对电池组进行复杂而昂贵的热管理。因此，为了改进成本和性能，我们需要一种替代的电池技术。

本发明的目的是利用现有的最先进的电池电芯来解决上述问题。本发明所公开的能量密度和速率性能可以与目前市场领先的电池电芯的性能处于相同甚至更高的水平，因此本发明公开的这些改进不会以牺牲电池性能为代价。

此外，所公开的这项新的电池化学发明的生产技术改进使电池电芯的生产更简单，更具成本效益。由于所述电化学电芯的理论能量密度可与锂离子技术的能量密度相似，因此，一个电池组所包含的电芯数量将与目前的锂离子技术相同。因此，每千瓦时电芯的制造成本预计将大大低于目前的电芯生产成本。此外，锂离子电池的电极-电解液界面由钝化层稳定，而根据本发明可使用的电解液呈惰性。因此，即使经过精心的优化，锂离子电池也只能循环使用数千次。相反，根据所述发明的某些实施例生产的电池电芯的循环寿命可以达到几个数量级的增长，类似于超级电容器的循环寿命。

综上所述，上述因素预示着本发明介绍的电池技术具有较高的商业和技术效益。因此，本发明对工商业有益。

发明内容

我们惊讶地发现，在构建可充电电池时，阴极可以使用金属材料，例如：金属箔。此外，我们还惊讶地发现，在构建可充电电池时，两个电极都可以使用金属材料，例如：金属箔。此外，我们还惊讶地发现，在构建可充电电池时，两个电极可以使用相同的金属材料。此外，我们还惊讶地发现，在构建可充电电池时，两个电极都可以使用铜箔。此外，我们还惊讶地发现，在构建可充电电池时，两个电极可以只使用多孔金属，例如：多孔铜箔。

根据本发明，此处描述了一种可充电电化学电芯。所述电化学电芯可至少包含阳极集电器、阴极集电器和电解液，电解液可至少部分位于阴极集电器和阳极集电器之间。所述电化学电芯还可以进一步包含阴极和阳极集电器之间的隔膜。所述电化学电芯还可以进一步包含一个或多个载荷子或集电器。所述电化学电芯还可以进一步包含外壳。所述电化学电芯可以处于带电状态、放电状态或中间状态。