[发明专利]用于锂或钠金属电极的陶瓷涂层

说明书

本申请涉及用于锂或钠金属电极的陶瓷涂层。提供了一种电极，其包含电极活性材料和涂覆至少一部分所述电极活性材料的中孔膜。所述中孔膜涂覆至少一部分所述电极活性材料并包含M₂SiO₃、MAlO₂、M₂O‑Al₂O₃‑SiO₂或其组合，其中M为锂(Li)、钠(Na)或其组合。还提供了制造所述电极的方法。

技术领域

本申请涉及具有陶瓷涂层的锂或钠金属电极，包括所述电极的电池和制备所述电极的方法。

背景技术

本部分提供了与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。

电化学能量存储装置，例如锂离子蓄电池(batteries)，可用于各种产品中，包括汽车产品，例如起停系统(例如12V起停系统)，蓄电池辅助系统(μBAS)，混合动力电动车辆(HEV)和电动车辆(EV)。典型的锂离子蓄电池包括两个电极、隔离件和电解质。锂离子蓄电池还可包括各种端子和封装材料。在电化学电池(cells)中，例如在锂金属蓄电池中，两个电极中的一个充当正电极或阴极，另一个电极(由金属组成)充当负电极或阳极。常规可再充电锂金属蓄电池通过在负电极和正电极之间可逆地来回传递锂离子来工作。例如，锂离子可在蓄电池充电期间从正电极移动到负电极，并在蓄电池放电时以相反方向移动。隔离件和/或电解质可设置在负电极和正电极之间。电解质适于在电极之间传导锂离子(或在钠金属蓄电池的情况下传导钠离子)并且与两个电极一样可以是固体形式、液体形式或固-液混杂形式。在固态蓄电池的情况中，该固态蓄电池包括设置在固态电极之间的固态电解质，所述固态电解质物理地隔开电极从而不需要单独的隔离件。

锂金属蓄电池通常包括具有包含过渡金属的活性材料(例如LiMnO₂)的阴极、锂金属阳极、设置在阴极和阳极之间的隔离件、和设置在阴极和阳极之间(包括在隔离件内)的液体电解质。示例性的液体电解质是在碳酸酯基有机溶剂中的LiPF₆。在循环期间，液体电解质的分解产物在阳极表面上形成称为固体电解质界面(solid electrolyteinterphase，SEI)的钝化层。一些SEI促进了适当的锂离子到阳极表面的传输。然而，在循环期间发生的阳极中的体积变化可能导致在SEI中形成间隙，其暴露了锂金属表面。随着锂离子迁移到金属表面，SEI变成苔状(mossy)，其表面积增加，并且可能形成枝晶(dendrites)。这种苔状SEI增加了电池的阻抗并降低了循环效率和循环寿命。此外，枝晶可以生长到接触阴极并产生短路。

此外，尤其是在约40℃至约60℃的升高的温度，电解质中的水可与LiPF₆反应生成HF、LiF和H₃PO₄。HF可以与阴极活性材料反应，引起过渡金属离子(例如Mn²⁺)的释放。这种过渡金属离子释放现象被称为过渡金属溶解。作为过渡金属溶解的结果，过渡金属离子可以沉淀回到阴极上或者迁移并变得沉积到阳极上，导致阴极活性材料损失、容量衰减、破坏固体电解质界面层和/或阻碍锂离子嵌入到负电极中。

为了防止过渡金属溶解，已经用陶瓷材料SiO₂和Al₂O₃涂覆隔离件以清除HF。SiO₂和Al₂O₃与HF反应分别生成水合物SiF₄‧XH₂O和AlF₃‧XH₂O。然而，在升高的温度下，水分子从所述水合物释放，促进LiPF₆的进一步水解。因此，需要用于金属阳极的保护涂层，所述涂层防止或最小化苔状SEI和枝晶的形成并且最小化、抑制或防止循环期间的阻抗增加。

发明内容

本部分提供了本公开的一般概述，而不是其全部范围或其所有特征的全面公开。