电解质和电极结构的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用 本申请要求2014年12月10日提交的美国临时专利申请系列号62/090, 200的权益， 其经此引用W其全文并入本文。
技术领域
[0002] 本发明设及裡基电池。更具体地，本发明设及裡基电池的电解质和电极结构。
【背景技术】
[0003] 二次或可再充电的裡电池通常用于许多固定和便携设备，如在消费型电子产品、 汽车和航空航天工业中遇到的那些。出于多种原因，包括相对高的能量密度、与其它类型的 可再充电电池相比时通常不会出现任何记忆效应、相对低的内电阻W及不使用时的低自放 电率，裡类电池已经得W普及。裡电池在其整个有效寿命中进行反复功率循环的能力使其 成为有吸引力和可靠的电源。
【发明内容】
[0004] 示例性电解质包含溶剂、裡盐和可溶于溶剂的膜前体。该可溶于溶剂的膜前体选自 (Xiz巧i-(P2S5)m_(YX2)n，其中l、m和n各自> 0,但l、m或n的至少两个〉0，Y是至少一 种选自Ge、Si和Sn的元素，并且X是至少一种选自S、Se和Te的元素。
[0005] 因此，本发明公开了 W下技术方案： 方案1.电解质，其包含： 溶剂； 裡盐讯 可溶于溶剂的膜前体，其选自（Liz巧1-任2苗)。-灯X2)。，其中l、m和n各自> 0,但l、m 或n的至少两个〉0, Y是至少一种选自Ge、Si和Sn的元素，并且X是至少一种选自S、Se 和Te的元素。
[0006] 方案2.如方案1中所限定的电解质，其中： 当Y = Ge时，GeXz由此为Zintl团簇，X选自S、Se和Te。
[0007] 方案3.如方案1中所限定的电解质，其进一步包含选自有机硫、有机横酸盐、有 机横内醋及其组合的有机含硫添加剂。
[000引方案4.如方案1中所限定的电解质，其中： 所述溶剂选自1，3-二氧戊环、二甲氧基乙烧、四氨巧喃、2-甲基四氨巧喃、1，2-二乙氧 基乙烧、乙氧基甲氧基乙烧、四乙二醇二甲酸（TEGDME)、聚乙二醇二甲酸（PEGDME)及其混 合物讯 所述裡盐选自双氣甲基横酷）亚胺裡（LiN(CF3S02)2或LiTFSI)、LiN03、LiPFe、 LiBF*、Lil、LiBr、LiSCN、LiCl04、LiAlCl*、LiB(C204)2 (LiBOB)' LiB(CeHs)A' LiBF2(C204) (Li孤FB)、LiN(S02巧2 (LiFSI)、LiPFs(CzFs)S (LiFAP)、LiPF4(CF3)2、LiPF4(C204) (LiFOP)、 LiPFs (CF3) 3、LiSOsCFs、LiCFsSOs、LiAsFe及其组合。
[0009] 方案5.如方案I中所限定的电解质，其中： 所述溶剂选自碳酸亚乙醋、碳酸亚丙醋、碳酸亚下醋、碳酸氣代亚乙醋、碳酸二甲醋、碳 酸二乙醋、碳酸甲乙醋、甲酸甲醋、乙酸甲醋、丙酸甲醋、丫-下内醋、丫-戊内醋、1,2-二甲 氧基乙烧、1，2-二乙氧基乙烧、乙氧基甲氧基乙烧及其组合；和 所述裡盐选自双氣甲基横酷）亚胺裡（LiN(CF3S〇2)2或LiTFSI)、LiN〇3、LiPFe、 LiBF*、Lil、LiBr、LiSCN、LiCl〇4、LiAlCl*、LiB(C2〇4)2 (LiBOB)' LiB(CeHs)A' LiBF2(C2〇4) (Li孤FB)、LiN(S〇2巧2 (LiFSI)、LiPFs(CzFs)S (LiFAP)、LiPF4(CF3)2、LiPF4(C2〇4) (LiFOP)、 LiPFs (CF3) 3、LiSOsCFs、LiCFsSOs、LiAsFe及其组合。
[0010] 方案6.电极结构，其包含： 包含活性材料的电极；和 在所述电极的表面上形成的裡传导性固体电解质界面（SEI)层，所述裡传导性SEI层 由选自化i2S)r化Ss)m-灯X2)。的膜前体形成，其中l、m和n各自> 0,但l、m或n的至少 两个〉0, Y是至少一种选自Ge、Si和Sn的元素，并且X是至少一种选自S、Se和Te的元 素。
[0011] 方案7.如方案6中所限定的电极结构，其中： 当Y = Ge时，GeXz由此为Zintl团簇，X选自S、Se和Te。
[0012] 方案8.如方案6中所限定的电极结构，其中所述裡传导性SEI层进一步包含选自 有机硫、有机横酸盐、有机横内醋及其组合的有机含硫添加剂。
[0013] 方案9.如方案6中所限定的电极结构，其进一步包含在所述裡传导性SEI层上形 成的有机膜，所述有机膜包含选自有机硫、有机横酸盐、有机横内醋及其组合的有机含硫组 分。
[0014] 方案10.在电极的表面上制造裡传导性固体电解质界面（SEI)层的方法，所述方 法包括： 在电化学电池中使所述电极暴露于电解质，所述电解质包含： 溶剂； 裡盐讯 可溶于溶剂的膜前体，其选自（Liz巧1-任2苗)。-灯X2)。，其中l、m和n各自> 0,但l、m 或n的至少两个〉0, Y是至少一种选自Ge、Si和Sn的元素，并且X是至少一种选自S、Se 和Te的元素。
[001引方案11.如方案10中所限定的方法，其中： 当Y = Ge时，GeXz由此为Zintl团簇，X选自S、Se和Te。
[0016] 方案12.如方案10中所限定的方法，进一步包括向所述电化学电池施加电压。
[0017] 方案13.如方案10中所限定的方法，进一步包括在使所述电极暴露于所述电解 质之前预裡化所述电极。
[001引方案14.如方案10中所限定的方法，其中： 所述电极是负极； 所述电化学电池是包括正极的全电池组电池；和 所述方法进一步包括使所述正极暴露于所述电解质，由此在所述正极的表面上形成第 二裡传导性固体电解质界面（SEI)层。
[0019] 方案15.裡基电池，其包含： 负极； 正极； 位于所述负极与所述正极之间的隔膜；和 浸泡各正极、负极和隔膜的电解质溶液，其中所述电解质溶液包含： 溶剂； 裡盐讯 可溶于溶剂的膜前体，其选自（Liz巧i-(P2S5)m-灯X2)。，其中l、m和n各自> 0,但l、m 或n的至少两个〉0, Y是至少一种选自Ge、Si和Sn的元素，并且X是至少一种选自S、Se 和Te的元素。
[0020] 方案16.如方案15中所限定的裡基电池，其中： 当Y = Ge时，GeXz由此为Zintl团簇，X选自S、Se和Te。
[0021] 方案17.如方案15中所限定的裡基电池，其中： 所述负极包含选自裡、裡合金、娃、娃合金、石墨、锡、锡合金、錬和錬合金的活性材料； 和 所述正极包含硫基活性材料。
[0022] 方案18.如方案17中所限定的裡基电池，其进一步包含在所述负极的表面上形 成的裡传导性固体电解质界面（SEI)层，所述裡传导性SEI层由所述可溶于溶剂的膜前体 形成。
[0023] 方案19.如方案15中所限定的裡基电池，其中： 所述负极包含选自裡、裡合金、娃、娃合金、石墨、锡、锡合金、錬和錬合金的活性材料； 和 所述正极包含选自裡基材料和非裡金属氧化物材料的活性材料。
[0024] 方案20.如方案19中所限定的裡基电池，其进一步包含在所述负极的表面上形 成的第一裡传导性固体电解质界面（SEI)层，所述第一裡传导性SEI层由所述可溶于溶剂 的膜前体形成，且进一步包含在所述正极的表面上形成的第二裡传导性固体电解质界面 (SEI)层，所述第二裡传导性沈I层由所述可溶于溶剂的膜前体形成。
[00巧]【附图说明】 本公开的实例的特征通过参照W下【具体实施方式】和附图将变得明显，其中同样的附图 标记对应于类似(尽管可能并不相同）的组件。为了简洁起见，具有先前描述的功能的附图 标记或特征可W结合或不结合它们出现在其中的其它附图进行描述。
[0026] 图1是在负极的表面上形成的裡传导性固体电解质界面（SEI)层的横截面示意 图； 图2是具有在负极表面上形成的沈I层的裡硫电池的横截面示意图； 图3是具有在负极和正极各自的表面上形成的沈I层的裡金属电池的横截面示意图； 图4是图解对比例电池和包含本文中公开的不同电解质的两种不同的实施例电池的 库仑效率的图； 图5是图解对比例电池和包含本文中公开的不同电解质的两种不同的实施例电池的 容量保持率(左侧Y轴）和库仑效率(右侧Y轴）的图；和 图6A-抓在强度I (W任意单位）和结合能邸Kev为单位）的坐标上显示用该SEI 的X-射线光电子能谱采集的结果的绘图，其中图6A和6C分别对应F Is电子和Li Is电 子，图她和抓分别对应C Is电子和S Is电子，图6A-她对应正极，且图6C-抓对应负极。
【具体实施方式】
[0027] 裡基电池通常通过在负极(有时称为阳极）和正极(有时称为阴极）之间可逆地传递裡 离子来运行。该负极和正极位于浸有适于传导裡离子的电解质溶液的多孔聚合物隔膜的相 对两侧。在充电过程中，裡离子嵌入(例如插层、合金化等等巧Ij负极中，且在放电过程中，裡 离子从负极中抽出。各个电极还与各自的集流体相关联，该集流体通过可断开的外电路连 接，该外电路允许电流在负极与正极之间通过。裡基