单层参比电极的制作方法

本公开涉及单层参比电极和包括它的电化学电池，以及制造和使用它的方法。

背景技术：

1、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。

2、需要先进的储能设备和系统以满足各种产品的能量和/或电力需求，所述产品包括汽车产品例如启停系统(例如12v启停系统)、电池组辅助系统、混合动力电动汽车(″hev″)和电动汽车(″ev″)。典型的锂离子电池组包括至少两个电极和电解质和/或隔离件。所述两个电极中的一个可以充当正电极或阴极以及另一个电极可以充当负电极或阳极。填充有液体或固体电解质的隔离件可以设置于所述负电极和正电极之间。所述电解质适合在所述电极之间传导锂离子并且类似于所述两个电极可以是固体和/或液体形式和/或其杂合体。在包括固态电极和固态电解质(或固态隔离件)的固态电池组的情况中，所述固态电解质(或固态隔离件)可以将所述电极物理隔离从而不需要单独的隔离件。

3、在各个方面中，可能希望在循环期间对电池组或电池组的某些部件实施电化学分析。在许多情况中，例如，参比电极使得能够在循环期间监测单独电位(individualpotentials)而不干扰电池组运作。常见的参比电极基材包括例如使用溅射方法设置在隔离件基材的一个或多个表面上的导电涂层或集流体层，和设置在导电涂层的远离隔离件基材的表面上的电活性材料层(包括例如lifepo4(lfp))。所述集流体层通常是无孔但可透过的金膜。此类参比电极通常是昂贵的并且需要复杂的制造方法(包括例如两步制造方法)。因此，将希望开发能够解决这些挑战的改善的参比电极材料和结构，以及用于制造它们的方法。

技术实现思路

1、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。

2、本公开涉及单层参比电极和包括它的电化学电池，以及制造和使用它的方法。

3、在各个方面中，本公开提供了用于电化学电池的参比电极组合体。所述参比电极组合体可以包括多孔隔离件和设置在所述多孔隔离件表面上的连续电活性材料层。所述电活性材料层可以包含电活性材料和导电材料。

4、在一方面中，所述电活性材料层可以包含大于或等于约20重量％至小于或等于约80重量％的所述电活性材料和大于或等于约20重量％至小于或等于约80重量％的所述导电材料。

5、在一方面中，所述电活性材料可以选自：lifepo4(lfp)、锂-铝合金、锂-锡合金、及其组合。

6、在一方面中，所述导电材料可以选自：炭黑、碳纳米管、石墨、金属纳米-微米颗粒(metal nano-micro particles)、及其组合。

7、在一方面中，所述导电材料可以是第一导电材料，并且所述参比电极可以进一步包含第二导电材料。

8、在一方面中，所述第一和第二导电材料可以独立地选自：炭黑、碳纳米管、石墨、金属纳米-微米颗粒、及其组合。

9、在一方面中，所述第一导电材料可以包括碳纳米管，和所述第二导电材料可以选自炭黑、石墨、金属纳米-微米颗粒及其组合。

10、在一方面中，所述参比电极组合体可以具有大于或等于约500纳米至小于或等于约10微米的平均厚度。

11、在一方面中，可以使用一步法将所述连续电活性材料层设置到所述隔离件的表面上，所述一步法选自旋涂(spin-coating)、电极浇注(electrode casting)、喷墨印刷(ink-jet printing)和喷涂(spray-coating)。

12、在一方面中，所述电活性材料的负载密度可以为大于或等于约0.01mah/cm2至小于或等于约0.1mah/cm2。

13、在各个方面中，本公开提供了电化学电池，其包括第一集流体；设置在所述第一集流体的表面上或附近的正极电活性材料层，所述正极电活性材料层包含第一电活性材料并具有大于或等于约2mah/cm2的第一负载密度；第一隔离件，其设置在与所述第一集流体相对的所述正极电活性材料层的表面上或附近；参比电活性材料层，其设置在与所述正极电活性材料相对的所述第一隔离件的表面上，所述参比电活性材料层包含第二电活性材料和导电材料并具有大于或等于约0.01mah/cm2至小于或等于约0.1mah/cm2的第二负载密度；第二隔离件，其设置在与所述第一隔离件相对的所述参比电活性材料层的表面上；负极电活性材料层，其设置在与所述参比电活性材料层相对的所述第二隔离件的表面上或附近，所述负极电活性材料层包含第三电活性材料并具有大于或等于约2mah/cm2的第三负载密度；和第二集流体，其设置在与所述第二隔离件相对的所述负极电活性材料层的表面上或附近。

14、在一方面中，所述第二电活性材料可以是参比电活性材料，其选自：lifepo4(lfp)、锂-铝合金、锂-锡合金、及其组合。

15、在一方面中，所述导电材料可以选自：炭黑、碳纳米管、石墨、金属纳米-微米颗粒、及其组合。

16、在一方面中，所述导电材料可以是第一导电材料，并且所述参比电极可以进一步包含第二导电材料。

17、在一方面中，所述第一和第二导电材料可以独立地选自：炭黑、碳纳米管、石墨、纳米-微米颗粒、及其组合。

18、在一方面中，所述第一导电材料可以包括碳纳米管，并且所述第二导电材料可以选自：炭黑、石墨、金属纳米-微米颗粒、及其组合。

19、在一方面中，所述参比电活性材料层可以包含大于或等于约20重量％至小于或等于约80重量％的所述第二电活性材料。所述正极电活性材料层可以包含大于或等于约70重量％至小于或等于约98重量％的所述第一电活性材料。所述正极电活性材料层可以包含比所述参比电活性材料中的所述第二电活性材料的量大的量的所述第一电活性材料。所述负极电活性材料层包含大于或等于约70重量％至小于或等于约98重量％的所述第三电活性材料。所述负极电活性材料层可以包含比所述参比电活性材料中的所述第二电活性材料的量大的量的所述第三电活性材料。

20、在各个方面中，本公开提供了电化学电池，其包括第一隔离层、第二隔离层和连续电活性材料层，所述连续电活性材料层设置在所述第一和第二隔离层之间并与所述第一和第二隔离层二者接触。所述电活性材料层可以包含电活性材料和导电材料并且可以具有大于或等于约0.01mah/cm2至小于或等于约0.1mah/cm2的第一负载密度。

21、在一方面中，所述电化学电池可以进一步包括正电极组合体，所述正电极组合体设置在与所述连续电活性材料层相对的所述第一隔离层的暴露表面附近。所述正电极组合体可以包括正极电活性材料层和第一集流体。所述正极电活性材料层可以具有大于或等于约2mah/cm2的第二负载密度并且可以设置在所述第一集流体和所述第一隔离层的所述暴露表面之间。

22、在一方面中，所述电化学电池可以进一步包括负电极组合体，所述负电极组合体设置在与所述连续电活性材料层相对的所述第二隔离层的暴露表面附近。所述负电极组合体可以包括负极电活性材料层和第二集流体。所述负极电活性材料层可以具有大于或等于约2mah/cm2的第三负载密度并且可以设置在所述第二集流体和所述第二隔离层的所述暴露表面之间。

23、其它适用领域由本文中提供的描述将变得显而易见。本概述中的描述和具体例子仅意在进行说明并且无意限制本公开的范围。