小于或等于 100nm，小于或等于50nm，小于或等于25nm，小于或等于10nm。在特定实施方案中，离子传导 层的厚度可以大于或等于l〇nm，大于或等于25nm，大于或等于50nm，大于或等于100nm，大 于或等于250nm，大于或等于500nm，大于或等于lOOOnm，或大于或等于1500nm。其它厚度也 是可能的。上述范围的组合也是可能的（例如厚度大于或等于l〇nm且小于或等于500nm)。 其它厚度也是可能的。在一些情况下，离子传导层具有与多层结构中的聚合物层相同的厚 度。
[0182] 离子传导层可以通过任何合适的方法沉积，例如溅射、电子束蒸发、真空热蒸发、 激光消融、化学气相沉积（CVD)、热蒸发、等离子促进的化学气相沉积（PECVD)，激光促进的 化学气相沉积，以及喷射蒸气沉积。所用的技术可以取决于要沉积的材料的类型、层厚度 等。
[0183] 在一些实施方案中，离子传导材料是非聚合物的。在特定实施方案中，离子传导材 料是部分或全部被对锂离子（或其它离子）具有高传导性且对电子具有最小传导性的层 限定。换句话说，可以选择离子传导材料以允许特定的离子、例如锂离子穿过此层，但是阻 碍电子穿过此层。在一些实施方案中，离子传导材料形成允许仅仅单种离子物质穿过的层 (即此层可以是单离子传导层）。在其它实施方案中，离子传导材料可以基本上传导电子。
[0184] 在一组实施方案中，离子传导层是陶瓷层、玻璃层或玻璃-陶瓷层，例如能传导离 子（例如锂离子）的离子传导玻璃。对于锂金属和其它含锂的电极，离子传导层可以是锂 化的或含有锂以允许锂离子从中穿过。离子传导层可以包括含有以下物质的层，例如氮 化锂，硅酸锂，硼酸锂，铝酸锂，磷酸铝，氧基氮化锂磷，硅硫化锂，锗硫化锂，氧化锂（例如 Li20,LiO,Li02,LiR02，其中R是稀土金属），氧化锂镧，氧化锂钛，硼硫化锂，错硫化锂，磷硫 化锂，以及它们的组合。离子传导材料的选择将取决于许多因素，包括但不限于在电池中使 用的电解质和阴极的性能。
[0185] 离子传导层可以使用基于等离子转化的技术、电子束蒸发、磁电管溅射、化学气相 沉积和任何其它合适的形成技术、沉积技术和/或任何合适的组合形成。或者，电活性材料 层可以在合适的条件下暴露于气体，例如氮气，从而与电活性材料在电活性材料层的表面 上反应形成离子传导层。
[0186] 所述转化和/或沉积方法可以在任何合适的温度和压力下进行。但是，在一些实 施方案中，此方法在比下层基材的熔融温度更低的温度下进行。在一些实施方案中，温度 可以例如是低于180°C，低于150°C，低于120°C，低于100°C，低于80°C，低于60°C，或低于 40°C。在特定实施方案中，温度可以是高于40°C，高于60°C，高于80°C，高于100°C，高于 120°C，或高于150°C。其它温度也是可能的。上述范围的组合也是可能的。
[0187] 离子传导材料层的厚度可以在例如约lnm-10微米的范围内变化。例如，离子传导 材料层的厚度可以是l-l〇nm厚，10-100nm厚，100-1000nm厚，1-5微米厚，或5-10微米厚。 在一些实施方案中，离子传导材料层的厚度可以例如是不大于10微米厚，不大于5微米厚， 不大于lOOOnrn厚，不大于500nm厚，不大于250nm厚，不大于100nm厚，不大于50nm厚，不大 于25nm厚，或不大于10nm厚。在特定实施方案中，离子传导材料层的厚度可以大于10nm， 大于25nm，大于50nm，大于lOOnm，大于250nm，大于500nm，大于lOOOnm，或大于1500nm。其 它厚度也是可能的。上述范围的组合也是可能的。在一些情况下，离子传导层具有与多层 结构中的聚合物层相同的厚度。
[0188] 离子传导层可以通过任何合适的方法沉积，例如溅射、电子束蒸发、真空热蒸发、 激光消融、化学气相沉积（CVD)、热蒸发、等离子促进的化学气相沉积（PECVD)，激光促进的 化学气相沉积，以及喷射蒸气沉积。所用的技术可以取决于要沉积的材料的类型、层厚度 等。
[0189] 除了图1所示的结构之外，电化学电池可以包括这样的结构，其包含一个或多个 含所述聚合物的层和/或一个或多个离子传导材料层，所述离子传导材料层位于电活性材 料的活性表面和电池的相应电解质之间。一个或多个含所述聚合物和/或一个或多个离子 传导材料的层可以形成本文所述的多层结构。
[0190] 多层结构的一个优点包括此结构的机械性能。聚合物层与离子传导层相邻的位置 可以减少离子传导层断裂的倾向，可以提高此结构的阻隔性能。因此，与不含聚合物夹层的 结构相比，这些层压材料或复合材料结构可以更耐受由于生产期间的处理导致的应力。另 外，多层结构也可以具有提高的抗体积变化性能，所述体积变化伴随着在电池放电和充电 循环期间的锂从阳极的来回迀移。
[0191]对应于这种实施方案的一种结构参见图2A。在所示的实施方案中，制品10包括阳 极15,其含有电活性层20。电活性层含有电活性材料（例如锂金属）。在特定实施方案中， 电活性层被保护结构30覆盖。如在说明性实施方案中所示，结构30位于电活性层20上， 并且是多层结构，其包括至少第一离子传导材料层30b和至少第一层30a，层30a是从一种 或多种本文所述聚合物形成的或包含一种或多种本文所述聚合物，并且与离子传导材料相 邻。在此实施方案中，多层结构可以任选地包括几组交替的离子传导材料层30a和层30b。 多层结构可以允许例如锂离子的通过，同时限制可能会不利影响阳极的特定化学物质的通 过（例如在电解质中的物质）。这种安排可以提供显著的优点，这是因为可以选择聚合物以 在最需要的地方赋予体系以挠性，即在充电和放电期间出现形态变化的电极表面上。
[0192]在其它实施方案中，如图2B所示，电活性层可以被从单层30b形成的结构30覆 盖。层30b可以从一种或多种本文所述聚合物形成或包含一种或多种本文所述聚合物，并 且可以位于电活性层的活性表面20'上。
[0193] 多层结构可以具有各种总厚度，这可以取决于例如电解质、阴极或电化学电池的 具体用途。在一些情况下，多层结构的总厚度可以是小于或等于1_，小于或等于700微米， 小于或等于300微米，小于或等于250微米，小于或等于200微米，小于或等于150微米，小 于或等于100微米，小于或等于75微米，小于或等于50微米，小于或等于20微米，小于或 等于10微米，小于或等于5微米，或者小于或等于2微米。在特定实施方案中，多层结构的 厚度可以是大于l〇〇nm，大于250nm，大于500nm，大于1微米，大于2微米，大于5微米，大于 10微米，或大于20微米。其它厚度也是可能的。上述范围的组合也是可能的。
[0194] 多层结构的例子更详细地参见美国专利申请系列号No. : 11/400, 025,作为美国 专利No. 7, 771，870发布，题目是"在含水和非含水电化学电池中的电极保护，包括可充电 的锂电池"，将其全部内容引入本文供参考。
[0195] 如图3所示的实施方案所示，制品10可以与其他组分引入以形成电化学电池12。 电化学电池可以任选地包含与电解质相邻或位于电解质内的分隔剂50。电化学电池还可以 包括阴极60,其含有阴极活性材料。与上述相似，保护结构30可以在电活性层20和电解质 层40和阴极60之间引入。在图3的示例性实施方案中，保护结构30可以包含多个离子传 导层30a和层30b。离子传导层30a和层30b是按照交替方式排列的。层30b可以从一种 或多种本文所述聚合物组合物形成，或包含一种或多种本文所述聚合物组合物。虽然显示 了四个单独的层，但是应当理解的是可以使用任何合适数目的所需层（例如5、6、7、8个单 独的层）。
[0196] 在一组实施方案中，电活性层20包含锂（例如锂金属）。但是，本文公开内容不限 于这里具体公开的活性金属。相反，应当视为公开了可用于不同化学机理的任何数目的电 化学电池中的保护结构。
[0197] 在另一组实施方案中，如图3所示，电解质层40可以含有从本文所述聚合物形成 的聚合物凝胶。如本领域技术人员所公知，当将溶剂加入聚合物中并且聚合物在溶剂中溶 胀形成凝胶时，聚合物凝胶比不含溶剂的聚合物更容易变形（因此具有较低的屈服强度）。 特定聚合物凝胶的屈服强度可以取决于多种因素，例如聚合物的化学组成，聚合物分子量， 聚合物交联度（如果有的话），聚合物凝胶层的厚度，用于溶胀聚合物的溶剂的化学组成， 在聚合物凝胶中的溶剂量，加入聚合物凝胶中的任何添加剂例如盐，任何这种添加剂的浓 度，以及在聚合物凝胶中任何阴极放电产物的存在。
[0198] 在一些实施方案中，聚合物凝胶是通过至少一部分聚合物在溶剂中溶胀以形成凝 胶而形成的。这些聚合物可以在任何合适的溶剂中溶胀。溶剂可以例如包括二甲基乙酰 胺（DMAc)，N-甲基吡咯烷酮（NMP)，二甲基亚砜（DMSO)，二甲基甲酰胺（DMF)，环丁砜，砜， 和/或任何其它合适的溶剂。在特定实施方案中，聚合物可以在溶剂混合物中溶胀，所述 溶剂混合物含有对聚合物具有亲合性的溶剂以及对聚合物不具有亲合性的溶剂（所谓的 非溶剂），例如PVOH，1，2-二甲氧基乙烷（DME)，二甘醇缩甲醚，三甘醇二甲醚，1，3-二氧戊 环（DOL)，THF，1，4-二5恶烧，环状和直链醚，酯（碳酸醋，例如碳酸二甲基酯和碳酸亚乙基 酯），缩醛和缩酮。用于制备聚合物凝胶的溶剂可以选自这里所述的溶剂，和可以包含电解 质盐，包括选自这里所述锂盐的那些锂盐。
[0199] 在一些实施方案中，聚合物层（例如保护聚合物层或聚合物凝胶层）和/或电解 质可以包含一种或多种离子性电解质盐（例如溶解的离子盐），也是本领域公知的，从而提 高离子传导性。离子性电解质盐的例子包括但不限于LiTFSI，LiFSI，Lil，LiPF6,LiAsF6， LiBOB，它们的衍生物，以及其它合适的盐。在一些实施方案，聚合物层含有具有含锂基团的 聚合物，例如这里描述的锂盐（例如在一个或多个其R基团中，例如&和/或R2)。
[0200] 聚合物层的凝胶态离子传导率（即当被电解质溶胀时的材料的离子传导率可以 在例如约1(T7至l(T3S/cm的范围内。在一些实施方案中，凝胶态离子传导率可以例如是小 于或等于l(T3S/cm，小于或等于l(T4S/cm，小于或等于l(T5S/cm。在特定实施方案中，凝胶态 离子传导率可以大于或等于l(T7S/cm，大于或等于l(T6S/cm，大于或等于l(T5S/cm，或大于或 等于1(T4S/Cm。上述范围的组合也是可能的（例如凝胶态离子传导率是大于或等于1(TS/ cm且小于或等于1(T3S/Cm)。其它凝胶态离子传导率也是可能的。
[0201] 如图3所示，电化学电池或用于电化学电池中的制品可以包含阴极活性材料层。 合适的用作电化学电池阴极中的阴极活性材料的合适电活性材料可以包括但不限于电活 性过渡金属硫属化物，电活性导电聚合物，硫，碳，和/或它们的组合。这里使用的术语"硫 属化物"表示含有一个或多个氧、硫和硒元素的化合物。合适的过渡金属硫属化物的例子包 括但不限于选自以下的过渡金属的电活性氧化物、硫化物和硒化物：Mn,V，Cr,Ti,Fe,Co,Ni ，Cu，Y，Zr，Nb，Mo,Ru，Rh，Pd，Ag，Hf，Ta，W，Re,Os，和Ir。在一个实施方案中，过渡金属硫属 化物是选自镍、锰、钴和钒的电活性氧化物，以及铁的电活性硫化物。在一个实施方案中，阴 极包含一种或多种以下材料：二氧化锰，碘，铬酸银，氧化银和五氧化钒，氧化铜，氧基磷酸 铜，硫化铅，硫化铜，硫化铁，铋酸铅，三氧化铋，二氧化钴，氯化铜，二氧化锰，以及碳。在另 一个实施方案中，阴极活性层含有电活性导电层。合适的电活性导电聚合物的例子包括但 不限于电活性和导电聚合物，选自聚吡略、聚苯胺、聚苯、聚噻吩和聚乙炔。导电聚合物的例 子包括聚吡咯、聚苯胺和聚乙炔。
[0202] 在一些实施方案中，用作所述电化学电池中的阴极活性材料的电活性材料包括电 活性含硫材料。这里使用的"电活性含硫材料"涉及阴极活性材料，其含有任何形式的元 素硫，其中电化学活性涉及硫原子或结构部分的氧化或还原。用于本发明的电活性含硫材 料的性质可以在宽范围内变化，如本领域公知。例如，在一个实施方案中，电活性含硫材料 含有元素硫。在另一个实施方案中，电活性含硫材料含有元素硫和含硫聚合物的混合物。 因此，合适的电活性含硫材料可以包括但不限于元素硫以及含有硫原子和碳原子的有机材 料，其可以是聚合物或不是聚合物。合适的有机材料包括还含有杂原子的那些，导电聚合物 链段，复合材料，以及导电聚合物。
[0203] 用作所述电化学电池中的阳极活性材料的合适电活性材料包括但不限于锂金属， 例如锂箔和沉积在导电基材上的锂，以及锂合金（例如锂-铝合金和锂-锡合金）。虽然这 些是优选的材料，但是也可以考虑其他电池化学机制。在一些实施方案中，阳极可以含有一 种或多种粘合剂材料（例如聚合物等）。
[0204] 这里所述的制品可以还包含基材，如本领域公知。基材用作载体，在其上沉积阳极 活性材料，并且可以提供在电池制造期间处理薄锂膜阳极的额外稳定性。另外，在导电基材 的情况下，基材也可以作为电流收集器用于有效地收集经由阳极产生的电流和提供对于朝 向外部电路的电接触联接的有效表面。宽范围的基材是在阳极领域中公知的。合适的基材 包括但不限于选自以下的那些：金属箔，聚合物膜，金属化聚合物膜，导电聚合物膜，具有导 电涂层的聚合物膜，具有导电金属涂层的导电聚合物膜，以及在其中分散有导电粒子的聚 合物膜。在一个实施方案中，基材是金属化聚合物膜。在其它实施方案中，如下文详述，基 材可以选自非导电性材料。
[0205] 用于电化学电池或电池组中的电解质可以用作用于储存和输送离子的介质，和在 特别是固体电解质和凝胶电解质的情况下，这些材料可以另外用作在阳极和阴极之间的分 隔剂。可以使用任何能储存和输送离子的液体、固体或凝胶材料，只要此材料能促进在阳极 和阴极之间的离子输送（例如锂离子）即可。电解质是非导电的，从而防止在阳极和阴极 之间的短路。在一些实施方案中，电解质可以含有非固体的电解质。
[0206] 在一些实施方案中，这里所述的电解质层的厚度可以是至少1微米，至少5微米， 至少10微米，至少15微米，至少20微米，至少25微米，至少30微米，至少40微米，至少50 微米，至少70微米，至少100微米，至少200微米，至少500微米，或至少1毫米。在一些实 施方案中，电解质层的厚度是小于或等于1_，小于或等于500微米，小于或等于200微米， 小于或等于100微米，小于或等于70微米，小于或等于50微米，小于或等于40微米，小于 或等于30微米，小于或等于20微米，小于或等于10微米，或者小于或等于5微米。其它值 也是可能的。上述范围的组合也是可能的。
[0207] 电解质可以含有一种或多种离子性电解质盐以提供离子传导性，和含有一种或多 种液体电解质溶剂、凝胶聚合物材料、或聚合物材料。合适的非水性电解质可以包括有机电 解质，其包含选自以下的一种或多种材料：液体电解质，凝胶聚合物电解质，以及固体聚合 物电解质。有用的非水性液体电解质溶剂的例子包括但不限于非水性有机溶剂，例如N-甲 基乙酰胺、乙腈、缩醛、缩酮、酯、碳酸酯、砜、亚硫酸盐、环丁砜、脂族醚、无环醚、环醚、甘醇 二甲醚、聚醚、磷酸酯、硅氧烷、二氧戊环、N-烷基吡咯烷酮，上述物质的取代形式，以及它们 的混合物。可以使用的无环醚的例子包括但不限于乙醚，二丙醚，二丁醚，二甲氧基甲烷， 三甲氧基甲烷，二甲氧基乙烷，二乙氧基乙烷，1，2-二甲氧基丙烷，1，3-二甲氧基丙烷。可 以使用的环醚的例子包括但不限于四氢呋喃，四氢吡喃，2-甲基四氢呋喃，1，4-二T恶烷， 1，3-二氧戊环，和三$恶烷。可以使用的聚醚的例子包括但不限于二甘醇二甲醚（二甘醇 二甲醚），三甘醇二甲醚（三甘醇二甲醚），四甘醇二甲醚（四甘醇二甲醚），高级甘醇二甲 醚，乙二醇二乙烯基醚，二甘醇二乙烯基醚，三甘醇二乙烯基醚，二丙二醇二甲基醚，以及丁 二醇醚。可以使用的砜的例子包括但不限于环丁砜，3-甲基环丁砜，和3-二氧噻吩烯。上 述化合物的氟化衍生物也可以用作液体电解质溶剂。也可以使用所述溶剂的混合物。 实施例
[0208] 实施例1:
[0209] 此实施例显示共聚单体三甘醇二乙烯基醚和N-苯基马来酰亚胺的聚合反应。进 行实验以检测所得聚合物的干态电导率和其它性能。
[0210] 将20. 23g三甘醇二乙烯基醚和17. 32gN-苯基马来酰亚胺的溶液与0. 75g的 Irgacure819和2.63g的电解质溶液一起溶解在38g甲基乙基酮（MEK)中。所述电解质溶 液含有1份的1，3_二氧戊环（DOL)和1份的二甲氧基乙烷（DME)，且具有8-16%的1^了?51、 2-8 %的LiN03、0-l%的硝酸胍销'和0-0. 4%的硝酸吡啶榻。将此溶液经由刮刀涂覆流延 到聚合物基材上，从而测定干态电导率。将已涂覆的基材快速转移到带式传送机中，在这里 用来自提供2500mJ/cm2剂量的宽带水银灯的UV光进行固化约20秒。将聚合物膜小心地 在真空下在烘箱中干燥。以此方式制得的膜的厚度是在1-50ym范围内。
[0211] 使用Hiresta-UP型号MCP-HT450进行电化学表征。测试工序包括使用四点探针 检测电阻、表面电阻和体积电阻。从这些检测值和膜厚度，计算干电导率。所检测的干态电 导率在约1(T8S/Cm至低为1(T12和1(T13S/Cm的范围内变化。差示扫描量热法检测显示160°C 的较高玻璃化转变温度。与具有较低玻璃化转变温度的其它聚合物相比，较高的玻璃化转 变温度延迟了在相同温度下在材料内的塑性流动的开始。因为所公开的材料不能像在高温 下那样容易地流动，所以这可以提供更多保护以免电化学电池的相对电极在热失控期间发 生接触。因此，所述聚合物可以提供在热失控期间对于电化学电池电路的改进安全性。不 希望受限于任何理论，较高的玻璃化转变温度也可以赋予聚合物以改进的机械强度和减少 在生产和使用期间被加热时这些材料在电池内的移动。
[0212] 实施例2:
[0213] 在此预言实施例中，二甘醇二乙烯基醚和N-三甘醇马来酰亚胺共聚单体可以进 行共聚反应。不希望受限于任何理论，预期这种组合的电导率可以与实施例1的结果更高， 这是由于聚乙二醇单元的量较大和链的挠性较高。预期干态电导率可以比实施例1的结果 高出约2-3个数量级，例如10_ 6S/cm至10_5S/cm。
[0214] 实施例3:
[0215] 此实施例显示共聚单体三甘醇二乙烯基醚和N-苯基马来酰亚胺的聚合反应。进 行实验以检测所得聚合物的凝胶态电导率。
[0216] 将20. 23g三甘醇二乙烯基醚和17. 32gN-苯基马来酰亚胺的溶液与0. 75g的 Irgacure819和2. 63g的电解质溶液一起溶解在38g的MEK中。所述电解质溶液含有1份 的1，3_二氧戊环（DOL)和1份的二甲氧基乙烷（DME)，且具有8-16%的LiTFSI、2-8%的 LiN03、0-l%的硝酸胍每f和0-0. 4%的硝酸吡啶榻。将此溶液经由刮刀涂覆流延到铜基材 上，从而测定凝胶态电导率。其它可能的基材包括但不限于锂和镍。将已涂覆的基材快速 转移到带式传送机中，在这里用来自提供2500mJ/cm2剂量的宽带水银灯的UV光进行固化 约20秒。将聚合物膜小心地在真空下在烘箱中在约80°C下干燥约1小时以除去过量的溶 剂和/或水。或者，聚合物膜可以在干燥室中在室温下干燥。在袋装电池组中评价实际的 电化学性能。一旦制得这些电池，就将袋装电池用电解质填充，并且静置过夜以允许平衡。 测得所得电池的凝胶态离子传导率是l〇_4S/cm数量级。
[0217] 实施例4:
[0218] 在此预言实施例中，PEG化的马来酰亚胺单体可以与PEG化的乙烯基醚组合。组合 的单体和共聚单体可以随后进行共聚反应。不希望受限于任何理论，认为这种聚合物可以 提供约1