組合物、分層、電極及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了包括一種制品的單元電池，所述制品包含烴離聚物。所述制品可以是單元電池中的任何元件諸如內(nèi)壁，或?qū)υ母倪M(jìn)物諸如薄膜、膜和涂層。所述烴離聚物為具有離子官能度的任何聚合物，并且不具有鹵素或含鹵素的取代基。所述烴離聚物也可以被包含在單元電池的元件（諸如多孔隔板）內(nèi)的組合物中。單元電池還包括如下元件：包含硫化合物的正電極、負(fù)電極、耦接正電極與負(fù)電極的電路、電解質(zhì)介質(zhì)和單元電池的內(nèi)壁。此外，本發(fā)明提供了制造單元電池的方法和使用單元電池的方法。
【專利說(shuō)明】組合物、分層、電極及其制造方法
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的奪叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求2012年2月23日提交的第61/602185號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的提交日優(yōu)先 權(quán)及其權(quán)益，該申請(qǐng)全文以引用的方式并入本文。

【背景技術(shù)】
[0003] 鋰硫（即"Li-S"）電池作為潛在的便攜式電源受到了廣泛的關(guān)注，這是由于它們 可適用于不同的領(lǐng)域。這些領(lǐng)域包括新興領(lǐng)域（諸如電動(dòng)汽車(chē)和便攜式電子裝置）和傳統(tǒng) 領(lǐng)域（諸如汽車(chē)點(diǎn)火電池）。就成本、安全性和容量方面而言，特別是與不是基于硫的鋰離 子電池技術(shù)相比，Li-S電池具有廣闊的前景。例如，元素硫常被用作Li-S電池的Li-S單 元電池中的電活性硫的來(lái)源。與基于元素硫的Li-S單元電池中的電活性硫相關(guān)的理論充 電容量為約l，672mAh/g S。相比之下，基于金屬氧化物的鋰離子電池中的理論充電容量往 往小于250mAh/g金屬氧化物。例如，基于金屬氧化物物質(zhì)LiFeP0 4的鋰離子電池中的理論 充電容量為176mAh/g。
[0004] Li-s電池包括一個(gè)或多個(gè)由單元電池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)獲得電能的電化學(xué)伏打 Li-S單元電池。單元電池包括至少一個(gè)正電極。當(dāng)將新的正電極初始并入Li-S單元電池 時(shí)，該電極包括摻入其結(jié)構(gòu)內(nèi)的一定量的硫化合物。硫化合物包括可被利用來(lái)操作單元電 池的潛在電活性硫。Li-S單元電池中的負(fù)電極通常包括鋰金屬。一般來(lái)說(shuō)，單元電池包括 具有一種或多種溶劑和電解質(zhì)的單元電池溶液。該單元電池還包括一個(gè)或多個(gè)多孔隔板， 用于將正電極與負(fù)電極分開(kāi)并電隔離，但允許單元電池溶液在它們之間發(fā)生擴(kuò)散。一般地， 正電極被耦接到相同單元電池中的至少一個(gè)負(fù)電極。耦接通常是通過(guò)導(dǎo)電金屬電路進(jìn)行 的。
[0005] Li-S單元電池構(gòu)造還包括但不限于具有初始不包括鋰金屬但包括別的材料的負(fù) 電極的那些。這些材料的例子為石墨、硅合金及其它金屬合金。其它Li-S單元電池構(gòu)造包 括正電極摻入了鋰化的硫化合物的那些，所述鋰化的硫化合物如硫化鋰（即，Li 2S)。
[0006] Li-S單元電池中的硫化學(xué)物質(zhì)涉及相關(guān)系列的硫化合物。在Li-S單元電池中的 放電階段期間，鋰被氧化以形成鋰離子。同時(shí)單元電池中諸如&和Li 2S8的較大或較長(zhǎng)鏈 的硫化合物被電化學(xué)還原并轉(zhuǎn)化成較小或較短鏈的硫化合物。一般來(lái)說(shuō)，可由以下元素硫 電化學(xué)還原形成多硫化鋰和硫化鋰的理論放電序列來(lái)表示在放電期間發(fā)生的反應(yīng)：
[0007] S8 - Li2S8 - Li2S6 - Li2S4 - Li2S3 - Li2S2 - Li2S
[0008] 在Li-S單元電池的充電階段期間發(fā)生相反的過(guò)程。鋰離子被抽出單元電池溶液。 這些離子可以被鍍出溶液并返回至金屬鋰負(fù)電極。反應(yīng)通常可由以下代表各種硫化物電氧 化成元素硫的理論充電序列來(lái)表示 ：
[0009] Li2S - Li2S2 - Li2S3 - Li2S4 - Li2S6 - Li2S8 - S8
[0010] 以前開(kāi)發(fā)的Li-S單元電池及電池的通常局限是容量劣化或容量"衰減"。容量衰 減與庫(kù)侖效率相關(guān)聯(lián)，庫(kù)侖效率是通過(guò)充電儲(chǔ)存且可在放電期間重新獲得的電荷的分?jǐn)?shù)或 百分?jǐn)?shù)。通常據(jù)信容量衰減和庫(kù)侖效率部分歸因于硫通過(guò)形成某些可溶性硫化合物而損 失，所述可溶性硫化合物在Li-S單元電池中的電極之間"往返"并反應(yīng)以沉積在負(fù)電極的 表面上。據(jù)信這些沉積的硫化物可阻塞和以其它方式污染負(fù)電極的表面，并且還可導(dǎo)致硫 從單元電池的總電活性硫中損失。形成陽(yáng)極沉積的硫化合物涉及尚未完全了解的復(fù)雜化學(xué) 過(guò)程。
[0011] 此外，低庫(kù)侖效率是Li-s單元電池及電池的另一種常見(jiàn)的局限性。低庫(kù)侖效率可 伴有高自放電率。據(jù)信低庫(kù)侖效率也部分地為形成可溶性硫化合物的結(jié)果，在Li-S單元電 池的充電和放電過(guò)程期間，所述可溶性硫化合物在電極之間往返。
[0012] 一些以前開(kāi)發(fā)的Li-s單元電池及電池已在其正電極中使用高載量的硫化合物， 以期解決與容量劣化和陽(yáng)極沉積的硫化合物相關(guān)的缺點(diǎn)問(wèn)題。然而，簡(jiǎn)單地使用較高載量 的硫化合物造成了其它方面的困難，包括在高載量情況下缺乏對(duì)硫化合物全部量的足夠的 控制。此外，使用這些組合物形成的正電極往往會(huì)開(kāi)裂或破裂。另一種困難可能部分地是由 于較高載量硫化合物具有絕緣效果的原因。絕緣效果可促使在這些以前開(kāi)發(fā)的Li-S單元 電池及電池的正電極中難以實(shí)現(xiàn)與高載量硫化合物中所有潛在電活性硫相關(guān)的全部容量。
[0013] 常規(guī)而言，已經(jīng)通過(guò)在組合物中使用較高量的粘結(jié)劑摻入到這些正電極當(dāng)中來(lái)解 決對(duì)高載量硫化合物缺乏足夠控制的問(wèn)題。然而，摻入了高粘結(jié)劑量的正電極往往具有較 低的硫利用率，這繼而降低了具有這些電極的Li-S單元電池的有效最大放電容量。
[0014] Li-S單元電池及電池基于其正電極中的電活性硫的高理論容量和高理論能量密 度而言是可取的。然而，達(dá)到完全的理論容量和能量密度仍然是遙遙無(wú)期。此外，如上文所 提到的那樣，存在于Li-S單元電池中的硫化物往返現(xiàn)象（即，多硫化物在電極之間移動(dòng)） 可導(dǎo)致這些電化學(xué)單元電池具有相對(duì)低的庫(kù)侖效率；并且這通常伴有不期望的高自放電 率。此外，與容量劣化、陽(yáng)極沉積的硫化合物以及硫化合物本身所固有的差導(dǎo)電性相關(guān)伴隨 有局限性，所有這些都與以前開(kāi)發(fā)的Li-S單元電池及電池相關(guān)聯(lián)，它們限制了 Li-S電池作 為電源的應(yīng)用及商業(yè)上的可接受性。
[0015] 鑒于上述情況，所需要的是沒(méi)有上文所確定的以前開(kāi)發(fā)的Li-s單元電池及電池 的局限性的Li-S單元電池及電池。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 提供本
【發(fā)明內(nèi)容】
以介紹概念的選擇。下文在【具體實(shí)施方式】中對(duì)這些概念進(jìn)行進(jìn)一 步的描述。本
【發(fā)明內(nèi)容】
不旨在確認(rèn)所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或必要特征，本
【發(fā)明內(nèi)容】
也不旨在幫助確定所要求保護(hù)的主題的范圍。
[0017] 本發(fā)明通過(guò)提供并入了烴離聚物制品的Li-S單元電池而滿足上文確定的需要， 所述烴離聚物制品諸如涂層、膜、薄膜及摻入了烴離聚物的其它制品。下文在【具體實(shí)施方式】 中描述可使用的烴離聚物制品的各種類型及組合的例子。烴離聚物制品為L(zhǎng)i-S單元電池 提供高庫(kù)侖效率。在一些實(shí)施例中，烴離聚物制品還為L(zhǎng)i-S單元電池提供高最大放電容量 以及高庫(kù)侖效率，并且沒(méi)有上文所確定的以前開(kāi)發(fā)的Li-S單元電池及電池的局限性。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明原理的烴離聚物制品為L(zhǎng)i-s單元電池提供意外高的庫(kù)侖效率和非常 高的放電與充電容量比率。雖然不受任何特定理論的約束，但據(jù)信烴離聚物制品中的烴離 聚物抑制可溶性硫化合物的往返并抑制其到達(dá)Li-S單元電池中的負(fù)電極。這通過(guò)單元電 池中的硫損失減少容量衰減。此外，在這些單元電池中避免了低硫利用率和高放電容量劣 化。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明原理的烴離聚物制品、其制造方法及其使用方法實(shí)現(xiàn)了這些及其它目 的。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的第一原理提供了一種單元電池。所述單元電池包括包含烴離聚物的 制品。單元電池還可包括以下中的一者或多者：包含硫化合物的正電極、負(fù)電極、耦接正電 極與負(fù)電極的電路、電解質(zhì)介質(zhì)和單元電池的內(nèi)壁。所述制品可以是多孔隔板。多孔隔板 可包含聚酰亞胺、聚乙烯和聚丙烯中的一種或多種?？梢詫N離聚物作為制品表面上的表 面涂層以約0. 0001至lOOmg/cm2的量摻入?？梢酝ㄟ^(guò)包括壓延步驟的方法施加表面涂層。 烴離聚物可以是摻入多孔隔板內(nèi)的聚合物共混物中的組分。烴離聚物可位于多孔隔板中的 孔的孔壁中并暴露于位于孔的孔內(nèi)容積中的電解質(zhì)介質(zhì)。電解質(zhì)介質(zhì)可以是包含溶劑和電 解質(zhì)的含鋰單元電池溶液。所述制品可以是位于以下中一者或多者的表面上的涂層：多孔 基板、負(fù)電極、電路和單元電池的內(nèi)壁。涂層可具有薄膜的特性并位于電路和單元電池的內(nèi) 壁中的一個(gè)或多個(gè)的表面上。涂層可具有膜的特性并位于負(fù)電極、電路和單元電池的內(nèi)壁 中的一個(gè)或多個(gè)至少一個(gè)的表面上。所述制品可處于電解質(zhì)介質(zhì)中并為薄膜、膜以及組合 中的一種，所述組合在其不同部分中包括薄膜和膜的特性。烴離聚物可包含一種或多種選 自磺酸根、磷酸根、膦酸根和羧酸根離子基團(tuán)的離子基團(tuán)。烴離聚物可以是包含約5至25 重量％離子共聚單體的共聚物。烴離聚物可具有大于約10%的中和比率。烴離聚物可至少 部分地用鋰中和。烴離聚物可以是聚（乙烯-共-(甲基）丙烯）酸的無(wú)規(guī)共聚物。共聚 物可以是至少部分地中和的。共聚物可包含（甲基）丙烯酸共聚單體，其為丙烯酸共聚單 體、甲基丙烯酸共聚單體或丙烯酸和甲基丙烯酸共聚單體的組合。聚（乙烯-共-(甲基） 丙烯）酸共聚物可以按每摩爾小于20%的摻混比率摻入（甲基）丙烯酸共聚單體。烴離聚 物可以是中和的聚乙烯磺酸。烴離聚物可以是聚（醚醚酮）的中和的磺化衍生物。所述制 品可包含多種不同類型的烴離聚物。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的第二原理提供了制造單元電池的方法。所述方法包括制作多個(gè)部件 以形成單元電池。所述多個(gè)部件包括包含烴離聚物的制品。所述多個(gè)部件還可包括以下中 的一者或多者：包含硫化合物的正電極、負(fù)電極、耦接正電極與負(fù)電極的電路、電解質(zhì)介質(zhì) 和單元電池的內(nèi)壁。所述制品可以是多孔隔板。多孔隔板可包含聚酰亞胺、聚乙烯和聚丙 烯中的一種或多種?？梢詫N離聚物作為制品表面上的表面涂層以約0.0001至100mg/ Cm2 的量摻入?？梢酝ㄟ^(guò)包括壓延步驟的方法施加表面涂層。烴離聚物可以是摻入多孔隔板內(nèi) 的聚合物共混物中的組分。烴離聚物可位于多孔隔板中的孔的孔壁中并暴露于位于孔的孔 內(nèi)容積中的電解質(zhì)介質(zhì)。電解質(zhì)介質(zhì)可以是包含溶劑和電解質(zhì)的含鋰單元電池溶液。所述 制品可以是位于以下中一者或多者的表面上的涂層：多孔基板、負(fù)電極、電路和單元電池的 內(nèi)壁。涂層可具有薄膜的特性并位于電路和單元電池的內(nèi)壁中的一個(gè)或多個(gè)的表面上。涂 層可具有膜的特性并位于負(fù)電極、電路和單元電池的內(nèi)壁中的一個(gè)或多個(gè)至少一個(gè)的表面 上。所述制品可處于電解質(zhì)介質(zhì)中并為薄膜、膜以及組合中的一種，所述組合在其不同部分 中包括薄膜和膜的特性。烴離聚物可包含一種或多種選自磺酸根、磷酸根、膦酸根和羧酸根 離子基團(tuán)的離子基團(tuán)。烴離聚物可以是包含約5至25重量％離子共聚單體的共聚物。烴 離聚物可具有大于約10%的中和比率。烴離聚物可至少部分地用鋰中和。烴離聚物可以 是聚（乙烯-共-(甲基）丙烯）酸的無(wú)規(guī)共聚物。共聚物可以是至少部分地中和的。共 聚物可包含（甲基）丙烯酸共聚單體，其為丙烯酸共聚單體、甲基丙烯酸共聚單體或丙烯酸 和甲基丙烯酸共聚單體的組合。聚（乙烯-共-(甲基）丙烯）酸共聚物可以按每摩爾少 于20%的摻混比率摻入（甲基）丙烯酸共聚單體。烴離聚物可以是中和的聚乙烯磺酸。烴 離聚物可以是聚（醚醚酮）的中和的磺化衍生物。所述制品可包含多種不同類型的烴離聚 物。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的第三原理提供了使用單元電池的方法。所述方法包括選自以下多個(gè) 步驟中的一個(gè)或多個(gè)步驟：將儲(chǔ)存在單元電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能，和將電能轉(zhuǎn)換成儲(chǔ) 存在單元電池中的化學(xué)能。單元電池包括包含烴離聚物的制品。單元電池還可包括以下中 的一者或多者：包含硫化合物的正電極、負(fù)電極、耦接正電極與負(fù)電極的電路、電解質(zhì)介質(zhì) 和單元電池的內(nèi)壁。多孔隔板可包含聚酰亞胺、聚乙烯和聚丙烯中的一種或多種?？梢詫?烴離聚物作為制品表面上的表面涂層以約〇. 0001至100mg/Cm2的量摻入?？梢酝ㄟ^(guò)包括壓 延步驟的方法施加表面涂層。烴離聚物可以是摻入多孔隔板內(nèi)的聚合物共混物中的組分。 烴離聚物可位于多孔隔板中的孔的孔壁中并暴露于位于孔的孔內(nèi)容積的電解質(zhì)介質(zhì)。電解 質(zhì)介質(zhì)可以是包含溶劑和電解質(zhì)的含鋰單元電池溶液。所述制品可以是位于以下中一者或 多者的表面上的涂層：多孔基板、負(fù)電極、電路和單元電池的內(nèi)壁。涂層可具有薄膜的特性 并位于電路和單元電池的內(nèi)壁中的一個(gè)或多個(gè)的表面上。涂層可具有膜的特性并位于負(fù)電 極、電路和單元電池的內(nèi)壁中的一個(gè)或多個(gè)至少一個(gè)的表面上。所述制品可處于電解質(zhì)介 質(zhì)中并且為薄膜、膜以及組合中的一種，所述組合在其不同部分中包括薄膜和膜的特性。烴 離聚物可包含一種或多種選自磺酸根、磷酸根、膦酸根和羧酸根離子基團(tuán)的離子基團(tuán)。烴離 聚物可以是包含約5至25重量％離子共聚單體的共聚物。烴離聚物可具有大于約10%的 中和比率。烴離聚物可至少部分地用鋰中和。烴離聚物可以是聚（乙烯-共-(甲基）丙 烯）酸的無(wú)規(guī)共聚物。共聚物可以是至少部分地中和的。共聚物可包含（甲基）丙烯酸共 聚單體，其為丙烯酸共聚單體、甲基丙烯酸共聚單體或丙烯酸和甲基丙烯酸共聚單體的組 合。聚（乙烯-共-(甲基）丙烯）酸共聚物可以按每摩爾少于20%的摻混比率摻入（甲 基）丙烯酸共聚單體。烴離聚物可以是中和的聚乙烯磺酸。烴離聚物可以是聚（醚醚酮） 的中和的磺化衍生物。所述制品可包含多種不同類型的烴離聚物。
[0023] 上述
【發(fā)明內(nèi)容】
并非旨在描述本發(fā)明的每個(gè)實(shí)施例或每種實(shí)施方式。由附圖和以下 對(duì)實(shí)例和實(shí)施例的詳細(xì)描述可以更顯而易見(jiàn)進(jìn)一步的特征、其性質(zhì)及各種優(yōu)點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024] 當(dāng)結(jié)合附圖時(shí)，由下文給出的詳細(xì)描述可以更顯而易見(jiàn)本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，其 中相似的附注標(biāo)記指示相同或功能類似的元件。另外，附注標(biāo)記最左邊的數(shù)字確定其中該 附注標(biāo)記首次出現(xiàn)的附圖。
[0025] 此外，應(yīng)當(dāng)理解的是，附圖中突出顯示本發(fā)明的各方面、方法、功能及優(yōu)點(diǎn)的圖示 僅是為示例的目的給出的。本發(fā)明具有足夠的靈活性，因此可以按不同于附圖中所示的方 式予以實(shí)施。
[0026] 圖1是根據(jù)例子并入了若干烴離聚物制品的Li-S單元電池的二維透視圖；
[0027] 圖2是關(guān)系圖，其示出了根據(jù)例子包括并入了烴離聚物制品的Li-S單元電池的 Li-S電池的性質(zhì)；以及
[0028] 圖3是根據(jù)不同的例子并入了烴離聚物制品的Li-S硬幣單元電池的二維透視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0029] 本發(fā)明適用于某些能量?jī)?chǔ)存應(yīng)用，并且已發(fā)現(xiàn)其對(duì)于高最大放電容量電池來(lái)說(shuō)是 特別有利的，所述高最大放電容量電池利用電化學(xué)伏打單元電池以高庫(kù)侖效率工作，所述 電化學(xué)伏打單元電池由涉及硫化合物的化學(xué)反應(yīng)獲得電能。雖然本發(fā)明不一定局限于此類 應(yīng)用，但通過(guò)采用這一背景來(lái)討論各種例子可理解本發(fā)明的各個(gè)方面。
[0030] 為簡(jiǎn)單和說(shuō)明目的起見(jiàn)，通過(guò)主要參考實(shí)施例、原理及其例子來(lái)描述本發(fā)明。在下 面的描述中給出了許多具體細(xì)節(jié)，以便提供對(duì)例子的全面理解。然而顯而易見(jiàn)的是，所述實(shí) 施例的實(shí)施可不限于這些具體細(xì)節(jié)。在其它情況下，對(duì)一些實(shí)施例沒(méi)有進(jìn)行詳細(xì)描述，以免 對(duì)描述造成不必要的混淆。此外，在下文描述不同的實(shí)施例。可以將各實(shí)施例以不同的組 合一起采用或?qū)嵤?br> [0031] 由如下文所描述的一系列例子可以更充分地理解某些實(shí)施例的操作及效果。這些 例子所根據(jù)的實(shí)施例僅是代表性的。選擇這些實(shí)施例以說(shuō)明本發(fā)明的原理并不表示在例子 中沒(méi)有描述的材料、組分、反應(yīng)物、條件、技術(shù)、構(gòu)造和設(shè)計(jì)等是不適用的，或者將在例子中 沒(méi)有描述的主題排除在所附權(quán)利要求及其等同方案的范圍之外。通過(guò)將由例子獲得的結(jié)果 與可由測(cè)試或試驗(yàn)獲得的可能結(jié)果進(jìn)行比較可以更好地理解這些實(shí)例的意義，所述測(cè)試或 試驗(yàn)可被或可已被設(shè)計(jì)成充當(dāng)對(duì)照實(shí)驗(yàn)并提供比較的基礎(chǔ)。
[0032] 如本文所用，術(shù)語(yǔ)"基于"、"包括"（comprises，comprising，includes， including)、"具有"(has，having)或其任何其它變化形式旨在涵蓋非排他性內(nèi)含物。例如， 包括要素列表的工藝、方法、制品或設(shè)備不必僅限于那些要素，而是可以包括未明確列出的 或該工藝、方法、制品或設(shè)備所固有的其它要素。此外，除非有相反的明確說(shuō)明，"或"是指 包含性的"或"，而不是指排他性的"或"。例如，以下任何一個(gè)均表示滿足條件A或B :A是 真的（或存在的）且B是假的（或不存在的）、A是假的（或不存在的）且B是真的（或存 在的）、以及A和B都是真的（或存在的）。另外，使用"一個(gè)"（a，an)來(lái)描述元件和部件。 這樣做只是為了方便和給出一般意義的描述。該描述應(yīng)理解為包括一個(gè)或至少一個(gè)，并且 除非明顯地另有所指，單數(shù)也包括復(fù)數(shù)。
[0033] 本文所使用的縮寫(xiě)和某些術(shù)語(yǔ)的含義如下："A"表示埃，"g"表示克，"mg"表示毫 克，" μ g"表示微克，"L"表示升，"mL"表示毫升，"cc"表示立方厘米，"cc/g"表示立方厘 米/克，"mol "表示摩爾，"mmol "表示毫摩爾，"M"表示摩爾濃度，"重量％ "表示重量百分 t匕，"Hz"表示赫茲，"mS"表示毫西門(mén)子，"mA"表示毫安，"mAh/g"表示毫安小時(shí)/克，"mAh/ g S"表示基于硫化合物中的硫原子的重量的毫安小時(shí)/克硫，"V"表示伏特，"X C"是指可 在1/x小時(shí)內(nèi)使電極完全充電/放電的恒電流，"S0C"表示充電狀態(tài)，"SEI"表示形成在電 極材料表面上的固體電解質(zhì)界面，"kPa"表示千帕斯卡，" rpm"表示每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)，"psi"表示 磅/平方英寸，"最大放電容量"是在放電階段開(kāi)始時(shí)Li-S單元電池中的最大毫安小時(shí)/克 正電極（即，經(jīng)放電的最大充電容量），"庫(kù)侖效率"是通過(guò)充電儲(chǔ)存在可再充電電池中且可 在放電期間重新獲得的電荷的分?jǐn)?shù)或百分?jǐn)?shù)，并且表示為100乘以經(jīng)放電的充電容量與經(jīng) 充電的充電容量之比率，"孔內(nèi)容積"（即，Vp)是一克物質(zhì)中的所有孔的容積總和，并且可 表示為cc/g，"孔隙率"（即，"空隙分?jǐn)?shù)"）是由比率：（物質(zhì)中空隙的容積）八物質(zhì)的總?cè)?積）表示的分?jǐn)?shù)（0-1)或百分?jǐn)?shù)（0-100% )。
[0034] 如本文所用并且除另指出外，術(shù)語(yǔ)"陰極"用來(lái)指代電池或單元電池的正電極，并 且"陽(yáng)極"用來(lái)指代電池或單元電池的負(fù)電極。術(shù)語(yǔ)"電池"用來(lái)表示布置以提供電能的一 個(gè)或多個(gè)單元電池的集合。可以按各種構(gòu)造（例如，串聯(lián)、并聯(lián)及其組合）布置電池的單元 電池。
[0035] 如本文所用的術(shù)語(yǔ)"硫化合物"是指包含至少一個(gè)硫原子的任何化合物，諸如元素 硫及其它硫化合物，諸如鋰化的硫化合物，包括二硫化物化合物和多硫化物化合物。關(guān)于 特別適用于鋰電池的硫化合物的例子的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，可參考"A New Entergy Storage Material ：OrganosulfurCompounds Based on Multiple Sulfur-Sulfur Bonds，'，Naoi 等 人，J. Electrochem. Soc.，Vol. 144, No. 6, pp. L170-L172 (1997 年 6 月），其全文以引用的方 式并入本文。
[0036] 如本文所用的術(shù)語(yǔ)"離聚物"是指包括離子化官能團(tuán)（例如，磺酸、膦酸、磷酸或羧 酸，諸如丙烯酸或甲基丙烯酸（即，"（甲基）丙烯酸"），其中酸性基團(tuán)用堿中和，所述堿包 括堿金屬，諸如鋰，以形成離子化官能度，如甲基丙烯酸鋰）的任何聚合物?？赏ㄟ^(guò)各種方 法制備離聚物，所述方法包括使離子單體聚合及通過(guò)化學(xué)修飾生成離子的聚合物。如本文 所用的術(shù)語(yǔ)"烴離聚物"是指不包含任何通過(guò)共價(jià)鍵結(jié)合到離聚物上的位點(diǎn)（例如，聚合物 主鏈或支鏈）中的鹵素原子的任何離聚物。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的原理，如下面的實(shí)例及實(shí)施例所示，提供并入了烴離聚物制品（如 涂層、薄膜和膜）的Li-S單元電池。烴離聚物制品可與Li-S單元電池中的各種元件相關(guān) 聯(lián)，諸如多孔隔板或單元電池的內(nèi)壁上的烴離聚物涂層。根據(jù)各實(shí)施例，不同類型的烴離 聚物可用于形成單元電池中的一種或多種制品，諸如含有基于離子化丙烯酸的丙烯酸根基 團(tuán)、基于離子化甲基丙烯酸的甲基丙烯酸根基團(tuán)或者丙烯酸根和甲基丙烯酸根（即，（甲 基）丙烯酸根）基團(tuán)兩者的組合的離聚物。
[0038] 烴離聚物的例子包括SURLYN?和SURLYN?的衍生物，SURLYN?是乙烯和 (甲基）丙烯酸的共聚物。根據(jù)所使用的SURLYN?的市售等級(jí)，可將SURLYN1'中的一 定量的可離子化（甲基）丙烯酸基團(tuán)中和到它們的離子性（甲基）丙烯酸鹽。烴離聚物的 其它例子包括磺化聚丙烯酰胺和磺化聚苯乙烯。也可以使用其它烴離聚物，諸如具有基于 中和的羧酸、膦酸、磷酸的離聚物官能團(tuán)和/或其它離聚物官能團(tuán)的離聚物。
[0039] 不同類型的共聚物均可為烴離聚物，諸如具有不同的非離子單體或多類型離子單 體的共聚物。在烴離聚物制品中也可以使用或組合其它烴離聚物，諸如具有不同的結(jié)構(gòu)和/ 或不同的取代基的不同烴離聚物，所述取代基可以為相同或不同的離聚物官能團(tuán)。如上所 述，烴離聚物決不含有鹵素或含鹵素的取代基，但可包含其它取代基。在一實(shí)施例中，烴離 聚物可包含醇和烷基取代基。例如，烴離聚物可包含帶或不帶任何官能團(tuán)或取代基的不飽 和支鏈。烴離聚物上的取代基位點(diǎn)的位置可以是聚合物中的任意處，諸如沿著主鏈和沿著 可能存在的任何支鏈。
[0040] 烴離聚物可以與其它組分相結(jié)合以形成烴離聚物制品，根據(jù)各實(shí)施例，后者可并 入Li-s單元電池。在制品內(nèi)可以不同的方式相對(duì)于其它組分確認(rèn)或定量烴離聚物。例如， 在作為經(jīng)涂覆的多孔隔板的烴離聚物制品中，隔板本身可由聚酰亞胺制成，諸如由聚酰亞 胺纖維制成的墊或其它制品，或聚乙烯/聚丙烯層合體，然后用烴離聚物涂覆隔板。在另一 種變化形式中，可制備為共混物的烴離聚物組合物，諸如包括烴離聚物和改性聚乙烯的組 合，所述聚乙烯經(jīng)改性以提高其與烴離聚物的可混溶性。也可以包含添加劑，諸如聚合物增 容劑，其與各組分相組合以穩(wěn)定包含烴離聚物的共混物。可以將包含烴離聚物的組合物模 制或壓制成形以產(chǎn)生由單獨(dú)的烴離聚物或含有烴離聚物的共混物構(gòu)成的烴離聚物制品，諸 如多孔隔板。烴離聚物也可作為與這些實(shí)施例相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)體的函數(shù)而存在，諸如每表面 積制品（諸如多孔隔板）的烴離聚物的重量測(cè)量數(shù)，或者為由烴離聚物共混物構(gòu)成的多孔 隔板的重量百分?jǐn)?shù)。
[0041] 可以按照與涂層或膜中或者在Li-s單元電池中的元件（諸如多孔隔板、單元電池 的內(nèi)壁、正電極、負(fù)電極、耦接電極的電路或暴露于單元電池中的電解質(zhì)介質(zhì)的別的單元電 池元件）表面上的區(qū)域下面的材料容積相關(guān)的烴離聚物的量來(lái)對(duì)制品中的烴離聚物的量 進(jìn)行定量。根據(jù)一實(shí)施例，涂層中合適的烴離聚物量為約0.0001至100mg/ Cm2。在其它實(shí) 施例中，涂層中合適的經(jīng)離聚物量為約0. 001至75mg/cm2、約0. 001至50mg/cm2、約0. 001 至 35mg/cm2、約 0· 01 至 20mg/cm2、約 0· 01 至 15mg/cm2、約 0· 1 至 10mg/cm2 和約 0· 3 至 5mg/ cm2。
[0042] 烴離聚物的量可表示為存在于制品（諸如膜或薄膜）中的重量百分比。在此例中， 膜或薄膜可以是另一制品（諸如多孔隔板）中的元件。烴離聚物也可以為一個(gè)以上制品 的部件，諸如由烴離聚物共混物制成并涂覆有純烴離聚物涂層的多孔隔板。元件中的烴離 聚物載量可根據(jù)需要而變化。根據(jù)一實(shí)施例，制品中合適的烴離聚物量為約〇. 0001至100 重量％。根據(jù)其它實(shí)施例，制品中合適的經(jīng)離聚物量為約0. 0001重量％至約99重量％、98 重量％、95重量％、90重量％、85重量％、80重量％、75重量％、70重量％、65重量％、60重 量％、55重量％、50重量％、45重量％、40重量％、35重量％、30重量％、25重量％、20重 量％、15重量％、10重量％、5重量％、2重量％、1重量％、0.1重量％、0.01重量％和0.001 重量％。
[0043] 在一實(shí)施例中，烴離聚物制品可以將單元電池中的另一元件改性，諸如多孔隔板 上的烴離聚物涂層。在另一實(shí)施例中，烴離聚物制品可形成單元電池中單獨(dú)的元件，諸如烴 離聚物薄膜或膜，其位于單元電池溶液中，與單元電池中的其它元件分開(kāi)。這種制品可自由 地浮在單元電池溶液中，或者被固定（諸如附連）到單元電池壁。在這種情況下，烴離聚物 薄膜或膜可完全或部分地處于電解質(zhì)介質(zhì)（諸如Li-S單元電池中的單元電池溶液）內(nèi)，并 且可通過(guò)將薄膜或膜的邊緣緊固到單元電池的內(nèi)壁或者將其附連到單元電池中的另一元 件或部件而予以固定。
[0044] 參考圖1，所描述的是單元電池100,諸如Li-S電池中的Li-S單元電池。單元電 池100包括含鋰負(fù)電極101、含硫正電極102、電路106和多孔隔板105。單元電池容器壁 107容納單元電池100中的元件與電解質(zhì)介質(zhì)，諸如包含溶劑和電解質(zhì)的單元電池溶液。正 電極102包括電路觸點(diǎn)104。電路觸點(diǎn)104提供導(dǎo)電管通過(guò)金屬電路106耦接負(fù)電極101 和正電極102。正電極102可結(jié)合單元電池100中的負(fù)電極101工作以儲(chǔ)存電化學(xué)伏打能 并釋放電化學(xué)伏打能，這將化學(xué)能和電能從一種形式轉(zhuǎn)換成另一種形式，其取決于單元電 池100處于充電階段還是放電階段。具有高表面積和高孔內(nèi)容積的多孔碳材料（諸如碳粉 末）可用于制備正電極102。根據(jù)一實(shí)施例，可將硫化合物（諸如元素硫、硫化鋰以及它們 的組合）引入到碳粉末內(nèi)的多孔區(qū)域以制備碳-硫（C-S)復(fù)合材料，將其摻入到正電極102 的陰極組合物中。也可將聚合物粘結(jié)劑摻入到陰極組合物中，其中c-s復(fù)合材料在正電極 102中。此外，在正電極102中可使用其它材料以作為諸如石墨、石墨烯和碳纖維的碳粉末 的替代物承載硫化合物。正電極102的構(gòu)造可根據(jù)需要而變化。
[0045] 單元電池100中的多孔隔板105摻入了組合物103,并且為烴離聚物制品。組合物 103任選在共混物中包含烴離聚物，所述共混物包括其它組分，諸如添加劑和/或與烴離聚 物可混溶的其它聚合物。這種可混溶的聚合物的一個(gè)例子為帶有接枝的極性官能團(tuán)以促進(jìn) 與組合物103中的烴離聚物混溶的乙烯共聚物。當(dāng)處于單元電池100中時(shí)，多孔隔板105 內(nèi)的組合物103可暴露于容納在多孔隔板105內(nèi)的孔內(nèi)容積的內(nèi)部或穿過(guò)其的一定量的單 元電池溶液。多孔隔板105內(nèi)的組合物103的暴露區(qū)域似乎充當(dāng)屏障以限制"往返"穿過(guò) 孔內(nèi)容積內(nèi)的單元電池溶液的可溶性硫化合物通過(guò)而到達(dá)負(fù)電極101。組合物103還可通 過(guò)吸附來(lái)自孔內(nèi)容積中的單元電池溶液的硫化合物而充當(dāng)貯存器，因此將這些硫化合物自 多孔隔板105的孔內(nèi)容積中的單元電池溶液暫時(shí)地抽出。然而，在單元電池100中的充電 和放電階段期間，多孔隔板105中的組合物103仍然允許鋰離子擴(kuò)散穿過(guò)孔內(nèi)容積到達(dá)及 離開(kāi)負(fù)電極101。
[0046] 單元電池100還包括膜111、112和115、涂層113和114以及薄膜110和116,它 們都是烴離聚物制品。單元電池100的這些元件摻入了包含烴離聚物的組合物。組合物可 彼此相同或不同以及與組合物103相同或不同。
[0047] 膜111為陽(yáng)極膜，因?yàn)槠浔桓竭B到或靠近負(fù)電極101的表面。膜111包含烴離聚 物。在一實(shí)施例中，膜111包括將負(fù)電極101中的鋰金屬與膜111中的烴離聚物分開(kāi)的保護(hù) 層。保護(hù)層包含對(duì)負(fù)電極101中的鋰金屬基本上是惰性的可滲透的物質(zhì)。合適的惰性物質(zhì) 包括含有聚丙烯和聚乙烯的多孔薄膜。根據(jù)一實(shí)施例，膜111中的烴離聚物為SURLYN* 的衍生物，其中SURLYN*:被部分地用鋰離子源中和。在其它實(shí)施例中，作為替代或除了 陽(yáng)極膜中的SURLYN?衍生物之外，膜ill可包含其它烴離聚物。膜ill是可滲透的，但 在單元電池100中充當(dāng)屏障以限制單元電池溶液中的可溶性硫化合物通過(guò)而到達(dá)負(fù)電極 101。膜111還可通過(guò)吸附來(lái)自單元電池溶液的可溶性硫化合物或者通過(guò)以其它方式限制 其穿過(guò)膜111中的孔結(jié)構(gòu)而充當(dāng)貯存器。然而，在單元電池100中的充電-放電循環(huán)期間， 膜111允許鋰離子擴(kuò)散到達(dá)及離開(kāi)負(fù)電極101。
[0048] 將涂層113和114施加到多孔隔板105的各單獨(dú)表面。可通過(guò)各種熟知的技術(shù)施 加涂層113和114,諸如噴涂、浸涂等。涂層113和114包含烴離聚物，諸如帶有羧酸根、磺 酸根、磷酸根和/或膦酸根基團(tuán)的烴離聚物，或者可包含多種不同類型的烴離聚物。如同膜 111，涂層113和114是可滲透的，但似乎通過(guò)限制可溶性硫化合物經(jīng)由擴(kuò)散穿過(guò)單元電池 溶液而充當(dāng)阻礙其到達(dá)負(fù)電極101的屏障。涂層113和114還可充當(dāng)用于硫化合物的貯存 器，這可能是通過(guò)吸附或者通過(guò)以其它方式限制可溶性硫化合物穿過(guò)涂層113和114中的 孔。雖然涂層113和114在單元電池溶液中似乎充當(dāng)屏障和/或用于可溶性硫化合物的貯 存器，但在單元電池100中的充電-放電循環(huán)期間，它們?cè)试S鋰離子擴(kuò)散到達(dá)及離開(kāi)負(fù)電極 101。
[0049] 膜112和115完全處于單元電池100的單元電池溶液內(nèi)。膜112和115均位于正 電極102與負(fù)電極101之間。然而，各膜在多孔隔板105的相應(yīng)的不同側(cè)上?？梢酝ㄟ^(guò)將 膜112和115附連到單元電池100中的另一物體（諸如單元電池容器壁107)而將它們固 定在單元電池 100內(nèi)。膜112和115包含帶有諸如羧酸根、磺酸根、磷酸根和/或膦酸根基 團(tuán)的離子官能團(tuán)的烴離聚物，并且可包含多種不同類型的烴離聚物。膜112和115是可滲 透的，但它們通過(guò)充當(dāng)硫化合物的屏障以起到限制單元電池溶液中的可溶性硫化合物通過(guò) 而到達(dá)負(fù)電極101的作用。膜112和115還可通過(guò)吸附硫化合物而充當(dāng)貯存器。然而，在 單元電池 100中的充電-放電循環(huán)期間，膜112和115允許鋰離子穿過(guò)它們各自的孔擴(kuò)散 以通過(guò)正電極102與負(fù)電極101之間。
[0050] 薄膜110和116處于單元電池 100中以便被部分地暴露于單元電池溶液。薄膜 110和116不分隔正電極102和負(fù)電極101。因此，薄膜110和116可以是可滲透的或不可 滲透的。通過(guò)將薄膜110和116附連到單元電池容器壁107而將它們固定在單元電池 100 內(nèi)。各薄膜110和116包含各自的烴離聚物，它們可以是相同的或不同的，諸如帶有羧酸根、 磺酸根、磷酸根和/或膦酸根基團(tuán)的烴離聚物，并且可包含多種不同類型的烴離聚物。雖然 薄膜110和116可以不是可滲透的，但它們似乎充當(dāng)可溶性硫化合物的貯存器，并限制單元 電池溶液中的硫化合物通過(guò)而到達(dá)負(fù)電極101。不受任何特定理論的約束，在單元電池 100 中的充電-放電循環(huán)期間，它們似乎通過(guò)吸附硫化合物而做到這一點(diǎn)。
[0051] 根據(jù)本發(fā)明的原理，Li-S單元電池（諸如單元電池 100)并入了至少一個(gè)烴離聚 物制品，并可如單元電池100中所示在各種其它組合及構(gòu)造中并入多個(gè)烴離聚物制品。在 一個(gè)實(shí)施例中，烴離聚物制品包含聚合磺酸根。在另一實(shí)施例中，烴離聚物制品包含聚合羧 酸根。在又一實(shí)施例中烴離聚物制品包含聚合磷酸根。在又一實(shí)施例中烴離聚物制品包含 聚合膦酸根。在另一個(gè)實(shí)施例中，烴離聚物制品包含包括至少兩種類型的離子官能度的共 聚物。在另一個(gè)實(shí)施例中，烴離聚物制品包含在不同類型的烴離聚物中具有不同離子官能 度的至少兩種不同類型的烴離聚物。
[0052] 適合用于本發(fā)明的烴離聚物包括這樣的離聚物，其包含經(jīng)中和的帶負(fù)電荷的側(cè)官 能團(tuán)。帶負(fù)電荷的官能團(tuán)諸如酸（例如，羧酸、膦酸和磺酸）或酰胺（例如，丙烯酰胺）。這 些帶負(fù)電荷的官能團(tuán)用金屬離子，優(yōu)選用堿金屬進(jìn)行完全或部分地中和。鋰用在Li-S單元 電池中是優(yōu)選的。烴離聚物可含有帶負(fù)電荷的官能團(tuán)（即，陰離子離聚物）或者可含有帶 負(fù)電荷的官能團(tuán)與一些帶正電荷的官能團(tuán)的組合（即，兩性電解質(zhì)）。
[0053] 烴離聚物可包含與非離子（即，電中性）單體單元共聚的離子單體單元?？赏ㄟ^(guò) 諸如烯屬不飽和羧酸共聚單體的離子單體的聚合來(lái)制備烴離聚物。適于制造所述制品的其 它烴離聚物是離子改性的"生成離子的"聚合物，其通過(guò)生成離子的聚合物上的帶負(fù)電荷的 官能團(tuán)的化學(xué)改性（即，聚合之后的化學(xué)改性）來(lái)制備離聚物，諸如通過(guò)處理具有羧酸官能 度的聚合物，羧酸官能度通過(guò)中和被化學(xué)改性以形成含酯的羧酸根官能團(tuán)，后者用堿金屬 離子化，從而形成帶負(fù)電荷的離子官能度。離子官能團(tuán)可無(wú)規(guī)分布，或者規(guī)則地位于烴離聚 物中。
[0054] 烴離聚物可以是在飽和或不飽和主鏈中包含離子和非離子單體單元的聚合物，任 選包含支鏈，其是基于碳的，并且可包含其它元素，諸如氧或硅。帶負(fù)電荷的官能團(tuán)可以為 能夠與堿金屬形成離子的任何種類。這些包括但不限于磺酸、羧酸和膦酸。根據(jù)一實(shí)施例， 烴離聚物中的聚合物主鏈或支鏈可包含諸如烷基的共聚單體。為α-烯烴的烷基是優(yōu)選 的。合適的α-烯烴共聚單體包括但不限于乙烯、丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-庚烯、 3-甲基-1- 丁烯、4-甲基-1-戊烯、苯乙烯等，以及這些α -烯烴中的兩種或更多種的混合 物。
[0055] 根據(jù)一實(shí)施例，烴離聚物為生成離子的酸共聚物，其用堿進(jìn)行中和，使得前體酸共 聚物中的酸性基團(tuán)，諸如羧酸根或磺酸根基團(tuán)形成酯鹽。前體酸共聚物基團(tuán)可以被完全中 和或部分中和到基于離聚物中可以被中和的所有帶負(fù)電荷的官能團(tuán)被中和的量的"中和比 率"。根據(jù)一實(shí)施例，中和比率為〇%至約1%。在其它實(shí)施例中，中和比率為約5%、約10%、 約 20%、約 30%、約 40%、約 50%、約 60%、約 70%、約 80%、約 90%、約 95%或約 100%。 根據(jù)一實(shí)施例，中和比率為約〇%至90%。在其它實(shí)施例中，中和比率為約20%至80%、約 30% 至 70%、約 40% 至 60% 或約 50%。
[0056] 可以為不同的性質(zhì)選擇中和比率，諸如以促進(jìn)離聚物中的導(dǎo)電性，促進(jìn)烴離聚物 在特定溶劑中的分散性，或者促進(jìn)與共混物中別的聚合物的可混溶性。改變中和比率的方 法包括增加中和，諸如通過(guò)引入堿性離子源以促進(jìn)單體單元當(dāng)中較大的離子化程度。改變 中和比率的方法還包括減少中和的那些方法，諸如通過(guò)對(duì)強(qiáng)酸引入高度中和的離聚物，以 便將一些或所有的離子官能度（例如，（甲基）丙烯酸酯）轉(zhuǎn)化成酸（例如，（甲基）丙烯 酸）。
[0057] 雖然據(jù)信任何穩(wěn)定的陽(yáng)離子都適合作為對(duì)烴離聚物中帶負(fù)電荷的官能團(tuán)的抗衡 離子，但諸如堿金屬陽(yáng)離子的一價(jià)陽(yáng)離子是優(yōu)選的。還更優(yōu)選地，堿是含鋰離子的堿，以提 供鋰化的烴離聚物，其中部分或全部的前體基團(tuán)被鋰鹽取代。為得到烴離聚物，可通過(guò)任何 常規(guī)的程序用離子源中和前體聚合物。典型的離子源包括氫氧化鈉、碳酸鈉、氧化鋅、醋酸 鋅、氫氧化鎂和氫氧化鋰。其它的離子源是熟知的，并且鋰離子源是優(yōu)選的。
[0058] 根據(jù)一實(shí)施例，合適的烴離聚物包括乙烯_(甲基）丙烯酸共聚物，基于所述乙 烯_(甲基）丙烯酸共聚物的重量計(jì)，其具有約5至25重量％的（甲基）丙烯酸單體單元； 并且更具體地，乙烯_(甲基）丙烯酸共聚物具有〇. 40至約0. 70的中和比率。適用于本發(fā) 明的烴離聚物可購(gòu)自各種商業(yè)來(lái)源，或者可以通過(guò)合成來(lái)制備。
[0059] SURLYN?是羧酸根烴離聚物的一個(gè)例子，其為無(wú)規(guī)共聚物-聚（乙烯-共_(甲 基）丙烯酸）。E.I.du Pont de Nemours and Co.，Wilmington，Del.提供 SURLYN.U';樹(shù) 脂品牌，一種乙烯和（甲基）丙烯酸的共聚物。其是通過(guò)乙烯和（甲基）丙烯酸經(jīng)由高壓 自由基反應(yīng)共聚而制備的，類似于制備低密度聚乙烯，并且（甲基）丙烯酸共聚單體的摻混 比率相對(duì)較低，通常每摩爾小于20%，并且通常每摩爾共聚物小于15%。SURL.YN?樹(shù)脂 品牌的變化形式公開(kāi)在第6, 518, 365號(hào)美國(guó)專利中，該專利的內(nèi)容全文以引用的方式并入 本文。根據(jù)一實(shí)施例，特別有用的烴離聚物包括SURLYN?及的變化形式，后 者為SURLYN?的市售形式的衍生物。一種SURLYN?變化形式可通過(guò)如下方式制得， 即用強(qiáng)酸處理SURLYN*以減少總的中和比率，從而促進(jìn)其在水溶液中的可分散性。根據(jù) 另一種變化形式，SURLYN?經(jīng)離子交換以增加鋰離子含量。
[0060] 烴離聚物可以被中和。烴離聚物的中和可以用可由式MA表示的中和劑進(jìn)行，其中 Μ是金屬離子，A是助劑部分，諸如酸或堿。適用作金屬離子的金屬離子包括一價(jià)、二價(jià)、三 價(jià)和四價(jià)金屬。適用于本發(fā)明的金屬離子包括但不限于周期表的第IA、IB、IIA、IIB、IIIA、 IVA、IVB、VB、VIB、VIIB和VIII族金屬的離子。此類金屬的例子包括Na+、Li+、K+和Sn4+。 Li+對(duì)于烴離聚物在Li-S單元電池中的用途來(lái)說(shuō)是優(yōu)選的。
[0061] 適用于本發(fā)明的中和劑包括具有足夠的堿性以與諸如苯甲酸或?qū)?甲苯磺酸的 低分子量有機(jī)酸形成鹽的任何金屬部分。一種合適的中和劑是由Sigma Aldrich分銷的氫 氧化鋰（Sigma Aldrich, 545856)。用以形成經(jīng)離聚物的其它中和劑及中和方法描述于第 5, 003, 012號(hào)美國(guó)專利中，該專利的內(nèi)容全文以引用的方式并入本文。
[0062] 其它合適的烴離聚物包括嵌段共聚物，如由聚苯乙烯-b-聚丁二烯-b-聚苯乙烯 的磺化得到的那些?；腔垌亢突腔勖衙淹彩呛线m的。也可以使用膦酸根烴離聚物，以 及具有一個(gè)以上離子官能度的共聚物。例如，乙烯基膦酸二丁酯與丙烯酸的直接共聚產(chǎn)生 混合的羧酸根-膦酸根離聚物。也可以使用由乙烯基膦酸酯與苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯和 丙烯酰胺得到的共聚物。也可以在聚合后通過(guò)膦酰化反應(yīng)制備含磷聚合物，通常用P0C13。 例如，聚乙烯的膦?；僧a(chǎn)生聚乙烯-膦酸共聚物。
[0063] 適用的烴離聚物包括羧酸根、磺酸根和膦酸根烴離聚物。其它的也是合適的，諸如 苯乙烯醇鹽烴離聚物，諸如由聚苯乙烯-共-4-甲氧基苯乙烯得到的那些。烴離聚物可具 有聚乙烯或聚二烯主鏈。不同的烴離聚物可以在性質(zhì)上有所不同，這部分地是由于離子相 互作用的強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)上的差異。羧酸根烴離聚物、磺酸根烴離聚物以及它們的混合物是優(yōu) 選的。其中用鋰離子源中和帶負(fù)電荷的離子官能團(tuán)以與鋰形成鹽的烴離聚物也是優(yōu)選的。
[0064] 可通過(guò)摻入包含由硫化合物和碳粉末制成的碳-硫（C-S)復(fù)合材料的陰極組合物 來(lái)制備單元電池100中的正電極102。陰極組合物還可包括非離聚的聚合物粘結(jié)劑、炭黑和 烴離聚物。
[0065] 一種用于制備C-S復(fù)合材料的代表性碳粉末為由Akzo Nobel分銷的KETJENBLACK EC-600JD，基于范圍在17-3000埃的孔的累積孔內(nèi)容積，根據(jù)BJH方法測(cè)定，其具有1400m 2/ g BET的近似表面積（KETJENBLACK EC-600JD的產(chǎn)品數(shù)據(jù)表，Akzo Nobel)和4. 07cc/克 的近似孔內(nèi)容積。在BJH方法中，在ASAP型號(hào)2400/2405孔率計(jì)（Micrometries，Inc.， No. 30093-1877)上進(jìn)行氮吸附/解吸測(cè)量。在數(shù)據(jù)采集之前將樣品在150°C下脫氣過(guò)夜。 表面積測(cè)量采用在〇. 05至0. 20p/P(l上收集的五點(diǎn)吸附等溫線，并通過(guò)BET方法進(jìn)行分析， 描述于等人，J. Amer. Chem. Soc.，v. 60, no. 309 (1938)中，并且其內(nèi)容全文以引用的方式并 入本文?？變?nèi)容積分布采用27點(diǎn)解吸等溫線，并且通過(guò)BJH方法進(jìn)行分析，描述于Barret， 等人，J. Amer. Chem. Soc.，v. 73，no. 373(1951)中，并且其內(nèi)容全文以引用的方式并入本文。
[0066] 可以使用的另外的可商購(gòu)獲得的碳粉末包括KETJEN 300 :近似孔內(nèi)容積1. 08cc/ g(Akzo Nobel) ;CAB0T BLACK PEARLS:近似孔內(nèi)容積 2. 55cc/g，（Cabot) ;PRINTEX XE-2B: 近似孔內(nèi)容積 2. 08cc/g(0rion Carbon Blacks, The Cary Company)。此類碳粉末的其它 來(lái)源是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的。
[0067] 根據(jù)針對(duì)孔內(nèi)容積、表面積及其它特征的需要，可采用已知的方法生產(chǎn)或合成適 用于本發(fā)明的其它多孔碳材料。適用于本發(fā)明的多孔碳材料包括模板化碳。模板化碳具有 與用于制備模板化碳的無(wú)機(jī)模板互補(bǔ)的合成碳微結(jié)構(gòu)。模板化碳材料在基于代理人案卷 號(hào)：CL-5409的2012年1月18日提交的系列號(hào)為61/587805的共同轉(zhuǎn)讓并共同待決的美 國(guó)專利申請(qǐng)中有說(shuō)明，其內(nèi)容全文以引用的方式并入本文。
[0068] 適于制備C-S復(fù)合材料的碳粉末包括具有約100至4, 000平方米/克碳粉末、約 200至3, 000平方米/克、約300至2, 500平方米/克碳粉末、約500至2, 200平方米/克、 約700至2, 000平方米/克、約900至1，900平方米/克、約1，100至1，700平方米/克和 約1，300至1，500平方米/克碳粉末的表面積的那些。
[0069] 適于制備C-S復(fù)合材料的碳粉末還包括孔內(nèi)容積范圍在約0. 25至10cc/克碳粉 末、約0. 7至7cc/克、約0. 8至6cc/克、約0. 9至5. 5cc/克、約1至5. 2cc/克、約1. 1至 5. lcc/克、約1. 2至5cc/克、約1. 4至4cc/克和約2至3cc/克的那些。特別適用的碳粉 末具有大于1. 2cc/克且小于5cc/克碳粉末的孔內(nèi)容積。
[0070] 適于制備C-S復(fù)合材料的硫化合物包括各種同素異形體形式的分子硫以及它們 的組合，諸如"元素硫"。元素硫是硫同素異形體的組合的通用名，硫同素異形體包括折疊 的&環(huán)，并且通常包括硫的較小的折疊環(huán)。合適的其它硫化合物為含硫和一種或多種其它 元素的化合物。這些包括鋰化的硫化合物，諸如例如Li 2S*Li2S2。代表性的硫化合物為由 Sigma Aldrich以"硫"分銷的元素硫（Sigma Aldrich,84683)。此類硫化合物的其它來(lái)源 是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的。
[0071] 可用于制備陰極組合物的非離聚物聚合物粘結(jié)劑包括表現(xiàn)出耐化學(xué)品性、耐熱性 以及粘結(jié)特性的聚合物，諸如基于亞烷基、氧化物和/或含氟聚合物的聚合物。這些聚合物 的例子包括聚環(huán)氧乙烷（ΡΕ0)、聚異丁烯（PIB)和聚偏二氟乙烯（PVDF)。代表性的聚合物 粘結(jié)劑是由Sigma Aldrich以"聚（環(huán)氧乙烷）"分銷的平均Mw為600, 000的聚環(huán)氧乙烷 (PEO) (Sigma Aldrich, 182028)。另一種代表性的聚合物粘結(jié)劑是由Sigma Aldrich以"聚 (異丁烯）"分銷的平均 Mw 為 4, 200, 000 的聚異丁烯（PIB) (Sigma Aldrich，181498)。適 用于本發(fā)明的聚合物粘結(jié)劑還描述于第US2010/0068622號(hào)公布的美國(guó)專利申請(qǐng)中，其內(nèi) 容全文以引用的方式并入本文。聚合物粘結(jié)劑的其它來(lái)源是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的。
[0072] 適于制備陰極組合物的炭黑包括表現(xiàn)出導(dǎo)電性并且相對(duì)于上述碳粉末通常具有 較低的表面積和較低的孔內(nèi)容積的碳物質(zhì)。炭黑通常是氣態(tài)或液態(tài)烴在受控的條件下通過(guò) 不完全燃燒或熱分解所產(chǎn)生的元素碳的膠態(tài)顆粒。其它也合適的導(dǎo)電性碳是基于石墨的。 合適的炭黑包括為優(yōu)選的乙炔炭黑。一種代表性的炭黑是由Timcal Ltd.分銷的SUPER C65,其具有按ASTM D3037-89測(cè)定為62m2/g炭黑的BET氮表面積。炭黑的其它商業(yè)來(lái)源 以及它們的生產(chǎn)或合成方法是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的。
[0073] 適合用于本發(fā)明的炭黑包括表面積范圍在約10至250平方米/克炭黑、約30至 200平方米/克、約40至150平方米/克、約50至100平方米/克和約60至80平方米/ 克炭黑的那些。
[0074] C-S復(fù)合材料包括諸如碳粉末的多孔碳材料，其含有處于多孔碳材料的碳微結(jié)構(gòu) 中的硫化合物?？扇菁{在C-S復(fù)合材料中的硫化合物的量（即，基于C-S復(fù)合材料的總重 量計(jì)，按硫化合物的重量百分比而言的硫載量）在一定程度上依賴于碳粉末的孔內(nèi)容積。 因此，在碳粉末的孔內(nèi)容積增加時(shí)，具有較多硫化合物的較高硫載量是可能的。因此，可以 采用例如約5重量％、10重量％、15重量％、20重量％、25重量％、30重量％、35重量％、40 重量％、45重量％、50重量％、55重量％、60重量％、65重量％、70重量％、75重量％、80重 量％、85重量％、85重量％、90重量％或95重量％的硫化合物載量。在這些量之中的范圍 限定了可以采用的實(shí)施例。
[0075] 陰極組合物可包括各種重量百分比的C-S復(fù)合材料。陰極組合物除了 C-S復(fù)合材 料外可任選地包括非離聚物聚合物粘結(jié)劑、烴離聚物和炭黑。不算存在的烴離聚物的量，通 常c-s復(fù)合材料在陰極組合物中的存在量大于陰極組合物中剩余物質(zhì)（即，不包括烴離聚 物）的50重量％。具有較多C-S復(fù)合材料的較高載量是可能的。因此，不算存在的烴離聚 物的量，可采用例如約55重量％、60重量％、65重量％、70重量％、75重量％、80重量％、85 重量％、90重量％、95重量％、98重量％或99重量％的C-S復(fù)合材料載量。根據(jù)一實(shí)施例， 不算存在的烴離聚物的量，可使用約50至99重量％的C-S復(fù)合材料。在另一實(shí)施例中，不 算存在的烴離聚物的量，可使用約70至95重量％的C-S復(fù)合材料。在這些量之中的范圍 限定了可以采用的實(shí)施例。
[0076] 不算存在的烴離聚物的量，聚合物粘結(jié)劑（S卩，非離聚物聚合物粘結(jié)劑）在陰極組 合物中的存在量可大于1重量％。具有較多聚合物粘結(jié)劑的較高載量是可能的。因此，不 算存在的烴離聚物的量,可采用例如約2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、7 重量％、8重量％、9重量％、10重量％、12重量％、14重量％、16重量％或17. 5重量％的聚 合物粘結(jié)劑載量。根據(jù)一實(shí)施例，不算存在的烴離聚物的量，可使用約1至17. 5重量％的 聚合物粘結(jié)劑。在另一實(shí)施例中，不算存在的烴離聚物的量，可使用約1至12重量％的聚 合物粘結(jié)劑。在另一實(shí)施例中，不算存在的烴離聚物的量，可使用約1至9重量％的聚合物 粘結(jié)劑。在這些量之中的范圍限定了可以采用的實(shí)施例。
[0077] 根據(jù)一實(shí)施例，炭黑可任選存在于陰極組合物中，其量大于0.01重量％。具有較 多炭黑的較高載量是可能的。因此，不算存在的烴離聚物的量，可采用約〇. 1重量％、約1重 量％、約2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、8重量％、10重量％、12重量％、 14重量％、15重量％或20重量％的炭黑載量。根據(jù)一實(shí)施例，可使用約0. 01至15重量％ 的炭黑，不算存在的烴離聚物的量。在另一實(shí)施例中，可使用約5至10重量％的炭黑，不算 存在的烴離聚物的量。在這些量之中的范圍限定了可以采用的實(shí)施例。
[0078] 可通過(guò)各種方法制備C-S復(fù)合材料，包括簡(jiǎn)單地混合（諸如通過(guò)干磨）碳粉末與 硫化合物。也可以利用諸如熱、壓力、液體（例如，將硫化合物溶解在二硫化碳中并通過(guò)使 溶液與碳粉末接觸進(jìn)行浸漬）等的媒介，通過(guò)將硫化合物引入碳粉末的微結(jié)構(gòu)而制備C-S 復(fù)合材料。
[0079] 將硫化合物引入碳粉末的可用方法包括熔體吸入和蒸氣吸入。這些是利用諸如 熱、壓力、液體等的媒介將硫化合物引入碳粉末的微結(jié)構(gòu)的復(fù)合方法。
[0080] 在熔體吸入中，可以將諸如元素硫的硫化合物加熱到高于其熔點(diǎn)（約113°C )，同 時(shí)與碳粉末相接觸以浸漬它?？梢酝ㄟ^(guò)直接的方法來(lái)完成浸漬，如通過(guò)在高于l〇〇°C (諸如 160°C)的溫度下使硫化合物和碳接觸而在升高的溫度下進(jìn)行元素硫的熔體吸入。適用的 溫度范圍是120°C至170°C。
[0081] 可用于制備C-S復(fù)合材料的另一種吸入方法是涉及硫蒸氣沉積的蒸氣吸入。可以 將硫化合物升高到溫度高于200°C，諸如300°C。在此溫度下，硫化合物被汽化，并且被置于 接近碳粉末但不一定與之直接接觸。
[0082] 可以將這些方法組合。例如，熔體吸入方法接下來(lái)可進(jìn)行較高溫度的方法。作為 另外一種選擇，可以將硫化合物溶解在二硫化碳中以形成溶液，并且可通過(guò)使此溶液與碳 粉末接觸而形成C-S復(fù)合材料。通過(guò)將硫化合物溶解在諸如甲苯或二硫化碳的非極性溶劑 中并與碳粉末接觸而制備C-S復(fù)合材料?？扇芜x在初濕條件下使溶液或分散體進(jìn)行接觸以 促進(jìn)硫化物化合物均勻沉積到碳粉末的孔中。初濕是這樣的一種方法，其中暴露于碳粉末 的總的液體容積不超過(guò)該多孔碳材料的孔的容積。接觸方法可涉及順序接觸和干燥步驟以 增加硫化合物的重量％載量。
[0083] 也可以通過(guò)其它方法將硫化合物引入到碳粉末。例如，可以將硫化鈉（Na2S)溶解 在水溶液中以形成多硫化鈉?？梢詫⒍嗔蚧c酸化以沉淀出碳粉末中的硫化合物。在此方 法中，C-S復(fù)合材料可能需要徹底洗滌以除去鹽副產(chǎn)物。
[0084] 合適的引入方法包括熔體吸入和蒸氣吸入。一種熔體吸入的方法包括在諸如氮 的惰性氣體中在約120°C下將元素硫〇^#在這些條件下不會(huì)熔化）和碳粉末加熱到約 170°C。也可以采用蒸氣吸入方法。在蒸氣吸入方法中，可以通過(guò)在碳粉末的存在下將諸如 元素硫的硫化合物加熱到介于約120°C與400°C之間的溫度達(dá)諸如約6至72小時(shí)的一段 時(shí)間來(lái)產(chǎn)生硫蒸氣。熔體吸入和蒸氣吸入的其它例子示于基于代理人案卷號(hào)：CL-5409的 2012年1月18日提交的系列號(hào)為61/587805的共同轉(zhuǎn)讓和共同待決的美國(guó)專利申請(qǐng)中，其 內(nèi)容以引用的方式并入上文。
[0085] 根據(jù)一實(shí)施例，可以通過(guò)常規(guī)的混合或碾磨方法將通過(guò)復(fù)合方法形成的C-S復(fù)合 材料與烴離聚物和任選聚合物粘結(jié)劑及炭黑混合?？扇芜x使用溶劑，優(yōu)選有機(jī)溶劑，諸如甲 苯、醇或η-甲基吡咯烷酮（NMP)。溶劑應(yīng)優(yōu)選不與烴離聚物或聚合物粘結(jié)劑（如果有的話） 反應(yīng)，以免將這些分解或?qū)⑺鼈冿@著地改變。常規(guī)的混合及碾磨方法是本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員已知的。根據(jù)一實(shí)施例，經(jīng)碾磨或混合的組分可形成組合物103,其可被處理或摻入和/ 或形成到電極當(dāng)中。
[0086] 根據(jù)另一實(shí)施例，可以通過(guò)分層方法以形成分層和電極來(lái)制備摻入了陰極組合 物的分層或電極。分層方法可以在C-S復(fù)合材料中使用例如多孔碳材料，諸如具有大于 1. 2cc/g的孔內(nèi)容積的碳粉末?？梢酝ㄟ^(guò)在可拆卸的基板表面上施加一個(gè)或幾個(gè)單獨(dú)的層 而形成分層和電極?？梢园锤鞣N方式將烴離聚物摻入分層中，包括將組合物中的烴離聚物 與C-S復(fù)合材料和任選聚合物粘結(jié)劑及任何其它組分簡(jiǎn)單混合。
[0087] 也可以通過(guò)施加單獨(dú)的涂層來(lái)?yè)饺霟N離聚物，所述單獨(dú)的涂層包含組合物中的烴 離聚物，具有較少量的或者不包含C-S復(fù)合材料和/或諸如聚合物粘結(jié)劑和炭黑的其它組 分。在一個(gè)例子中，在施加包含C-S復(fù)合材料的組合物以形成分層/電極之后，可以在具有 C-S復(fù)合材料的基底組合物之上以單獨(dú)的層施加烴離聚物。在另一例子中，可以將烴離聚物 作為交錯(cuò)的分散體施加，或者以交替的涂層施加方式連同包含C-S復(fù)合材料的基底組合物 一起施加。
[0088] 噴涂的分層或電極中的單獨(dú)層可具有相同或不同比例的不同組分。例如，可制備 具有不同組分和不同組分比例的不同組材料并組合施加以形成分層或電極。按此方式施加 的一種或多種組分可以完全不存在任一種材料?？刹捎貌煌耐扛苍O(shè)備和不同的施加技術(shù) 來(lái)施加不同的材料。
[0089] 例如，可以用不同的C-S復(fù)合材料或不同量的C-S復(fù)合材料制備具有不同C-S組 分的兩種陰極組合物。在此例子中，兩種不同C-S組分中的各C-S復(fù)合材料可具有物理性質(zhì) 各自不同的多孔碳材料和各自的硫載量，等等。對(duì)于電極中的分層，可以用兩組合物整個(gè)的 平均量或者用兩組合物之一或另一者的局部濃度按交替來(lái)回噴涂的方式施加這兩種陰極 組合物。不同組的組合物中的組分可根據(jù)多項(xiàng)參數(shù)而變化，這些參數(shù)如各自的烴離聚物、各 自的烴離聚物重量百分比、各自的聚合物粘結(jié)劑、各自的聚合物粘結(jié)劑重量百分比、各自的 C-S復(fù)合材料、各自的C-S復(fù)合材料重量百分比、各自的碳粉末和不同組合物的各自的C-S 復(fù)合材料中的各自的硫重量百分比。
[0090] 另外，在正電極中的層內(nèi)本身可包含成孔劑（即，空隙或孔發(fā)生劑）。成孔劑是可 通過(guò)化學(xué)或熱過(guò)程除去以留下空隙的任何添加劑，其改變分層或電極的孔結(jié)構(gòu)。就管理分 層或電極層中的傳質(zhì)而言，可采用這種水平的孔隙率控制。例如，成孔劑可以為碳酸鹽，諸 如碳酸鈣粉末，其被添加到油墨漿料中，然后與油墨漿料中的其它組分（諸如c-s復(fù)合材 料、聚合物粘結(jié)劑和任選的導(dǎo)電性碳）混合涂覆到鋁箔集電器上以形成分層或電極。也可 以將成孔劑添加到中間層并介于含有C-S復(fù)合材料的層之間?？扇〉氖且暂^高濃度較靠近 集電器添加成孔劑，以在分層或電極的厚度方向上建立梯度。一旦成孔劑處于所形成的分 層或電極中的適當(dāng)位置，則然后可通過(guò)用稀酸洗滌除去成孔劑以留下空隙或孔。每層中可 改變成孔劑的類型和量以控制分層或電極的孔隙率。
[0091] 再次參考圖1，所描述的是正電極102,其可摻入如上所述的陰極組合物而形成。 所形成的正電極102可與負(fù)電極（如上述的含鋰負(fù)電極101)相結(jié)合而用在單元電池100 中。根據(jù)不同的實(shí)施例，負(fù)電極101可含有鋰金屬或鋰合金。在另一實(shí)施例中，負(fù)電極101 可含有石墨或一些其它非鋰材料。根據(jù)這一實(shí)施例，形成正電極102以包含一些形式的鋰， 諸如硫化鋰（Li 2S)，并且根據(jù)這一實(shí)施例，可利用硫化鋰將C-S復(fù)合材料鋰化，所述硫化鋰 代替元素硫被摻入到碳粉末中以形成C-S復(fù)合材料。
[0092] 可由多種材料構(gòu)造多孔隔板，諸如多孔隔板105。例如，由諸如聚酰亞胺纖維的 纖維制成的墊或其它多孔制品可用作多孔隔板。在另一實(shí)例中，使用由諸如聚偏二氟乙烯 (PVDF)、聚偏二氟乙烯共-六氟丙烯（PVDF-HFP)、聚乙烯（PE)、聚丙烯（PP)和聚酰亞胺的 聚合物制成的多孔層合體。此外，具有足夠的官能度或改進(jìn)以促進(jìn)與聚合物共混物中的烴 離聚物混溶的聚合物也可用在與烴離聚物的共混物中。
[0093] 正電極102、負(fù)電極101和多孔隔板105與單元電池100中的含鋰電解質(zhì)介質(zhì)（諸 如具有溶劑和電解質(zhì)的單元電池溶液）接觸。在此實(shí)施例中，含鋰電解質(zhì)介質(zhì)是液體。在 另一實(shí)施例中，含鋰電解質(zhì)介質(zhì)是固體。在又一實(shí)施例中，含鋰電解質(zhì)介質(zhì)是凝膠。
[0094] 參考圖2,所描述的是關(guān)系圖，示出了 Li-S電池201的性質(zhì)200,所述Li-S電池 201包括Li-S單元電池，諸如單元電池100,具有包含硫的正電極，諸如電極102。Li-S電 池201中的Li-S單元電池并入了一種或多種烴離聚物制品，諸如薄膜、膜、涂層和組合物， 如上文針對(duì)單元電池100所述。圖2的關(guān)系圖顯示Li-S電池201的性質(zhì)200,其具有與其 放電相關(guān)的高庫(kù)侖效率和高最大放電容量。高庫(kù)侖效率似乎可直接歸因于Li-S電池201 的Li-S單元電池中存在烴離聚物制品。圖2還描述了曲線圖202,其顯示了 Li-S電池201 相對(duì)于充電-放電循環(huán)次數(shù)的每個(gè)循環(huán)的最大放電容量。Li-S電池201還表現(xiàn)出具有高壽 命再充電穩(wěn)定性和每個(gè)充電-放電循環(huán)的高最大放電容量。下文通過(guò)具體例子更詳細(xì)地說(shuō) 明Li-S電池201的所有這些性質(zhì)200。
[0095] 參考圖3,所描述的是硬幣單元電池300,其可作為電化學(xué)測(cè)量裝置工作，用于測(cè) 試烴離聚物制品的各種構(gòu)造和類型。硬幣單元電池300的功能和結(jié)構(gòu)類似于圖1中描述的 單元電池100的功能和結(jié)構(gòu)。如同單元電池100,硬幣單元電池300使用含鋰電解質(zhì)介質(zhì)。 含鋰電解質(zhì)介質(zhì)與負(fù)電極和正電極接觸，并且可以是含溶劑和鋰離子電解質(zhì)的液體。
[0096] 鋰離子電解質(zhì)可以是非含碳的。例如，鋰離子電解質(zhì)可以是諸如以下的抗衡離 子的鋰鹽：六氯磷酸根（PF6〇、高氯酸根、氯酸根、亞氯酸根、過(guò)溴酸根、溴酸根、亞溴酸根、 過(guò)碘酸根、碘酸根、氟化鋁（例如，AHV)、氯化鋁（例如A12C1/和A1CV)、溴化鋁（例如， AlBiV)、硝酸根、亞硝酸根、硫酸根、亞硫酸根、高錳酸根、釕酸根、過(guò)釕酸根和多金屬氧酸 根。
[0097] 在另一實(shí)施例中，鋰離子電解質(zhì)可以是含碳的。例如，鋰離子鹽可含有有機(jī)抗 衡離子，諸如碳酸根、羧酸根（例如，甲酸根、乙酸根、丙酸根、丁酸根、戊酸根、乳酸根、丙 酮酸根、草酸根、丙二酸根、戊二酸根、己二酸根、癸二酸根等）、磺酸根（例如，ch 3so3' CH3CH2S(V、ch3 (ch2) 2S(V、苯磺酸根、甲苯磺酸根、十二烷基苯磺酸根等。有機(jī)抗衡離子可包 含氟原子。例如，鋰離子電解質(zhì)可以是諸如以下的抗衡陰離子的鋰離子鹽：氟代磺酸根（例 如，cf 3so3_、cf3cf2so3-、cf 3(cf2)2so3_、chf2cf 2so3_ 等）、氟代醇鹽（例如，cf3o-、cf3ch2o_、 cf3cf2(T和五氟酚鹽）、氟代羧酸根（例如三氟乙酸根和五氟丙酸根）和氟代磺酰亞胺（例 如，（CF 3S02)2N_)。適合用于本發(fā)明的其它電解質(zhì)公開(kāi)在公布的美國(guó)專利申請(qǐng)2010/0035162 和2011/00052998中，其內(nèi)容全文以引用的方式并入本文。
[0098] 電解質(zhì)介質(zhì)可不包括質(zhì)子性溶劑，因?yàn)橘|(zhì)子性液體通常與鋰陽(yáng)極有反應(yīng)性?？扇?解電解質(zhì)鹽的溶劑是優(yōu)選的。比如，溶劑可包括諸如聚碳酸酯、醚或它們的混合物的有機(jī)溶 齊IJ。在其它實(shí)施例中，電解質(zhì)介質(zhì)可包含非極性液體。非極性液體的一些例子包括液體烴， 諸如戊燒、己燒等。
[0099] 適合用在單元電池溶液中的電解質(zhì)制劑可包括在非水電解質(zhì)組合物中的一種或 多種電解質(zhì)鹽。合適的電解質(zhì)鹽包括但不限于：六氟磷酸鋰、LiPF3(CF2CF3) 3、雙（三氟甲磺 酰）亞胺鋰、雙（全氟乙磺酰）亞胺鋰、（氟磺酰）（九氟丁磺酰）亞胺鋰、雙（氟磺酰）亞 胺鋰、四氟硼酸鋰、高氯酸鋰、六氟砷酸鋰、三氟甲磺酸鋰、三（三氟甲磺酰）甲基鋰、雙（草 酸根合）硼酸鋰、二氟（草酸根合）硼酸鋰、Li 2B12F12_xHx，其中X等于0至8,以及氟化鋰和 諸如B(0C 6F5)3的陰離子受體的混合物。也可以使用這些或相當(dāng)?shù)碾娊赓|(zhì)鹽中的兩種或更 多種的混合物。在一個(gè)實(shí)施例中，電解質(zhì)鹽是雙（三氟甲磺酰）亞胺鋰。電解質(zhì)鹽在非水 電解質(zhì)組合物中的存在量可以為約〇. 2至約2. 0M，更具體地為約0. 3至約1. 5M，并且更具 體地為約0. 5至約1. 2M。
[0100] 實(shí)Μ:以下實(shí)例顯示具有多孔隔板的樣品單元電池，所述多孔隔板涂覆有烴離聚 物，作為硬幣單元電池300的多孔隔板306。比較例Α和Β顯示沒(méi)有任何摻入烴離聚物的制 品的單元電池。下面參考具體的實(shí)例。
[0101] 實(shí)例1 :實(shí)例1描述并入了涂覆有烴離聚物的多孔隔板的Li-S單元電池的制備和 電化學(xué)評(píng)價(jià)，所述烴離聚物為SURLYN?的鋰交換衍生物，SURLYN?是用鋅、鈉、鋰或 其它金屬部分中和的乙烯和甲基丙烯酸酯的共聚物。用SURLYN?:通過(guò)噴涂涂覆多孔隔 板，并將經(jīng)涂覆的多孔隔板浸在含有鋰離子源的浴中進(jìn)行鋰交換以增加 SURLYN?中的 鋰中和。
[0102] 制備 C-S 復(fù)合材料：將大約 1. 0g 具有大約 1400m2/g BET(KETJENBLACK EC-600JD 的產(chǎn)品數(shù)據(jù)表，Akzo Nobel)的表面積和4. 07cc/g(通過(guò)BJH方法測(cè)定）的孔內(nèi)容積的碳 粉末（KETJENBLACK EC-600JD，Akzo Nobel)放入30ml玻璃小瓶中并裝載到高壓釜中，所述 高壓釜裝有大約100克元素硫（Sigma Aldrich 84683)。防止碳粉末與元素硫發(fā)生物理接 觸，但碳粉末可接近硫蒸氣。關(guān)閉高壓釜，用氮吹掃，然后在靜態(tài)氣氛下加熱到300°C達(dá)24 小時(shí)以產(chǎn)生硫蒸氣。C-S復(fù)合材料的最終硫含量為51重量％硫。
[0103] C-S復(fù)合材料的罐磨:稱量1. 52g上述C-S復(fù)合材料、43. 2g乙醇（Sigma Aldrich 459836)和5mm直徑的氧化鋯介質(zhì)125g到125mL聚乙烯瓶中。將瓶密封，并在罐磨機(jī)上的 較大罐內(nèi)部來(lái)回顛倒翻滾15小時(shí)。
[0104] 制各電極鉬合物（C-S復(fù)合材料/粘結(jié)劑/炭黑制劑）:將平均Mw為600, 000的聚 環(huán)氧乙燒（Sigma Aldrich 182028)溶解在乙臆（Sigma Aldrich271004)中以產(chǎn)生 5.0 重 量％的聚合物溶液。將121mg導(dǎo)電性炭黑SUPER C65(Timcal Ltd.)(通過(guò)ASTM D3037-89 測(cè)定BET氮表面積為62m2/g) (SUPER C65的技術(shù)數(shù)據(jù)表，Timcal Ltd.)分散在3. 65g的 5. 0重量％ ΡΕ0溶液、6. 8g去離子水和2g乙醇中。用磁力攪拌棒使?jié){料混合15分鐘以形 成SUPER C65/PE0漿料。連同24g去離子水一起將36g上述C-S復(fù)合材料的罐磨懸浮液添 加至SUPER C65/PIB漿料。此混合物中的固體載量具有的在ΡΕ0和C-S中的大致％PE0為 0. 1304 (即，13. 04重量％的ΡΕ0)。將此制劑攪拌90分鐘，然后在超聲浴中混合30分鐘，并 再攪拌60分鐘。
[0105] 噴涂以形成分層/電極:通過(guò)將配制的油墨漿料混合物噴涂到作為用于分層/電 極的基板的雙面涂碳的錯(cuò)箔（1密耳，Exopac Advanced Coatings)的一側(cè)上來(lái)形成分層/ 電極。基板上的涂覆區(qū)域的尺寸為大約10cmX 10cm。按逐層模式通過(guò)氣刷（PATRIOT 105， Badger Air-Brush Co.)將油墨楽料混合物噴涂到一層中的基板上。對(duì)基板表面施加每4 層后在70°C熱板上將基板加熱約10秒。一旦將所有的油墨漿料混合物噴涂到基板上，則將 分層/電極在70°C溫度下的真空中放置5分鐘的一段時(shí)間。在定制裝置上的兩個(gè)鋼輥之間 將干燥的分層/電極壓延到約1密耳的最終厚度。
[0106] 制各烴離聚物（SIIRLYN?)涂覆的多孔隔板:將尺寸為6cmX 11 · 6cm的一片 CELGARD 2325隔板（Celgard，LLC)貼至玻璃板并在熱板上加熱到70°C。然后使用氣刷用 SURLYlsf?離聚物的水分散體以6. 4重量％載量對(duì)隔板進(jìn)行噴涂。當(dāng)隔板上的Surlyn?: 載量達(dá)到0. 3mg/cm2時(shí)，將樣品在70°C真空烘箱中干燥15分鐘。然后通過(guò)將經(jīng)涂覆的隔板 浸在2M LiOH水溶液浴中過(guò)夜而將其離子交換。用去離子水對(duì)其進(jìn)行沖洗并在70°C下真空 干燥2小時(shí)。
[0107] 制各電解質(zhì):將2. 87克雙（三氟甲磺酰）亞胺鋰（LiTFSI，Novolyte)與10毫升 的1，2二甲氧基乙烷（甘醇二甲醚，Sigma Aldrich，259527)混合以產(chǎn)生0.9M電解質(zhì)溶液。
[0108] 制各硬幣單元電池 :從分層/電極沖裁出14. 29mm直徑圓盤(pán)并用作正電極307。電 極的最終重量（直徑14. 29mm，減去鋁集電器的重量）為4. 3mg。這相當(dāng)于電極上的元素硫 的計(jì)算重量為1. 76mg。
[0109] 硬幣單元電池300包括正電極307,從前面部分中描述的經(jīng)Surlyn"涂覆的隔板 片沖裁出19mm直徑圓盤(pán)。將此盤(pán)在甘醇二甲醚（Sigma Aldrich，259527)中浸泡過(guò)夜。將經(jīng) 浸泡的盤(pán)用作硬幣單元電池300中的多孔隔板306,其中隔板的經(jīng)涂覆的側(cè)面面向正電極。 將正電極307、隔板306、鋰箔負(fù)電極304(Chemetall Foote Corp.)和非水電解質(zhì)的幾個(gè)電 解質(zhì)滴305夾入具有1密耳厚不銹鋼墊片盤(pán)和波形彈簧（Hohsen Corp.)的Hohsen2032不 銹鋼硬幣單元電池盒中。所述構(gòu)造涉及圖3中所示的以下順序：底蓋308、正電極307、電解 質(zhì)滴305、多孔隔板306、電解質(zhì)滴305、負(fù)電極304、墊片盤(pán)303、波形彈簧302和頂蓋301。 用MTI卷邊機(jī)（MTI)將最終組件卷邊。
[0110] 電化學(xué)測(cè)試備件：將if電極307在室淵下以C/5(對(duì)于元素硫的充電容量，基于 1675mAh/g S)在1.5V與3. 0V之間（相對(duì)于Li/Li°)循環(huán)。這相當(dāng)于正電極307中335mAh/ g S的電流。
[0111] 電化學(xué)評(píng)價(jià)：經(jīng)在第10次循環(huán)放電測(cè)量的最大充電容量為827mAh/gS，其中庫(kù)侖 效率為80. 2%。
[0112] 實(shí)例2 :與實(shí)例1中的材料相同地制備實(shí)例2中的材料，但在組裝單元電池之前在 較高的溫度下壓延經(jīng)烴離聚物涂覆的多孔隔板。
[0113] 制備經(jīng)烴離聚物（SURL YNA)涂覆的多孔隔板：從實(shí)例1中的隔板切出一條 6cmX3cm的鋰離子交換的經(jīng)SURLYlsf涂覆的隔板，并在定制壓延裝置上的兩個(gè)鋼輥之 間進(jìn)行壓延。將隔板夾在ΚΑΡΤΟΝ'κ:薄膜的片之間。將輥的溫度保持在7〇°C。
[0114] 制備硬幣單元電池 :采用與實(shí)例1相同的程序制備硬幣單元電池和電解質(zhì)并進(jìn)行 循環(huán)。電極的最終重量（直徑14. 29_，減去鋁集電器的重量）為4. lmg。這相當(dāng)于電極上 的元素硫的計(jì)算重量為1. 68mg。
[0115] 電化學(xué)測(cè)試備件：將if電極307在室淵下以C/5(對(duì)于元素硫的充電容量，基于 1675mAh/g S)在1.5V與3. 0V之間（相對(duì)于Li/Li°)循環(huán)。這相當(dāng)于正電極307中335mAh/ g S的電流。
[0116] 電化學(xué)評(píng)價(jià):經(jīng)在第10次循環(huán)放電測(cè)量的最大充電容量為855mAh/gS，其中庫(kù)侖 效率為90%。
[0117] 比較例A :比較例A描述具有多孔隔板的Li-S單元電池的制備和電化學(xué)評(píng)價(jià)，為 與上面的實(shí)例1和2進(jìn)行比較，所述多孔隔板不涂覆有任何烴離聚物。比較例A中的Li-S 單元電池使用不涂覆有任何烴離聚物或在任何溫度下壓延的多孔隔板，但在其它方面的制 備方式類似于上面實(shí)例1和2描述的制備。
[0118] 制各硬幣單元電池 :采用與實(shí)例1和2相同的程序制備硬幣單元電池并進(jìn)行循環(huán)。 比較例A中使用的正電極307與實(shí)例1和2中的電極相同。電極的最終重量（直徑14. 29mm， 減去鋁集電器的重量）為4. 8mg。這相當(dāng)于電極上的硫的計(jì)算重量為2. Omg。多孔隔板由 按原樣使用的CELGARD2325制成。在組裝硬幣單元電池之前不將多孔隔板在甘醇二甲醚中 浸泡。
[0119] 電化學(xué)測(cè)試備件：將if電極307在室淵下以C/5(對(duì)于元素硫的充電容量，基于 1675mAh/g S)在1.5V與3. 0V之間（相對(duì)于Li/Li°)循環(huán)。這相當(dāng)于正電極307中335mAh/ g S的電流。
[0120] 電化學(xué)評(píng)價(jià):經(jīng)在第10次循環(huán)放電測(cè)量的最大充電容量為1，〇56mAh/g S，其中庫(kù) 侖效率為51. 3%。
[0121] 實(shí)例3 :實(shí)例3描述包括涂覆有烴離聚物的多孔隔板的Li-S單元電池的制備和 電化學(xué)評(píng)價(jià)，所述經(jīng)離聚物為聚乙烯磺酸（PVSA)的鈉鹽的鋰交換衍生物（Sigma Aldrich, 278424)。
[0122] 制各 C-S 復(fù)合材料:將大約 1. 0g 具有大約 1400m2/g BET(KETJENBLACK EC-600JD 的產(chǎn)品數(shù)據(jù)表，Akzo Nobel)的表面積和4. 07cc/g(通過(guò)BJH方法測(cè)定）的孔內(nèi)容積的碳 粉末（KETJENBLACK EC-600JD，Akzo Nobel)放入30ml玻璃小瓶中并裝載到高壓釜中，所述 高壓釜裝有大約100克元素硫（Sigma Aldrich 84683)。防止碳粉末與元素硫發(fā)生物理接 觸，但碳粉末可接近硫蒸氣。關(guān)閉高壓釜，用氮吹掃，然后在靜態(tài)氣氛下加熱到300°C達(dá)24 小時(shí)以產(chǎn)生硫蒸氣。C-S復(fù)合材料的最終硫含量為51重量％硫。
[0123] C-S復(fù)合材料的罐磨:稱量1. 8g上述C-S復(fù)合材料、51g甲苯（EMD Chemicals)和 5mm直徑的氧化鋯介質(zhì)120g到125mL聚乙烯瓶中。將瓶密封，并在罐磨機(jī)上的較大罐內(nèi)部 來(lái)回顛倒翻滾15小時(shí)。
[0124] 制各某礎(chǔ)纟目合物（C-S復(fù)合材料/粘結(jié)劑/炭黑制劑）：將平詢M...為4, 200, 000 的聚異丁烯（Sigma Aldrich 181498)溶解在甲苯中以產(chǎn)生2.0重量％的聚合物溶液。將 153mg導(dǎo)電性炭黑SUPER C65 (Timcal Ltd.)(通過(guò)ASTM D3037-89測(cè)定BET氮表面積為 62m2/g) (SUPER C65的技術(shù)數(shù)據(jù)表，Timcal Ltd.)分散在11. 4g的2. 0重量％ PIB溶液中。 連同27g甲苯一起將45g上述C-S復(fù)合材料的罐磨懸浮液添加至SUPER C65/PIB漿料以形 成具有約2重量％的固體載量的油墨漿料。將此油墨攪拌3小時(shí)。
[0125] 噴涂以形成分層/電極:通過(guò)將配制的油墨漿料噴涂到作為用于基礎(chǔ)分層/電極 的基板的雙面涂碳的錯(cuò)箔（1密耳，Exopac Advanced Coatings)的一側(cè)上來(lái)形成分層/電 極。基板上的涂覆區(qū)域的尺寸為大約10cmX 10cm。按逐層模式通過(guò)氣刷（PATRIOT 105， Badger Air-Brush Co.)將油墨漿料噴涂到一層中的基板上面。對(duì)基板表面施加每4層后 在70°C熱板上將基板加熱約10秒。一旦將所有的油墨漿料噴涂到基板上，則將基礎(chǔ)分層/ 電極在70°C溫度下的真空中放置5分鐘的一段時(shí)間。
[0126] 制備烴離聚物（PVSA)溶液：使聚乙烯磺酸（PVSA)鈉鹽（Sigma Aldrich， 278424)的25重量％分散體通過(guò)已經(jīng)用鋰離子交換的離子交換樹(shù)脂柱DOWEX? (Dow 50WX8-200)。洗脫液中的聚合物濃度為2. 5重量％。
[0127] 多孔隔板的烴離聚物（PVSA)啼涂：將尺寸為6cmX9cm的一片CELGARD 2325隔板 (Celgard，LLC)貼至玻璃板并在熱板上加熱到70°C。然后使用氣刷用在前面部分中制備的 PVSA溶液對(duì)多孔隔板進(jìn)行噴涂。當(dāng)隔板上的PVSA載量達(dá)到每平方厘米約0. 7mg時(shí)，將樣品 在70°C真空烘箱中干燥過(guò)夜。將經(jīng)涂覆的隔板轉(zhuǎn)移到氮干燥箱中。
[0128] 制各電解質(zhì):將2. 87克雙（三氟甲磺酰）亞胺鋰（LiTFSI，Novolyte)與10毫升 的1，2二甲氧基乙烷（甘醇二甲醚，Sigma Aldrich，259527)混合以產(chǎn)生0.9M電解質(zhì)溶液。
[0129] 制各硬幣單元電池 :使用電極和上述經(jīng)涂覆的多孔隔板制備硬幣單元電池300用 于測(cè)試。從最終的分層/電極沖裁出14. 29mm直徑圓盤(pán)并用作正電極307。電極的最終重 量（直徑14. 29mm，減去鋁集電器的重量）為5. 7mg。這相當(dāng)于電極上的元素硫的計(jì)算重量 為 2. 34mg。
[0130] 從前面部分中描述的經(jīng)PVSA涂覆的隔板片沖裁出19mm直徑圓盤(pán)。將此盤(pán)在甘醇 二甲醚（Sigma Aldrich，259527)中浸泡過(guò)夜。然后將其用作硬幣單元電池300中的多孔 隔板306,隔板的經(jīng)涂覆的側(cè)面面向正電極307。
[0131] 將正電極307、隔板306、鋰箔負(fù)電極304(Chemetall Foote Corp.)和非水電解 質(zhì)的幾個(gè)電解質(zhì)滴305夾入具有1密耳厚不銹鋼墊片盤(pán)和波形彈簧（Hohsen Corp.)的 Hohsen 2032不銹鋼硬幣單元電池盒中。所述構(gòu)造涉及圖3中所示的以下順序：底蓋308、 正電極307、電解質(zhì)滴305、多孔隔板306、電解質(zhì)滴305、負(fù)電極304、墊片盤(pán)303、波形彈簧 302和頂蓋301。用MTI卷邊機(jī)（MTI)將最終組件卷邊。
[0132] 電化學(xué)測(cè)試備件：將if電極307在室淵下以C/5(對(duì)于元素硫的充電容量，基于 1675mAh/g S)在1.5V與3. 0V之間（相對(duì)于Li/Li°)循環(huán)。這相當(dāng)于正電極307中335mAh/ g S的電流。
[0133] 電化學(xué)評(píng)價(jià):經(jīng)在第10次循環(huán)放電測(cè)量的最大充電容量為1，002mAh/g S，其中庫(kù) 侖效率為83. 6%。
[0134] 實(shí)例4 :實(shí)例4描述包括涂覆有烴離聚物的多孔隔板的Li-S單元電池的制備 和電化學(xué)評(píng)價(jià)，所述烴離聚物為聚（醚醚酮）PEEK(Victre X，150P)的鋰交換磺化衍生物 (SPEEK)。此實(shí)例中的正電極與實(shí)例3中使用的電極相同。用磺化的聚（醚醚酮）（SPEEK) 離聚物而不是PVSA涂覆此實(shí)例中的隔板。
[0135] 用鋰離子交換磺化 PEEK 形成 SPEEK :將 5. 0g 的 PEEK(Victrex，150P， (Lancashire, UK))溶解在176g濃硫酸中，并在室溫下快速攪拌六天。聚合物從冰水中的 溶液中沉淀出來(lái)，然后過(guò)濾并用去離子水沖洗，直至濾液pH達(dá)到4。通過(guò)在2M氫氧化鋰浴 中攪拌使聚合物與鋰離子進(jìn)行交換。將溶液過(guò)濾并用去離子水沖洗聚合物，直至濾液是pH 中性的。最后將聚合物在70°C真空烘箱中干燥過(guò)夜。
[0136] 多孔隔板的烴離聚物（SPEEK)啼涂:將鋰交換的SPEEK以5重量％濃度溶解在二 甲基乙酰胺（DMAc) (Sigma Aldrich，271012)中。將尺寸為 6cmX 6cm 的一片 CELGARD 2325 多孔隔板（Celgard，LLC)貼至玻璃板并在熱板上加熱到70°C。然后使用氣刷用鋰交換的 SPEEK溶液對(duì)多孔隔板進(jìn)行噴涂。當(dāng)隔板上的離聚物載量達(dá)到每平方厘米約0. 2mg時(shí)，將樣 品轉(zhuǎn)移到70°C真空烘箱中達(dá)8小時(shí)。將經(jīng)涂覆的隔板轉(zhuǎn)移到氮干燥箱中。
[0137] 制備電解質(zhì)：將2. 87克雙（三氟甲磺酰）亞胺鋰（LiTFSI，Novolyte)與10毫升 1，2二甲氧基乙烷（甘醇二甲醚，Sigma Aldrich，259527)混合以產(chǎn)生0.9M電解質(zhì)溶液。
[0138] 制各硬幣單元電池 ：采用與實(shí)例1相同的稈序制各硬幣單元電池并講行循環(huán)。電 極的最終重量（直徑14. 29mm，減去鋁集電器的重量）為4. 9mg。這相當(dāng)于電極上的硫的計(jì) 算重量為2. Olmg。
[0139] 電化學(xué)測(cè)試備件：將if電極307在室淵下以C/5(對(duì)于元素硫的充電容量，基于 1675mAh/g S)在1.5V與3. 0V之間（相對(duì)于Li/Li°)循環(huán)。這相當(dāng)于正電極307中335mAh/ g S的電流。
[0140] 電化學(xué)評(píng)價(jià):經(jīng)在第10次循環(huán)放電測(cè)量的最大充電容量為945mAh/gS，其中庫(kù)侖 效率為92. 3%。
[0141] 比較例B :比較例B描述具有多孔隔板的Li-S單元電池的制備和電化學(xué)評(píng)價(jià)，為 與上面的實(shí)例3和4進(jìn)行比較，所述多孔隔板不涂覆有任何烴離聚物。比較例B中的Li-S 單元電池使用不涂覆有任何烴離聚物的多孔隔板。
[0142] 制各硬幣單元電池 :采用與實(shí)例3和4相同的程序制備硬幣單元電池并進(jìn)行循環(huán)。 比較例B中使用的正電極307與實(shí)例3和4中的電極相同。電極的最終重量（直徑14. 29mm， 減去鋁集電器的重量）為5. 2mg。這相當(dāng)于電極上的硫的計(jì)算重量為2. 09mg。多孔隔板由 按原樣使用的CELGARD 2325制成。在組裝硬幣單元電池之前不將多孔隔板在甘醇二甲醚 中浸泡。
[0143] 電化學(xué)測(cè)試備件：將if電極307在室淵下以C/5(對(duì)于元素硫的充電容量，基于 1675mAh/g S)在1.5V與3. 0V之間（相對(duì)于Li/Li°)循環(huán)。這相當(dāng)于正電極307中335mAh/ g S的電流。
[0144] 電化學(xué)評(píng)價(jià):經(jīng)在第10次循環(huán)放電測(cè)量的最大充電容量為1，023mAh/g S，其中庫(kù) 侖效率為56. 5%。
[0145] 利用并入了烴離聚物制品（諸如涂層、膜、薄膜及摻入了烴離聚物的其它制品）的 Li-S單元電池提供了具有高庫(kù)侖效率的高最大充電容量Li-S電池。并入了烴離聚物制品 的Li-S單元電池可在廣泛的Li-S電池應(yīng)用中用于為許多家庭和工業(yè)應(yīng)用提供潛在的動(dòng)力 源。并入了這些烴離聚物制品的Li-S電池特別適用于作為諸如移動(dòng)電話、相機(jī)和便攜式 計(jì)算裝置的小型電氣裝置的電源，并且也可用作用于汽車(chē)點(diǎn)火電池和用于電氣化汽車(chē)的電 源。
[0146] 雖然在本公開(kāi)內(nèi)容的全文中具體描述了有代表性的實(shí)例，但它們可具有廣泛的應(yīng) 用范圍，并且上述討論不旨在且不應(yīng)被解釋成具有限制意義。本文所用的術(shù)語(yǔ)、描述和附圖 僅以示例的方式給出，并不意味著具有限制性。本領(lǐng)域技術(shù)人員可認(rèn)識(shí)到，在本發(fā)明原理的 實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)的許多變化是可能的。雖然已參考附圖描述了許多實(shí)例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員 能夠?qū)λ枋龅膶?shí)例做出各種修改而不偏離以下權(quán)利要求及其等同表述的范圍。
[0147] 此外，前述摘要的目的是為了使美國(guó)專利和商標(biāo)局以及相關(guān)領(lǐng)域中不熟悉專利或 法律術(shù)語(yǔ)或措辭的一般公眾且尤其是科學(xué)家、工程師和從業(yè)人員能夠通過(guò)粗略閱讀而快速 確定本技術(shù)公開(kāi)內(nèi)容的本質(zhì)和要點(diǎn)。摘要不旨在以任何方式對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限制。
【權(quán)利要求】
1. 單元電池，包括： 包含硫化合物的正電極； 負(fù)電極； 耦接所述正電極與所述負(fù)電極的電路； 電解質(zhì)介質(zhì)； 所述單元電池的內(nèi)壁；和 包含烴離聚物的制品。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單元電池，其中所述制品為多孔隔板。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單元電池，其中將所述烴離聚物作為所述制品表面上的表面 涂層以約〇. 0001至l〇〇mg/cm2的量摻入。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的單元電池，其中所述烴離聚物位于所述多孔隔板中的孔的孔 壁中并暴露于位于所述孔的孔內(nèi)容積中的電解質(zhì)介質(zhì)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單元電池，其中所述電解質(zhì)介質(zhì)為包含溶劑和電解質(zhì)的含鋰 單元電池溶液。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單元電池，其中所述制品為位于以下中至少一者的表面上的 涂層： 多孔隔板， 所述負(fù)電極， 所述電路，和 所述單元電池的內(nèi)壁。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單元電池，其中所述制品處于所述電解質(zhì)介質(zhì)中并為以下之 薄膜， 膜，和 在其不同部分中包括薄膜和膜的特性的組合。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單元電池，其中所述烴離聚物包含至少一種選自磺酸根、磷 酸根和膦酸根離子基團(tuán)的離子基團(tuán)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單元電池，其中所述烴離聚物具有大于約10%的中和比率。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單元電池，其中所述烴離聚物為以下之一： 中和的聚乙烯磺酸，和 聚（醚醚酮）的中和的磺化衍生物。
11. 制造單元電池的方法，包括： 制作多個(gè)部件以形成所述單元電池，其中所述多個(gè)部件包括 包含硫化合物的正電極， 負(fù)電極， 耦接所述正電極與所述負(fù)電極的電路， 電解質(zhì)介質(zhì)， 所述單元電池的內(nèi)壁，和 包含烴離聚物的制品。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述制品為多孔隔板。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中將所述烴離聚物作為所述制品表面上的表面涂 層以約0. 0001至100mg/cm2的量摻入。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述烴離聚物位于所述多孔隔板中的孔的孔壁 中并暴露于位于所述孔的孔內(nèi)容積中的電解質(zhì)介質(zhì)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述電解質(zhì)介質(zhì)為包含溶劑和電解質(zhì)的含鋰單 元電池溶液。
16. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述制品為位于以下中至少一者的表面上的涂 層： 多孔隔板， 所述負(fù)電極， 所述電路，和 所述單元電池的內(nèi)壁。
17. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述制品處于所述單元電池溶液中并為以下之 薄膜， 膜，和 在其不同部分中包括薄膜和膜的特性的組合。
18. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述烴離聚物包含至少一種選自磺酸根、磷酸 根和膦酸根離子基團(tuán)的離子基團(tuán)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述烴離聚物具有大于約10%的中和比率。
20. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述烴離聚物為以下之一： 中和的聚乙烯磺酸，和 聚（醚醚酮）的中和的磺化衍生物； 聚乙烯磺酸的鈉鹽的鋰交換衍生物，和 聚（醚醚酮）的鋰交換磺化衍生物。
21. 使用單元電池的方法，包括選自以下多個(gè)步驟中的至少一個(gè)步驟，所述多個(gè)步驟包 括： 將儲(chǔ)存在所述單元電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能；以及 將電能轉(zhuǎn)換成儲(chǔ)存在所述單元電池中的化學(xué)能，其中所述單元電池包括： 包含硫化合物的正電極， 負(fù)電極， 耦接所述正電極與所述負(fù)電極的電路， 電解質(zhì)介質(zhì)， 所述單元電池的內(nèi)壁，和 包含烴離聚物的制品。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述單元電池與以下中的至少一者相關(guān)聯(lián)：便 攜式電池、用于電氣化車(chē)輛的電源、用于車(chē)輛的點(diǎn)火系統(tǒng)的電源和用于移動(dòng)裝置的電源。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述制品為多孔隔板。
24. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中將所述烴離聚物作為所述制品表面上的表面涂 層以約0. 0001至100mg/cm2的量摻入。
25. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述烴離聚物位于所述多孔隔板中的孔的孔壁 中并暴露于位于所述孔的孔內(nèi)容積中的電解質(zhì)介質(zhì)。
26. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述電解質(zhì)介質(zhì)為包含溶劑和電解質(zhì)的含鋰單 元電池溶液。
27. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述制品為位于以下中至少一者的表面上的涂 層： 多孔隔板， 所述負(fù)電極， 所述電路，和 所述單元電池的內(nèi)壁。
28. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述制品處于所述單元電池溶液中并為以下之 薄膜， 膜，和 在其不同部分中包括薄膜和膜的特性的組合。
29. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述烴離聚物包含至少一種選自磺酸根、磷酸 根和膦酸根離子基團(tuán)的離子基團(tuán)。
30. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述烴離聚物具有大于約10%的中和比率。
31. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述烴離聚物為以下之一： 中和的聚乙烯磺酸，和 聚（醚醚酮）的中和的磺化衍生物。
【文檔編號(hào)】H01M10/04GK104221202SQ201380010350
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2013年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月23日
【發(fā)明者】S.D.阿瑟, K.考塔基斯, B.維塞 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司