一般地描述了鋰離子電化學(xué)電池中的保護(hù)層及相關(guān)電極和方法。

背景技術(shù)：

鋰離子電化學(xué)電池(有時(shí)也稱為鋰離子電池)是在充電和放電期間在陽極與陰極之間傳輸鋰離子的一類電化學(xué)電池。典型的鋰離子電化學(xué)電池包括與含碳陽極(例如石墨)成對(duì)的基于鋰嵌入化合物的陰極。近年來，對(duì)于開發(fā)高能量密度鋰離子電化學(xué)電池具有相當(dāng)大的興趣，特別是在消費(fèi)性電子產(chǎn)品、車輛和航空航天應(yīng)用中。然而，由于電池組件(例如電極和電解質(zhì))之間的不利的相互作用，可抑制鋰離子電化學(xué)電池的性能。

因此，期望改進(jìn)的鋰離子電化學(xué)電池。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一般地描述了鋰離子電化學(xué)電池中的保護(hù)層及相關(guān)電極和方法。在一些情況下，本發(fā)明的主題涉及相關(guān)產(chǎn)品、特定問題的替代解決方案和/或一個(gè)或更多個(gè)系統(tǒng)和/或制品的多種不同的用途。

在一個(gè)方面，描述了鋰嵌入電極。根據(jù)一些實(shí)施方案，鋰嵌入電極包括包含電活性材料的層(即，電活性層)，其中電活性材料是鋰嵌入化合物。電極還包括設(shè)置在包含電活性材料的層的表面上的無機(jī)鋰離子傳導(dǎo)層。

根據(jù)一些實(shí)施方案，鋰嵌入電極包括包含電活性材料的層。在某些實(shí)施方案中，電活性材料是鋰嵌入化合物。在一些實(shí)施方案中，無機(jī)鋰離子傳導(dǎo)層與包含電活性材料的層結(jié)合為一體。鋰離子傳導(dǎo)層的厚度為至少0.1微米。

在另一個(gè)方面，描述了制造鋰嵌入電極的方法。在一些實(shí)施方案中，該方法包括使無機(jī)鋰離子傳導(dǎo)層沉積到包含電活性材料的層上。在某些情況下，電活性材料是鋰嵌入化合物。

在另一個(gè)方面，提供了一種電化學(xué)電池。在一些實(shí)施方案中，所述電化學(xué)電池包括第一鋰嵌入電極，其包括包含電活性材料的層和與包含電活性材料的層結(jié)合為一體的無機(jī)鋰離子傳導(dǎo)層。無機(jī)鋰離子傳導(dǎo)層可以包含鋰。電化學(xué)電池還包括第二電極和電解質(zhì)。第一鋰嵌入電極的至少一部分與電解質(zhì)接觸。

在另一個(gè)方面，提供了一種方法。該方法包括使包括第一鋰嵌入電極的電化學(xué)電池循環(huán)，該第一鋰嵌入電極包括包含電活性材料的層以及與包含電活性材料的層結(jié)合為一體的無機(jī)鋰離子傳導(dǎo)層。無機(jī)鋰離子傳導(dǎo)層可以包含鋰。電化學(xué)電池還包括第二電極。該方法包括基本上抑制由第一鋰嵌入電極分解的物質(zhì)或由電解質(zhì)分解的物質(zhì)駐留在第二電極上。

在另一個(gè)方面，描述了一種電極。在一些實(shí)施方案中，該電極包括包含電活性材料的層。在某些情況下，電活性材料的至少一部分與電解質(zhì)直接接觸和/或?qū)訛槎嗫椎暮?或?qū)影ǘ鄠€(gè)電活性材料的顆粒。在一些實(shí)施方案中，第一電極包括與包含電活性材料的層結(jié)合為一體的無機(jī)鋰離子傳導(dǎo)層。

在另一個(gè)方面，描述了一種制造電極的方法。在一些實(shí)施方案中，該方法包括將無機(jī)鋰離子傳導(dǎo)層沉積到包含電活性材料的層上。在某些情況下，包含電活性材料的層為多孔的和/或包含多個(gè)顆粒。在一些實(shí)施方案中，無機(jī)鋰離子傳導(dǎo)層包含鋰。

當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)和新特征將由以下本發(fā)明的多個(gè)非限制性實(shí)施方案的詳細(xì)描述而變得顯而易見。在本說明書和通過引用并入的文件包括沖突和/或不一致的公開內(nèi)容的情況下，以本說明書為準(zhǔn)。

附圖說明

將參照附圖通過舉例的方式來描述本發(fā)明的非限制性實(shí)施方案，附圖為示意性的并且不旨在按比例繪制。在附圖中，例示的每個(gè)相同或幾乎相同的部件通常由單一附圖標(biāo)記表示。為了清楚起見，在說明對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解本發(fā)明來說不必要的情況下，并非每個(gè)部件都在每個(gè)圖中標(biāo)出，也并非本發(fā)明的每個(gè)實(shí)施方案的每個(gè)部件都被示出。在附圖中：

圖1是根據(jù)一些實(shí)施方案的電極的截面示意圖；

圖2是根據(jù)一些實(shí)施方案的電極的截面示意圖；

圖3a至3b是根據(jù)一些實(shí)施方案的電化學(xué)電池的截面示意圖，包括：(a)與含第一電活性材料的層結(jié)合為一體的鋰離子傳導(dǎo)層；以及(b)與含第二不同電活性材料的層結(jié)合為一體的鋰離子傳導(dǎo)層；

圖4是根據(jù)一些實(shí)施方案的電化學(xué)電池的截面示意圖，該電化學(xué)電池包括與含第一電活性材料的層結(jié)合為一體的第一鋰離子傳導(dǎo)層以及與含第二電活性材料的層結(jié)合為一體的第二鋰離子傳導(dǎo)層；

圖5是根據(jù)一些實(shí)施方案的電化學(xué)電池的截面示意圖，該電化學(xué)電池包括含第一和第二電活性材料的層、鋰離子傳導(dǎo)層、隔離物以及第一和第二基底；

圖6是根據(jù)一些實(shí)施方案的電化學(xué)電池的截面示意圖，該電化學(xué)電池包括含第一和第二電活性材料的層、第一和第二鋰離子傳導(dǎo)層、隔離物以及第一和第二基底；

圖7是根據(jù)一些實(shí)施方案的電化學(xué)電池的放電容量作為循環(huán)的函數(shù)的示例圖，該電化學(xué)電池包括石墨陽極和氧化鋰涂覆的鐵鋰磷酸鹽(lfp)陰極。

圖8a至8b是根據(jù)一些實(shí)施方案的氧化鋰涂覆的lfp陰極的截面圖的掃描電子顯微鏡(sem)圖像：(a)在循環(huán)前；和(b)在70次循環(huán)后(初始5次循環(huán)在室溫下，然后在50℃下)；

圖9a至b是在(a)石墨/lfp對(duì)照電池和(b)石墨/li2o涂覆的lfp電池中70次循環(huán)后石墨陽極的能量色散光譜(eds)譜圖；

圖10是根據(jù)一些實(shí)施方案的電化學(xué)電池的放電容量作為循環(huán)的函數(shù)的示例圖，該電化學(xué)電池包括石墨陽極和具有0.5μm厚的硫氧化鋰涂層的lfp陰極，其中對(duì)于前5次循環(huán)，使電化學(xué)電池在室溫下進(jìn)行循環(huán)，然后使電化學(xué)電池在50℃下循環(huán)。

圖11是根據(jù)一些實(shí)施方案的電化學(xué)電池的放電容量作為循環(huán)的函數(shù)的示例圖，該電化學(xué)電池包括石墨陽極和具有0.5μm厚的硫氧化鋰涂層的lfp陰極，其中對(duì)于前5次循環(huán)，使電化學(xué)電池在室溫下進(jìn)行循環(huán)，在60℃烘箱中在完全充電狀態(tài)下儲(chǔ)存1星期，然后使電化學(xué)電池在室溫下再循環(huán)5個(gè)循環(huán)；

圖12是根據(jù)一些實(shí)施方案的電化學(xué)電池的放電容量作為循環(huán)的函數(shù)的示例圖，該電化學(xué)電池包括石墨陽極上的2μm厚的氧化鋰層，其中對(duì)于前5次循環(huán)，使電化學(xué)電池在室溫下進(jìn)行循環(huán)，在60℃烘箱中在完全充電狀態(tài)下儲(chǔ)存1星期，然后使電化學(xué)電池在室溫下再循環(huán)5個(gè)循環(huán)；

圖13是根據(jù)一些實(shí)施方案的電化學(xué)電池的放電容量作為循環(huán)的函數(shù)的示例圖，根據(jù)一些實(shí)施方案，該電化學(xué)電池包括石墨陽極上的2μm厚的氧化鋰層以及l(fā)fp陰極上的2μm厚的氧化鋰層，其中對(duì)于前5次循環(huán)，使電化學(xué)電池在室溫下進(jìn)行循環(huán)，在60℃烘箱中在完全充電狀態(tài)下儲(chǔ)存1星期，然后使電化學(xué)電池在室溫下再循環(huán)5個(gè)循環(huán)；

圖14是根據(jù)一些實(shí)施方案的電化學(xué)電池的放電容量作為循環(huán)的函數(shù)的示例圖，該電化學(xué)電池包括石墨陽極上的2μm厚的氧化鋰層和鋰鎳錳鈷氧化物(“nmc”或“ncm”)陰極上的2μm厚的氧化鋰層，其中對(duì)于前5次循環(huán)，使電化學(xué)電池在室溫下進(jìn)行循環(huán)，在60℃烘箱中在完全充電狀態(tài)下儲(chǔ)存1星期，然后使電化學(xué)電池在室溫下再循環(huán)5個(gè)循環(huán)；

圖15是根據(jù)一些實(shí)施方案的電化學(xué)電池的放電容量作為循環(huán)的函數(shù)的示例圖，該電化學(xué)電池包括石墨陽極和lfp陰極、石墨陽極和涂覆有0.5μm厚的硫氧化鋰層的lfp陰極以及石墨陽極和涂覆有1μm厚的硫氧化鋰層的lfp陰極，其中對(duì)于前5次循環(huán)，使電化學(xué)電池在室溫下進(jìn)行循環(huán)，然后使電化學(xué)電池在50℃下進(jìn)行循環(huán)。

圖16是根據(jù)一些實(shí)施方案的電化學(xué)電池的放電容量作為循環(huán)的函數(shù)的示例圖，該電化學(xué)電池包括石墨陽極和涂覆有1μm厚的硫氧化鋰層的lfp陰極，其中對(duì)于前5次循環(huán)，使電化學(xué)電池在室溫下進(jìn)行循環(huán)，在60℃烘箱中在完全充電狀態(tài)下儲(chǔ)存1星期，然后使電化學(xué)電池在室溫下再循環(huán)5個(gè)循環(huán)；

圖17是根據(jù)一些實(shí)施方案的電化學(xué)電池的放電容量作為循環(huán)的函數(shù)的示例圖，該電化學(xué)電池包括涂覆有1μm厚的硫氧化鋰層的石墨陽極和lfp陰極，其中對(duì)于前5次循環(huán)，使電化學(xué)電池在室溫下進(jìn)行循環(huán)，在60℃烘箱中在完全充電狀態(tài)下儲(chǔ)存1星期，然后使電化學(xué)電池在室溫下再循環(huán)5個(gè)循環(huán)；

圖18a是根據(jù)一些實(shí)施方案的未涂覆的ncm陰極的sem圖像；

圖18b是根據(jù)一些實(shí)施方案的涂覆有1μm厚的氧化鋰層的ncm陰極的sem圖像；

圖19是根據(jù)一些實(shí)施方案的電化學(xué)電池的放電容量作為循環(huán)的函數(shù)的示例圖，該電化學(xué)電池包括石墨陽極和涂覆有1μm厚的氧化鋰層的ncm陰極，其中對(duì)于前5次循環(huán)，使電化學(xué)電池在室溫下進(jìn)行循環(huán)，然后使電化學(xué)電池在50℃下進(jìn)行循環(huán)。圖20a是根據(jù)一些實(shí)施方案在179次循環(huán)(初始5次循環(huán)在室溫下，然后在50℃下)后來自包括未涂覆的ncm陰極的電化學(xué)電池的石墨陽極的eds光譜和sem圖像(插圖)。

圖20b是根據(jù)一些實(shí)施方案在191次循環(huán)(初始5次循環(huán)在室溫下，然后在50℃下)后來自包括氧化鋰涂覆的ncm陰極的電化學(xué)電池的石墨陽極的eds光譜和sem圖像(插圖)；

圖21a是根據(jù)一些實(shí)施方案的基本上連續(xù)的鋰離子傳導(dǎo)層的自上而下視圖的sem圖像；以及

圖21b是根據(jù)一些實(shí)施方案的基本上多孔的鋰離子傳導(dǎo)層的自上而下視圖的sem圖像。

具體實(shí)施方式

一般地描述了鋰離子電化學(xué)電池及相關(guān)電極和方法。某些實(shí)施方案涉及以下認(rèn)識(shí)：保護(hù)性鋰離子傳導(dǎo)層可設(shè)置在鋰離子電化學(xué)電池內(nèi)的正極(例如，陰極)與負(fù)極(例如，陽極)之間以抑制電化學(xué)副產(chǎn)物(例如，副反應(yīng)副產(chǎn)物、溶解/浸出產(chǎn)物)在正極與負(fù)極之間傳輸。

鋰離子電化學(xué)電池的性能可被多種機(jī)制抑制。例如，在某些鋰離子電化學(xué)電池中，活性鋰可由于鋰與電解質(zhì)的副反應(yīng)而損失。在一些情況下，電解質(zhì)可在電化學(xué)電池的陰極和/或陽極處分解，這可導(dǎo)致電池阻抗增加。在某些情況下，電解質(zhì)分解可導(dǎo)致有害的酸性副產(chǎn)物，例如氫氟酸(hf)。在一些情況下，鋰離子陰極中的非鋰金屬陽離子可溶解并隨后在陽極處還原成金屬簇，這可使陽極上的鈍化層劣化并進(jìn)一步導(dǎo)致鋰與電解質(zhì)的不利的副反應(yīng)。非鋰金屬陽離子的損失還可導(dǎo)致鋰離子陰極結(jié)構(gòu)發(fā)生改變和/或陰極中的活性材料損失。

根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施方案，已發(fā)現(xiàn)，將鋰離子傳導(dǎo)材料(例如，無機(jī)鋰離子傳導(dǎo)材料如鋰離子傳導(dǎo)陶瓷)設(shè)置在鋰離子電化學(xué)電池的陽極與陰極之間可以降低電化學(xué)電池副產(chǎn)物或其他不期望的物質(zhì)在鋰離子電化學(xué)電池的電極之間傳輸?shù)某潭?。認(rèn)為，通過抑制這樣的副產(chǎn)物或物質(zhì)在電化學(xué)電池的電極之間傳輸，更好地保持電極的結(jié)構(gòu)，較少的電解質(zhì)損失或分解，和/或在電化學(xué)電池中損失較低活性的鋰，從而提高電池性能(例如，增加循環(huán)壽命)。

根據(jù)一些實(shí)施方案，鋰離子傳導(dǎo)層可以通過例如中和和/或減少副產(chǎn)物或物質(zhì)來抑制電極之間某些有害的電化學(xué)電池副產(chǎn)物或物質(zhì)的傳輸。例如，在一些電化學(xué)電池中，電解質(zhì)中某些鋰鹽(例如，lipf6)的水解可導(dǎo)致產(chǎn)生氫氟酸(hf)。電化學(xué)電池中鋰離子傳導(dǎo)材料的存在可以充當(dāng)酸捕集器，中和hf，和/或可以充當(dāng)水蒸汽捕集器，通過與水反應(yīng)減少水解并降低可用于鋰鹽水解的水量。在一些實(shí)施方案中，鋰離子傳導(dǎo)層可以通過物理阻礙副產(chǎn)物的傳輸來抑制電極之間某些有害的電化學(xué)電池副產(chǎn)物或物質(zhì)的傳輸。例如，在一些電化學(xué)電池中，鋰離子傳導(dǎo)層可以提供對(duì)某些電化學(xué)電池副產(chǎn)物(例如，非鋰金屬陽離子)不可滲透的物理屏障。用于抑制某些有害的電化學(xué)電池副產(chǎn)物或物質(zhì)的傳輸?shù)钠渌麢C(jī)制也是可能的。

根據(jù)某些實(shí)施方案，鋰離子傳導(dǎo)層可以與含多孔和/或顆粒電活性材料的層結(jié)合為一體。在一些實(shí)施方案中，并入這樣的電極中的鋰離子傳導(dǎo)層可以制成足夠薄，而仍對(duì)于抑制或降低副產(chǎn)物或物質(zhì)的傳輸速率是有效的，以及具有足夠的離子電導(dǎo)率以有效地輸送鋰離子穿過該層。

圖1是根據(jù)某些實(shí)施方案的電極100的示例性截面示意圖。在圖1中，電極100包括含電活性材料的層(也稱為“電活性材料層”)102和鋰離子傳導(dǎo)層104。在一些實(shí)施方案中，鋰離子傳導(dǎo)層104與含電活性材料的層102結(jié)合為一體。如本文所使用的，如果兩個(gè)層(直接地或間接地)結(jié)合使得不破壞兩個(gè)層中的至少一個(gè)或破壞設(shè)置在兩個(gè)層之間的一個(gè)或更多個(gè)中間層而無法將其分離，則鋰離子傳導(dǎo)層104與含電活性材料的層102“結(jié)合為一體”。在一些實(shí)施方案中，含電活性材料的層102設(shè)置為與鋰離子傳導(dǎo)層104相鄰。在某些情況下，例如圖1所示的實(shí)施方案，含電活性材料的層102與鋰離子傳導(dǎo)層104直接物理接觸。然而，在某些其他實(shí)施方案中，一個(gè)或更多個(gè)中間層(圖1中未示出)設(shè)置在含電活性材料的層102與鋰離子傳導(dǎo)層104之間。例如，設(shè)置在含電活性材料的層102與鋰離子傳導(dǎo)層104之間的中間層可以提供較含電活性材料的層102的表面相對(duì)更平滑的表面。已認(rèn)識(shí)到，在某些實(shí)施方案中，提供更平滑的表面以增強(qiáng)鋰離子傳導(dǎo)層104在含電活性材料的層102上的沉積可能是有利的(例如，更平滑的表面可允許鋰離子傳導(dǎo)層104以更連續(xù)的方式沉積，潛在地增加了平滑度和/或降低鋰離子傳導(dǎo)層104中的缺陷數(shù)量)?？蛇m合于為鋰離子傳導(dǎo)層104的沉積提供更平滑的表面的中間層的一個(gè)非限制性實(shí)例是聚合物層。合適的聚合物包括但不限于聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚醚、聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧丙烷、聚酰亞胺、聚磷腈、聚丙烯腈、聚硅氧烷、前述的衍生物、前述的共聚物、前述的交聯(lián)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及前述的共混物?？捎糜谔峁└交谋砻娴闹虚g層的另一個(gè)非限制性實(shí)例是包含電活性材料的顆粒(例如，納米顆粒)和/或含電活性材料的層102的添加劑的層，其中中間層的顆粒的平均最大截面尺寸小于含電活性材料的層102的顆粒。另外，非平面布置、具有與所示的那些不同比例的材料的布置以及其他替代布置可與本發(fā)明一起使用。

如本文所使用的，當(dāng)層被稱為位于(例如，置于)另一層“上”、“頂上”或與另一層“相鄰”時(shí)，其可以直接在另一層上、頂上或與另一層相鄰，或者也可以存在中間層。“直接在另一層上”、“直接與另一層相鄰”或“與另一層接觸”的層意指不存在中間層。同樣地，設(shè)置在兩個(gè)層“之間”的層可以直接在兩個(gè)層之間使得不存在中間層，或者可以存在中間層。

在一些實(shí)施方案中，鋰離子傳導(dǎo)層包含無機(jī)材料。例如，在某些情況下，鋰離子傳導(dǎo)層包含陶瓷材料。陶瓷材料可以具有結(jié)晶、多晶、部分結(jié)晶或非晶結(jié)構(gòu)。合適的陶瓷材料包括但不限于：金屬和/或類金屬的氧化物、碳酸鹽、氮化物、碳化物、硫化物、硫氧化物和/或氮氧化物。在一些情況下，陶瓷材料包括鋰。合適的包含鋰的陶瓷材料的非限制性實(shí)例包括：鋰氧化物(例如，li2o、lio、lio2、liro2、其中r是鈧、釔、鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿和/或镥)、碳酸鋰(li2co3)、氮化鋰(例如，li3n)、硫氧化鋰、氮氧化鋰、鋰石榴石型氧化物(例如，li7la3zr2o12)、li10gep2s12、氮氧化鋰磷、硅硫化鋰、鍺硫化鋰、氧化鋰鑭、氧化鋰鈦、硼硫化鋰、鋁硫化鋰、磷硫化鋰、硅酸鋰、硼酸鋰、鋁酸鋰、磷酸鋰、鹵化鋰及上述的組合。在某些情況下，陶瓷材料包括氧化鋰、氮化鋰或硫氧化鋰。在一些實(shí)施方案中，陶瓷包括碳酸鹽和/或碳化物。在一些具體實(shí)施方案中，鋰離子傳導(dǎo)層包含氧化物、碳酸鹽以及在一些情況下的碳化物的混合物或由氧化物、碳酸鹽以及在一些情況下的碳化物形成。例如，材料可以包含氧化鋰、碳酸鋰和/或碳化鋰。其他材料也是可能的。

在本文所述的許多實(shí)施方案中，鋰離子傳導(dǎo)層選擇為非電活性的(例如，層不參與鋰嵌入過程或鋰轉(zhuǎn)化反應(yīng))。另外，在一些實(shí)施方案中，鋰離子傳導(dǎo)層選擇為基本上阻止某些物質(zhì)(例如某些非鋰離子)通過。例如，鋰離子傳導(dǎo)層可以提供對(duì)某些非鋰離子不可滲透、中和和/或減少離子或者以其他方式阻止或降低離子通過鋰離子傳導(dǎo)層的速率的物理屏障。在某些實(shí)施方案中，鋰離子傳導(dǎo)層可以基本上阻止或降低某些離子(例如某些非鋰金屬陽離子(例如，不包括li⁺的金屬陽離子))從陰極到陽極和/或穿過鋰離子傳導(dǎo)層的速率，導(dǎo)致陰極溶解和/或浸出。然而，鋰離子傳導(dǎo)層通常選擇為對(duì)鋰離子具有傳導(dǎo)性(例如，鋰離子傳導(dǎo)層允許鋰離子在陽極與陰極之間通過，允許鋰離子電化學(xué)電池起作用)。

確定鋰離子電導(dǎo)率的一種方法是電化學(xué)阻抗譜(eis)。例如，可以將鋰離子傳導(dǎo)層放置在兩個(gè)電極之間，并且可以在5mv的振幅下在100,000hz至0.01hz的頻率范圍內(nèi)測(cè)量電阻。然后可以由測(cè)量的電阻值計(jì)算鋰離子傳導(dǎo)層的鋰離子電導(dǎo)率。在一些實(shí)施方案中，鋰離子傳導(dǎo)層的鋰離子電導(dǎo)率大于或等于約10^-8s/cm、大于或等于約10^-7s/cm、大于或等于約10^-6s/cm、大于或等于約10^-5s/cm、大于或等于約10^-4s/cm、大于或等于約10^-3s/cm、大于或等于約10^-2s/cm、大于或等于約10^-1s/cm、或者大于或等于約1s/cm。在一些實(shí)施方案中，鋰離子傳導(dǎo)層的鋰離子電導(dǎo)率小于或等于約1s/cm、小于或等于約10^-1s/cm、小于或等于約10^-2s/cm、小于或等于約10^-3s/cm、小于或等于約10^-4s/cm、小于或等于約10^-5s/cm、小于或等于約10^-6s/cm、小于或等于約10^-7s/cm、或者小于或等于約10^-8s/cm。上述范圍的組合也是可能的。

在一些實(shí)施方案中，鋰離子傳導(dǎo)層為基本上連續(xù)的。例如，鋰離子傳導(dǎo)層可以例如在層的整個(gè)厚度上基本上沒有孔、間隙、缺陷或間斷點(diǎn)。圖21a示出了示例性基本上連續(xù)的鋰離子傳導(dǎo)層的自上而下視圖的掃描電子顯微鏡(sem)圖像。在一些情況下，鋰離子傳導(dǎo)層基本上沒有大于約1000nm、約500nm、約100nm、約50nm、約10nm、約5nm、約1nm、約0.5nm、約0.1nm、約0.05nm或約0.01nm的間斷點(diǎn)(例如，洞、孔或缺陷)。在某些實(shí)施方案中，鋰離子傳導(dǎo)層內(nèi)的間斷點(diǎn)(例如在上述一個(gè)或更多個(gè)尺寸范圍中的那些)占據(jù)鋰離子傳導(dǎo)層的外部幾何表面積的小于約5％、小于約1％或小于約0.1％。如本文所使用的“外部幾何表面積”是指鋰離子傳導(dǎo)層的外部幾何表面的表面積。鋰離子傳導(dǎo)層的“外部幾何表面”是指當(dāng)在與層的最大截面尺寸基本上相同的尺度下分析時(shí)限定層的外邊界的表面。通常，層的外部幾何表面不包括內(nèi)表面，例如由多孔層內(nèi)的孔限定的表面。

在一些實(shí)施方案中，鋰離子傳導(dǎo)層為基本上多孔的(例如，該層包括多個(gè)孔)。術(shù)語“孔”通常是指管道、空隙或通道，其至少一部分被其中形成孔的介質(zhì)所包圍。通常，材料中被材料完全包圍(并且因此，不能從材料外部進(jìn)入，例如，閉孔)的空隙在本文的上下文中不被認(rèn)為是孔。

在某些實(shí)施方案中，多孔鋰離子傳導(dǎo)層包含多個(gè)顆粒。在鋰離子傳導(dǎo)層包含多個(gè)顆粒的情況下，孔可以包括顆粒間孔(即，當(dāng)顆粒被裝填在一起時(shí)在顆粒之間限定的那些孔，例如，間隙)和顆粒內(nèi)孔(即，位于單個(gè)顆粒的殼層內(nèi)的那些孔)兩者。

在鋰離子傳導(dǎo)層包含顆粒(例如，鋰離子傳導(dǎo)材料的顆粒)的實(shí)施方案中，顆?？梢跃哂腥魏魏线m的形狀。在一些實(shí)施方案中，至少一部分顆?？梢跃哂谢旧霞?xì)長(例如，柱狀)的形狀。在一些情況下，柱狀結(jié)構(gòu)具有類似于thornton等，“influenceofapparatusgeometryanddepositionconditionsonthestructureandtopographyofthicksputteredcoatings”，journalofvacuumscience&technology11，666(1974)中所示的結(jié)構(gòu)的形狀和/或構(gòu)造，其出于所有目的通過引用整體并入本文。在多個(gè)顆粒包括多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的情況下，孔可以包括柱間孔和柱內(nèi)孔兩者。在一些實(shí)施方案中，至少約10％、至少約20％、至少約30％、至少約40％、至少約50％、至少約60％、至少約70％、至少約80％、至少約90％、至少約95％、至少約99％或約100％的多孔鋰離子傳導(dǎo)層的顆粒為柱狀結(jié)構(gòu)。在某些實(shí)施方案中，小于約100％、小于或等于約90％、小于或等于約80％、小于或等于約70％、小于或等于60％、小于或等于約50％、小于或等于40％、小于或等于約30％、小于或等于20％、或者小于或等于約10％的顆粒為柱狀結(jié)構(gòu)。上述范圍的組合也是可能的。

圖21b示出了包括多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的示例性基本上多孔的鋰離子傳導(dǎo)層的自上而下視圖的sem圖像。然而，應(yīng)當(dāng)理解，層的顆粒也可以具有任何其他合適的形狀(例如，基本上球形、基本上橢圓形、不規(guī)則形狀)。顆?？梢跃哂腥魏魏线m的截面形狀，例如圓形、橢圓形、多邊形(例如，三角形、矩形等)、不規(guī)則形狀等。

在鋰離子傳導(dǎo)層包含顆粒(例如，鋰離子傳導(dǎo)材料的顆粒)的實(shí)施方案中，顆?？梢跃哂腥魏魏线m的尺寸。在一些實(shí)施方案中，顆粒的平均最大尺寸(例如，長度)為約10微米(μm)或更小、約5μm或更小、約2μm或更小、約1.5μm或更小、約1μm或更小、約500納米(nm)或更小、約100nm或更小、約50nm或更小、約20nm或更小、或者約10nm或更小。在一些實(shí)施方案中，顆粒的平均最大尺寸為至少約10nm、至少約20nm、至少約50nm、至少約100nm、至少約500nm、至少約1μm、至少約1.5μm、至少約2μm、至少約5μm或者至少約10μm。上述范圍的組合也是可能的。如本文所使用的顆粒的“最大尺寸”是指單個(gè)顆粒的兩個(gè)相反邊界之間的可以測(cè)量的最大距離(例如，長度、直徑)。多個(gè)顆粒的“平均最大尺寸”是指多個(gè)顆粒的最大尺寸的數(shù)量平均(例如，其中n至少為20)。

在一些實(shí)施方案中，顆粒(例如，鋰離子傳導(dǎo)材料的顆粒)可以與其他顆粒至少部分地熔合在一起。熔合的顆粒通常是指兩個(gè)或更多個(gè)顆粒的物理連接使得它們形成單個(gè)顆粒。例如，在一些情況下，在熔融之前由單個(gè)顆粒占據(jù)的體積(例如，顆粒的外表面內(nèi)的整個(gè)體積)基本上等于由兩個(gè)熔合的顆粒占據(jù)的體積的一半。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解術(shù)語“熔合”不是指在一個(gè)或更多個(gè)表面上簡單地彼此接觸的顆粒，而是其中每個(gè)單個(gè)顆粒的原始表面的至少一部分不再能夠從另一個(gè)顆粒上分辨出的顆粒。

在一些情況下，將顆粒熔合使得多個(gè)顆粒的至少一部分形成穿過該層的連續(xù)路徑(例如，在層的第一表面與層的第二表面之間)。連續(xù)路徑可以包括例如從層的第一表面到第二相反表面的離子傳導(dǎo)路徑，其中在路徑中基本上沒有間隙、斷裂或間斷點(diǎn)。然而穿過層的熔合的顆粒可以形成連續(xù)路徑，包括填充的未熔合的顆粒的路徑將具有在顆粒之間的間隙或間斷點(diǎn)，這將致使路徑不連續(xù)。在某些方面，層包括多個(gè)這樣的穿過層的連續(xù)路徑。在一些方面，至少10體積％、至少30體積％、至少50體積％或至少70體積％的層包括一個(gè)或更多個(gè)包含熔合的顆粒(例如，其可以包含離子傳導(dǎo)材料)的連續(xù)路徑。在某些方面，小于或等于約100體積％、小于或等于約90體積％、小于或等于約70體積％、小于或等于約50體積％、小于或等于約30體積％、小于或等于約10體積％、或者小于或等于約5體積％的第二層包括一個(gè)或更多個(gè)包含熔合的顆粒的連續(xù)路徑。上述范圍的組合也是可能的(例如，至少約10體積％且小于或等于約100體積％)。在一些情況下，100體積％的層包括一個(gè)或更多個(gè)包含熔合的顆粒的連續(xù)路徑。在一些方面，層基本上由熔合的顆粒組成(例如，層基本上不包含未熔合的顆粒)。在另一些方面，基本上所有的顆粒都是未熔合的。

在一些實(shí)施方案中，鋰離子傳導(dǎo)層的顆粒的平均最大截面尺寸(例如，直徑、寬度)為約5μm或更小、約2μm或更小、約1.5μm或更小、約1μm或更小、約500nm或更小、約100nm或更小、約50nm或更小、約20nm或更小、約10nm或更小、約5nm或更小、約2nm或更小、約1nm或更小。在一些實(shí)施方案中，鋰離子傳導(dǎo)層的顆粒的平均最大截面尺寸(例如，直徑、寬度)為至少約1nm、至少約2nm、至少約5nm、至少約10nm、至少約20nm、至少約50nm、至少約100nm、至少約500nm、至少約1μm、至少約1.5μm、至少約2μm、至少約5μm、或至少約10μm。上述范圍的組合也是可能的。如本文所使用的顆粒的“最大截面尺寸”是指可在與沿其可以測(cè)量顆粒的最大尺寸的軸正交的平面中測(cè)量的單個(gè)顆粒的兩個(gè)相反邊界之間的最大距離。多個(gè)顆粒的“平均最大截面尺寸”是指多個(gè)顆粒的最大截面尺寸的數(shù)量平均(例如，其中n至少為20)。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將能夠計(jì)算多個(gè)顆粒的平均最大尺寸和/或平均最大截面尺寸。例如，單個(gè)顆粒的最大尺寸和/或最大截面尺寸可以通過分析顆粒的掃描電子顯微鏡(sem)圖像來確定。在一個(gè)非限制性示例性實(shí)例中，電化學(xué)電池在電化學(xué)電池整個(gè)厚度的一半深度處的第一截面平面可以使用sem進(jìn)行成像。通過所得圖像的分析，可以確定顆粒的平均最大截面尺寸。在某些情況下，可以使用背散射檢測(cè)器和/或能量色散光譜(eds)檢測(cè)器來促進(jìn)鋰離子傳導(dǎo)材料顆粒的識(shí)別(例如，區(qū)別于可能存在的添加劑顆粒)。在包括團(tuán)聚顆粒的實(shí)施方案中，當(dāng)確定最大截面尺寸時(shí)，應(yīng)單獨(dú)考慮顆粒。可以通過在每個(gè)團(tuán)聚顆粒之間確立邊界，并測(cè)量由確立這樣的邊界產(chǎn)生的假定的個(gè)體化顆粒的最大截面尺寸來進(jìn)行測(cè)量。最大截面尺寸和顆粒體積的分布也可以由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員使用sem分析確定。多個(gè)顆粒的平均最大截面尺寸可以通過計(jì)算顆粒的最大截面尺寸的算術(shù)平均值獲得。在另一個(gè)非限制性示例性實(shí)例中，與第一截面平面正交并且穿過電化學(xué)電池的長度或?qū)挾鹊囊话氲牡诙孛婵梢允褂胹em進(jìn)行成像。在一些情況下，可以通過分析所得圖像確定顆粒的平均最大尺寸。在一些實(shí)施方案中，可以使用至少20個(gè)測(cè)量值來計(jì)算平均值。

在一些情況下，鋰離子傳導(dǎo)層的至少一部分顆粒(例如，柱狀結(jié)構(gòu))可以基本上對(duì)齊。例如，在多個(gè)顆粒包括多種柱狀結(jié)構(gòu)的實(shí)施方案中，柱狀結(jié)構(gòu)的至少一部分可以基本上垂直對(duì)齊。如本文所使用的，如果沿其可測(cè)量柱狀結(jié)構(gòu)的最大尺寸(例如，長度)的軸(例如，縱軸)與從陽極延伸到陰極的軸之間的角度為約45°或更小，則包括陽極和陰極的電化學(xué)電池中的鋰離子傳導(dǎo)層的柱狀結(jié)構(gòu)“垂直對(duì)齊”。該角度可以例如通過sem圖像分析確定。在一些實(shí)施方案中，至少約10％、至少約20％、至少約30％、至少約40％、至少約50％、至少約60％、至少約70％、至少約80％、至少約90％、至少約95％、至少約99％或約100％的鋰離子傳導(dǎo)層的顆粒基本上對(duì)齊。在某些實(shí)施方案中，小于約100％、小于或等于約90％、小于或等于約80％、小于或等于約70％、小于或等于約60％、小于或等于約50％、小于或等于約40％、小于或等于約30％、小于或等于約20％、或者小于或等于約10％的鋰離子傳導(dǎo)層的顆?；旧蠈?duì)齊。上述范圍的組合也是可能的。在某些實(shí)施方案中，至少約10％、至少約20％、至少約30％、至少約40％、至少約50％、至少約60％、至少約70％、至少約80％、至少約90％、至少約95％、至少約99％或約100％的鋰離子傳導(dǎo)層的顆?；旧洗怪睂?duì)齊。在某些實(shí)施方案中，小于約100％、小于或等于約90％、小于或等于約80％、小于或等于約70％、小于或等于約60％、小于或等于約50％、小于或等于約40％、小于或等于約30％、小于或等于約20％、或者小于或等于約10％的鋰離子傳導(dǎo)層的顆?；旧洗怪睂?duì)齊。

在鋰離子傳導(dǎo)層包括孔的一些實(shí)施方案中，多孔鋰離子傳導(dǎo)層的一些或所有孔可以由流體(例如，電解質(zhì))填充。在某些情況下，鋰離子傳導(dǎo)層的至少一些孔填充有電解質(zhì)，該電解質(zhì)為液體、凝膠、固體聚合物和/或固體無機(jī)化合物。根據(jù)某些實(shí)施方案，多孔鋰離子傳導(dǎo)層的至少一部分對(duì)流體(例如，電解質(zhì))是可滲透的。

多孔鋰離子傳導(dǎo)層可以具有任何合適的孔隙率。例如，多孔鋰離子傳導(dǎo)層的孔隙率可以高達(dá)約1％、高達(dá)約2％、高達(dá)約5％、高達(dá)約10％、高達(dá)約15％、高達(dá)約20％、高達(dá)約25％、高達(dá)約30％、高達(dá)約40％、高達(dá)約50％、高達(dá)約60％或高達(dá)約70％(其中百分比表示多孔鋰離子傳導(dǎo)層中的空隙體積)。在一些實(shí)施方案中，多孔鋰離子傳導(dǎo)層的孔隙率為至少約1體積％、至少約2體積％、至少約5體積％、至少約10體積％、至少約15體積％、至少約20體積％、至少約25體積％、至少約30體積％、至少約40體積％、至少約50體積％、至少約60體積％、或至少約70體積％。上述范圍的組合也是可能的。

鋰離子傳導(dǎo)層的孔可以具有任何合適的尺寸和形狀?？卓梢园ㄈ魏魏线m的截面形狀，例如圓形、橢圓形、多邊形(例如，矩形、三角形等)、不規(guī)則形狀等。在一些情況下，多孔鋰離子傳導(dǎo)層的平均孔徑為約1μm或更小、約500nm或更小、約200nm或更小、約100nm或更小、約50nm或更小、約20nm或更小、約10nm或更小、約5nm或更小、約2nm或更小、或者約1nm或更小。在一些情況下，多孔鋰離子傳導(dǎo)層的平均孔徑為至少約1nm、至少約2nm、至少約5nm、至少約10nm、至少約20nm、至少約50nm、至少約100nm、至少約200nm、至少約500nm或者至少約1μm。上述范圍的組合也是可能的。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將能夠使用壓汞孔隙度測(cè)定法如astm標(biāo)準(zhǔn)d4284-92(其通過引用整體并入本文)中所述計(jì)算層內(nèi)的多個(gè)孔的孔隙率、孔徑分布和平均孔徑。例如，astm標(biāo)準(zhǔn)d4284-92中所述的方法可用于產(chǎn)生根據(jù)作為孔直徑的函數(shù)的累積侵入孔體積繪制的孔徑分布。為了計(jì)算樣品內(nèi)被給定孔直徑范圍內(nèi)的孔占據(jù)的總孔體積的百分比，將：(1)計(jì)算橫跨x軸上給定范圍的曲線下的面積，(2)將步驟(1)中計(jì)算的面積除以曲線下的總面積，以及(3)乘以100％。然后可由該信息計(jì)算平均孔徑。任選地，在層包括可使用astm標(biāo)準(zhǔn)d4284-92精確測(cè)量的孔徑范圍之外的孔徑的情況下，可以使用bet表面分析來補(bǔ)充孔隙度測(cè)定法測(cè)量，如例如s.brunauer，p.h.emmett和e.teller，j.am.chem.soc.，1938，60，309中所述，其通過引用整體并入本文。

在一些實(shí)施方案中，多孔鋰離子傳導(dǎo)層可以包括具有相對(duì)均勻的最大截面尺寸的孔。不希望受任何理論束縛，這樣的均勻性可用于在整個(gè)多孔鋰離子傳導(dǎo)層主體中保持相對(duì)一致的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。此外，將孔徑控制在相對(duì)窄的范圍內(nèi)的能力可允許包含大量足夠大以允許流體滲透(例如，電解質(zhì)滲透)的孔，同時(shí)保持足夠小的孔以保持多孔鋰離子傳導(dǎo)層的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在一些實(shí)施方案中，多孔鋰離子傳導(dǎo)層內(nèi)的孔徑分布可以具有小于多個(gè)孔的平均最大截面尺寸的約50％、小于約25％、小于約20％、小于約10％、小于約5％、小于約2％、或小于約1％的標(biāo)準(zhǔn)偏差。在一些實(shí)施方案中，多孔鋰離子傳導(dǎo)層內(nèi)的孔徑分布可以具有多個(gè)孔的平均最大截面尺寸的至少約1％、至少約2％、至少約5％、至少約10％、至少約20％、至少約25％、或至少約50％的標(biāo)準(zhǔn)偏差。上述范圍的組合也是可能的。標(biāo)準(zhǔn)偏差(小寫字母σ)具有本領(lǐng)域中通常的含義，并且可以計(jì)算為：

其中di是孔i的最大截面尺寸，davg是多個(gè)孔的最大截面尺寸的數(shù)量平均，且n是孔的數(shù)量。上述標(biāo)準(zhǔn)偏差與平均孔徑之間的百分比比較可以通過將標(biāo)準(zhǔn)偏差除以平均孔徑并乘以100％獲得。

在一些情況下，鋰離子傳導(dǎo)層由單一材料形成。單一材料可以指加工使得用于形成材料的任何單個(gè)顆粒不再可作為單個(gè)顆粒而容易分離的材料。例如，在一些實(shí)施方案中，可以在某些沉積條件下通過氣相沉積工藝和/或氣溶膠沉積工藝形成單一材料。

在本文所述的實(shí)施方案中，鋰離子傳導(dǎo)層(例如，基本上連續(xù)的鋰離子傳導(dǎo)層或基本上多孔的鋰離子傳導(dǎo)層)可以通過任何合適的方法沉積，包括但不限于濺射(例如，二極管濺射、直流(dc)磁控濺射、射頻(rf)濺射、rf磁控濺射、脈沖濺射、雙磁控濺射、交流(ac)濺射、中頻(mf)濺射、反應(yīng)濺射)、電子束蒸鍍、真空熱蒸鍍、激光燒蝕、化學(xué)氣相沉積(cvd)、熱蒸鍍(例如，電阻、感應(yīng)、輻射和電子束加熱)；等離子體增強(qiáng)化學(xué)真空沉積(pecvd)；激光增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積；氣溶膠沉積；離子鍍；陰極電弧和噴射氣相沉積。所使用的技術(shù)可以取決于多種不同因素，包括所沉積的材料的類型、層的厚度以及其上沉積鋰離子傳導(dǎo)層的下層。

在一些實(shí)施方案中，鋰離子傳導(dǎo)層可以為基本上平滑的。在某些實(shí)施方案中，例如，在某些操作條件下，鋰離子傳導(dǎo)層的平滑度增加可以導(dǎo)致鋰離子電化學(xué)電池的性能增強(qiáng)。因此，鋰離子傳導(dǎo)層可以具有相對(duì)低的表面粗糙度。然而，在另一些實(shí)施方案中，鋰離子傳導(dǎo)層可以為基本上粗糙的。因此，鋰離子傳導(dǎo)層可以具有相對(duì)高的表面粗糙度。

表面粗糙度可以使用任何合適的方法量化。例如，在一些情況下，鋰離子傳導(dǎo)層的表面粗糙度外觀可以使用表面光度儀(例如，接觸式表面光度儀、光學(xué)表面光度儀)獲得。由表面粗糙度外觀，可以獲得表面粗糙度的某些度量，包括rz(例如，從十個(gè)最高峰的平均值中減去的十個(gè)最低谷的平均值)、ra(例如，算術(shù)平均表面粗糙度)和rq(例如，均方根表面粗糙度)。通常，鋰離子傳導(dǎo)層的表面粗糙度通過在5倍放大倍數(shù)下檢查該層來確定。

表面粗糙度rz可以如下計(jì)算：

其中rpi是表面粗糙度外觀中第i個(gè)最高峰的高度且rvi是第i個(gè)最低谷的高度。在一些情況下，鋰離子傳導(dǎo)層的表面粗糙度rz為約20μm或更小、約15μm或更小、約10μm或更小、約5μm或更小、約2μm或更小、約1μm或更小、約500nm或更小、約200nm或更小、約100nm或更小、約50nm或更小、約20nm或更小、或者約10nm或更小。在一些實(shí)施方案中，鋰離子傳導(dǎo)層的表面粗糙度rz為約10nm或更大、約20nm或更大、約50nm或更大、約100nm或更大、約200nm或更大、約500nm或更大、約1μm或更大、約2μm或更大、約5μm或更大、約10μm或更大、約15μm或更大、或約20μm或更大。上述范圍的組合也是可能的。

算術(shù)平均表面粗糙度ra可以如下計(jì)算：

其中ri是表面粗糙度外觀中第i點(diǎn)處的高度且n是所測(cè)量的點(diǎn)的數(shù)量。在一些情況下，鋰離子傳導(dǎo)層的算術(shù)平均表面粗糙度ra為約20μm或更小、約15μm或更小、約10μm或更小、約5μm或更小、約2μm或更小、約1μm或更小、約500nm或更小、約200nm或更小、約100nm或更小、約50nm或更小、約20nm或更小、或者約10nm或更小。在某些實(shí)施方案中，鋰離子傳導(dǎo)層的算術(shù)平均表面粗糙度ra為約10nm或更大、約20nm或更大、約50nm或更大、約100nm或更大、約200nm或更大、約500nm或更大、約1μm或更大、約2μm或更大、約5μm或更大、約10μm或更大、約15μm或更大、或者約20μm或更大。上述范圍的組合也是可能的。

rms表面粗糙度rq可以如下計(jì)算：

其中ri是表面粗糙度輪廓中第i點(diǎn)處的高度且n是所測(cè)量的點(diǎn)的數(shù)量。在一些情況下，鋰離子傳導(dǎo)層的均方根表面粗糙度rq為約20μm或更小、約15μm或更小、約10μm或更小、約5μm或更小、約2μm或更小、約1μm或更小、約500nm或更小、約200nm或更小、約100nm或更小、約50nm或更小、約20nm或更小、或者約10nm或更小。在某些實(shí)施方案中，鋰離子傳導(dǎo)層的均方根表面粗糙度rq為約10nm或更大、約20nm或更大、約50nm或更大、約100nm或更大、約200nm或更大、約500nm或更大、約1μm或更大、約2μm或更大、約5μm或更大、約10μm或更大、約15μm或更大、或者約20μm或更大。上述范圍的組合也是可能的。

在一些實(shí)施方案中，鋰離子傳導(dǎo)層的特征可以在于厚度(例如，在平行于從陽極延伸到陰極的軸的方向上從層的第一端到層的第二端測(cè)量的最大尺寸)。在一些情況下，鋰離子傳導(dǎo)層可以相對(duì)薄(例如，與層的另外兩個(gè)尺寸相比，厚度可以相對(duì)小)。在一些情況下，鋰離子傳導(dǎo)層的厚度為約10μm或更小、約5μm或更小、約2μm或更小、約1.5μm或更小、約1μm或更小、約0.5μm或更小、或約0.1μm。相應(yīng)地，在某些實(shí)施方案中，鋰離子傳導(dǎo)層的厚度為約0.1μm或更大、約0.2μm或更大、約0.3μm或更大、約0.5μm或更大、約0.7μm或更大、約1μm或更大、約1.5μm或更大、約2μm或更大、約5μm或更大、或約10μm。上述范圍的組合也是可能的。在某些情況下，鋰離子傳導(dǎo)層的厚度基本上均勻。例如，鋰離子傳導(dǎo)層的厚度的最大和最小測(cè)量值之間的百分比差可以小于約80％、小于約50％、小于約20％、小于約10％、小于約5％、或小于約1％。

在一些實(shí)施方案中，鋰離子傳導(dǎo)層為相對(duì)堿性的。例如，鋰離子傳導(dǎo)層可以包括選自可提供電子對(duì)的物質(zhì)(例如，路易斯堿)的材料。合適的供電子材料的實(shí)例包括但不限于鋰氧化物(例如，li2o、lio、lio2、liro2、其中r為鈧、釔、鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿和/或镥)、碳酸鋰(li2co3)、氮化鋰(例如，li3n)、硫氧化鋰、氮氧化鋰、鋰石榴石型氧化物(例如，li7la3zr2o12)、li10gep2s12、氮氧化鋰磷、硅硫化鋰、鍺硫化鋰、氧化鋰鑭、氧化鋰鈦、硼硫化鋰、鋁硫化鋰、磷硫化鋰、硅酸鋰、硼酸鋰、鋁酸鋰、磷酸鋰、鹵化鋰及上述組合。例如，在一些實(shí)施方案中，1摩爾的鋰離子傳導(dǎo)層材料(例如，li2o)可以中和1摩爾的酸(例如，hf)。已認(rèn)識(shí)到，在一些實(shí)施方案中，可能有利的是鋰離子傳導(dǎo)層為相對(duì)堿性的(例如，包含路易斯堿)，因?yàn)閴A性材料可以能夠至少部分地中和由某些副反應(yīng)產(chǎn)生的有害的酸性副產(chǎn)物。例如，鋰離子電化學(xué)電池中電解質(zhì)的某些組分(例如鋰鹽(例如，lipf6))的水解可產(chǎn)生酸性副產(chǎn)物，例如hf。在某些實(shí)施方案中，電化學(xué)電池中存在鋰離子傳導(dǎo)層可以中和至少一部分任何可能形成的hf。

如圖1所示，電極還可以包括包含電活性材料的層，例如能夠參與鋰嵌入過程的材料(例如，可以可逆地嵌入和取出鋰離子的材料)和/或能夠與鋰發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的材料(例如，可參與鋰轉(zhuǎn)化反應(yīng)的材料)。包含能夠參與鋰嵌入過程的電活性材料的電極被稱為“鋰嵌入電極”。包含能夠參與鋰轉(zhuǎn)化反應(yīng)的電活性材料的電極被稱為“鋰轉(zhuǎn)化電極”。在一些實(shí)施方案中，包括與電活性材料層結(jié)合為一體的鋰離子傳導(dǎo)層的電極是陰極。用于鋰離子電化學(xué)電池的陰極通常是指在充電期間釋放鋰離子并且在放電期間鋰離子結(jié)合(例如，插入、化學(xué)鍵合)到其中的電極。

在一些實(shí)施方案中，陰極的電活性材料包括鋰嵌入化合物(例如，能夠在晶格位置和/或間隙位置可逆地嵌入鋰離子的化合物)。在某些情況下，陰極的電活性材料包括層狀氧化物。層狀氧化物通常是指具有薄片狀結(jié)構(gòu)的氧化物(例如，彼此堆疊的多個(gè)片或?qū)?。合適的層狀氧化物的非限制性實(shí)例包括鋰鈷氧化物(licoo2)、鋰鎳氧化物(linio2)和鋰錳氧化物(limno2)。在一些實(shí)施方案中，層狀氧化物是鋰鎳錳鈷氧化物(linixmnycozo2，也稱為“nmc”或“ncm”)。在一些這樣的實(shí)施方案中，x、y和z之和為1。例如，合適的nmc化合物的非限制性實(shí)例是lini1/3mn1/3co1/3o2。在一些實(shí)施方案中，層狀氧化物是鋰鎳鈷鋁氧化物(linixcoyalzo2，也稱為“nca”)。在一些這樣的實(shí)施方案中，x、y和z之和為1。例如，合適的nca化合物的非限制性實(shí)例是lini0.8co0.15al0.05o2。在某些實(shí)施方案中，陰極的電活性材料是過渡金屬多(聚)陰離子氧化物(例如，包含過渡金屬、氧和/或電荷的絕對(duì)值大于1的陰離子的化合物)。合適的過渡金屬多(聚)陰離子氧化物的非限制性實(shí)例是鐵鋰磷酸鹽(lifepo4，也稱為“l(fā)fp”)。合適的過渡金屬多(聚)陰離子氧化物的另一非限制性實(shí)例是磷酸鐵錳鋰(limnxfe1-xpo4，也稱為“l(fā)mfp”)。合適的lmfp化合物的非限制性實(shí)例是limn0.8fe0.2po4。在一些實(shí)施方案中，陰極的電活性材料是尖晶石(例如，具有結(jié)構(gòu)ab2o4的化合物，其中a可以是li、mg、fe、mn、zn、cu、ni、ti或si，并且b可以是al、fe、cr、mn或v)。合適的尖晶石的非限制性實(shí)例是鋰錳氧化物(limn2o4，也稱為“l(fā)mo”)。另一非限制性實(shí)例是鋰錳鎳氧化物(linixm2-xo4，也稱為“l(fā)mno”)。合適的lmno化合物的非限制性實(shí)例是lini0.5mn1.5o4。在某些情況下，陰極的電活性材料包括li1.14mn0.42ni0.25co0.29o2(“hc-mnc”)；碳酸鋰(li2co3)；碳化鋰(例如，li2c2、li4c、li6c2、li8c3、li6c3、li4c3、li4c5)；釩氧化物(例如，v2o5、v2o3、v6o13)和/或磷酸釩(例如，磷酸釩鋰，例如li3v2(po4)3)或其任意組合。

在一些實(shí)施方案中，陰極的電活性材料包括轉(zhuǎn)化化合物。例如，陰極可以是鋰轉(zhuǎn)化電極/陰極。已認(rèn)識(shí)到，包含轉(zhuǎn)化化合物的陰極可以具有相對(duì)大的比容量。不希望受特定理論的束縛，可以通過利用化合物的所有可能的氧化態(tài)通過轉(zhuǎn)化反應(yīng)(其中每種過渡金屬發(fā)生多于一個(gè)電子轉(zhuǎn)移(例如，與嵌入化合物中的0.1至1電子轉(zhuǎn)移相比))實(shí)現(xiàn)相對(duì)大的比容量。合適的轉(zhuǎn)化化合物包括但不限于過渡金屬氧化物(例如，co3o4)、過渡金屬氫化物、過渡金屬硫化物、過渡金屬氮化物和過渡金屬氟化物(例如，cuf2、fef2、fef3)。過渡金屬通常是指其原子具有部分填充的d亞殼層的元素(例如，sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、y、zr、nb、mo、tc、ru、rh、pd、ag、cd、hf、ta、w、re、os、ir、pt、au、hg、rf、db、sg、bh、hs)。

在一些情況下，陰極的電活性材料可以摻雜有一種或更多種摻雜劑以改變電活性材料的電特性(例如，傳導(dǎo)性)。合適的摻雜劑的非限制性實(shí)例包括鋁、鈮、銀和鋯。

在一些實(shí)施方案中，包括與電活性材料層結(jié)合為一體的鋰離子傳導(dǎo)層的電極是陽極。

在一些情況下，含電活性材料的層(其可以具有與其相關(guān)的鋰離子傳導(dǎo)層)可以包括多個(gè)電活性材料的顆粒。圖2是根據(jù)某些實(shí)施方案的示例性電極200的截面示意圖。在圖2中，電極200包括鋰離子傳導(dǎo)層206和多個(gè)包含電活性材料的顆粒202。在某些實(shí)施方案中，例如圖2所示的實(shí)施方案，孔204可以形成在顆粒202之間的間隙中。在一些實(shí)施方案中，多個(gè)顆粒的至少一部分具有涂層(例如，以防止活性材料溶解)。涂層可以為電子傳導(dǎo)的。用于涂層的合適材料的非限制性實(shí)例包括碳和含碳材料。為了形成電極，可以將包含電活性材料的多個(gè)顆粒與粘合劑以及一種或更多種添加劑組合以形成混合物(例如，漿料)。然后可以將混合物涂覆在基底和/或集電器上，隨后干燥。在某些實(shí)施方案中，粘合劑包含一種或更多種聚合物(例如，苯乙烯丁二烯共聚物、聚偏二氟乙烯(pvdf))。在一些情況下，可以選擇添加劑以增強(qiáng)電極的性能。例如，添加劑可以提高電子傳導(dǎo)性。合適的添加劑的實(shí)例包括但不限于含碳材料，例如炭黑。

在一組具體的實(shí)施方案中，并且如圖2示例性所示，鋰離子傳導(dǎo)層206在包含電活性材料顆粒的層(即，電活性層)的一側(cè)或表面(例如，單側(cè)或表面)上形成層。即，無機(jī)鋰離子傳導(dǎo)層可以設(shè)置在包含電活性材料的層的側(cè)面或表面上。鋰離子傳導(dǎo)層可以涂覆(形成涂層)電活性層的側(cè)面或表面。在一些這樣的實(shí)施方案中，鋰離子傳導(dǎo)層可以與電活性層的側(cè)面或表面結(jié)合為一體。鋰離子傳導(dǎo)材料可以不存在于電活性層的固體內(nèi)部部分和/或相反側(cè)/表面中。在這樣的實(shí)施方案中，電活性材料的顆粒的一部分(例如，層表面處的電活性材料的顆粒的一部分)但不是所有顆粒涂覆有鋰離子傳導(dǎo)材料/層。例如，在一些情況下，電活性層中的電活性材料的顆粒(例如，電活性層的相反側(cè)/表面上的顆粒和/或?qū)觾?nèi)部中的顆粒)的至少一部分(例如，至少10％、至少20％、至少30％、至少40％、至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、至少90％，并且/或者小于100％、小于或等于95％、小于或等于90％，例如，按重量計(jì))未涂覆鋰離子傳導(dǎo)材料(鋰離子傳導(dǎo)材料的涂層可以不存在于這樣的顆粒中)。在另一些實(shí)施方案中，第二鋰離子傳導(dǎo)層可以形成在包含電活性材料顆粒的層的相反側(cè)或表面上。與涉及單層鋰離子傳導(dǎo)材料的實(shí)施方案相似，鋰離子傳導(dǎo)材料可以不存在于電活性層的固體內(nèi)部部分中。這些實(shí)施方案可以通過例如如下形成：形成電活性層(例如，由電活性顆粒的漿料或通過另一種合適的工藝)，隨后在已形成電活性層之后將鋰離子傳導(dǎo)層沉積在所述電活性層上。這樣的方法與在顆粒形成電活性層之前涂覆電活性材料的單個(gè)電活性顆粒形成對(duì)比。

包含電活性材料的顆?？梢允侨魏魏线m的形狀或尺寸。例如，顆?？梢允乔蛐?、橢圓形、圓柱形或棱柱形(例如，三棱柱、矩形棱柱等)，或者可以具有不規(guī)則形狀。在一些實(shí)施方案中，多個(gè)顆粒的平均最大截面尺寸為約50μm或更小、約25μm或更小、約20μm或更小、約15μm或更小、約10μm或更小、約5μm或更小、約1μm或更小、約500nm或更小、約200nm或更小、約100nm或更小、約90nm或更小、約80nm或更小、約70nm或更小、約60nm或更小、約50nm或更小、約40nm或更小、約30nm或更小、約20nm或更小、約10nm或更小、約5nm或更小、或約1nm。在一些實(shí)施方案中，多個(gè)顆粒的平均最大截面尺寸為至少約1nm、至少約5nm、至少約10nm、至少約20nm、至少約30nm、至少約40nm、至少約50nm、至少約60nm、至少約70nm、至少約80nm、至少約90nm、至少約100nm、至少約200nm、至少約500nm、至少約1μm、至少約5μm、至少約10μm、至少約15μm、至少約20μm、至少約25μm、或至少約50μm。上述范圍的組合也是可能的。如上所述，平均最大截面尺寸可以使用sem和/或eds分析確定。

在一些情況下，包含電活性材料的層可以為多孔的(例如，所述層可以包括多個(gè)孔)。應(yīng)當(dāng)理解，在含電活性材料的層包括顆粒團(tuán)聚的情況下，孔包括顆粒間孔(即，當(dāng)顆粒被裝填在一起時(shí)限定在顆粒之間的那些孔，例如，間隙)和顆粒內(nèi)孔(即，位于單個(gè)顆粒的殼層內(nèi)的那些孔)兩者。

多孔含電活性材料的層可以具有任何合適的孔隙率。例如，多孔含電活性材料的層的孔隙率可以高達(dá)約10％、高達(dá)約15％、高達(dá)約20％、高達(dá)約25％、高達(dá)約30％、高達(dá)約40％、高達(dá)約50％、高達(dá)約60％、或高達(dá)約70％(其中百分比表示多孔含電活性材料的層中的空隙體積)。在一些實(shí)施方案中，多孔含電活性材料的層的孔隙率為至少約10體積％、至少約15體積％、至少約20體積％、至少約25體積％、至少約30體積％、至少約40體積％、至少約50體積％、至少約60體積％、或至少約70體積％。上述范圍的組合也是可能的。

含電活性材料的層的孔可以具有任何合適的尺寸和形狀。孔可以包括任何合適的截面形狀，例如圓形、橢圓形、多邊形(例如，矩形、三角形等)、不規(guī)則形狀等。在一些情況下，多孔含電活性材料的層的平均孔徑小于約300微米，例如，小于約100微米、約0.5微米至約300微米、約50微米至約200微米、或約100微米至約200微米。在一些實(shí)施方案中，一些或全部孔隙可以被電解質(zhì)填充。在一些情況下，含電活性材料的層的至少一些孔填充有電解質(zhì)，所述電解質(zhì)為液體、凝膠、固體聚合物和/或固體無機(jī)化合物。如上所述，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將能夠使用壓汞孔隙度測(cè)定法和/或bet表面分析計(jì)算層內(nèi)的多個(gè)孔的孔徑分布和平均孔徑。

在一些實(shí)施方案中，多孔含電活性材料的層可以包括具有相對(duì)均勻的最大截面尺寸(例如，直徑)的孔。不希望受任何理論束縛，這樣的均勻性可用于在多孔層的整個(gè)主體中保持相對(duì)一致的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。此外，將孔徑控制在相對(duì)窄的范圍內(nèi)的能力可以允許引入大量足夠大以允許流體滲透(例如，電解質(zhì)滲透)的孔，同時(shí)保持足夠小的孔以保持多孔含電活性材料的層的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在一些實(shí)施方案中，多孔含電活性材料的層內(nèi)的孔徑分布可以具有小于多個(gè)孔的平均最大截面尺寸的約50％、小于約25％、小于約10％、小于約5％、小于約2％、或小于約1％的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

在另一些實(shí)施方案中，本文所述的電活性材料層(其可以具有與其相關(guān)的鋰離子傳導(dǎo)層)為基本上無孔的。

某些實(shí)施方案涉及電化學(xué)電池。圖3a示出了電化學(xué)電池300的示例性截面示意圖，所述電化學(xué)電池300包括陰極102、陽極106、設(shè)置在陰極102與陽極106之間的隔離物108，以及設(shè)置在陰極102與隔離物108之間的鋰離子傳導(dǎo)層104。在某些情況下，鋰離子傳導(dǎo)層104設(shè)置為與陰極102相鄰。如圖3a所示，鋰離子傳導(dǎo)層104可以與陰極102直接物理接觸。在一些情況下，鋰離子傳導(dǎo)層104與陰極102結(jié)合為一體。

在一些實(shí)施方案中，鋰離子傳導(dǎo)層可以設(shè)置為與陽極相鄰。例如，在某些情況下，包括圖3b所示的實(shí)施方案，鋰離子傳導(dǎo)層104設(shè)置為與陽極106相鄰。如圖3b所示，鋰離子傳導(dǎo)層104可以與陽極106直接物理接觸。在一些實(shí)施方案中，鋰離子傳導(dǎo)層104與陽極106結(jié)合為一體。

在一些實(shí)施方案中，電化學(xué)電池可包括與陰極結(jié)合為一體的第一鋰離子傳導(dǎo)層和與陽極結(jié)合為一體的第二鋰離子傳導(dǎo)層。圖4示出了電化學(xué)電池400的示例性截面示意圖，所述電化學(xué)電池400包括與第一鋰離子傳導(dǎo)層104結(jié)合為一體的陰極102和與第二鋰離子傳導(dǎo)層110結(jié)合為一體的陽極106。如圖4所示，隔離物層108設(shè)置在第一鋰離子傳導(dǎo)層104與第二鋰離子傳導(dǎo)層110之間。在某些實(shí)施方案中，第一鋰離子傳導(dǎo)層104和第二鋰離子傳導(dǎo)層110可以包含相同的材料(例如，陶瓷材料)。在一些情況下，第一鋰離子傳導(dǎo)層104和第二鋰離子傳導(dǎo)層110可以包含不同的材料(例如，第一陶瓷材料和第二不同陶瓷材料)。

在一些實(shí)施方案中，電化學(xué)電池還包括另外的組件，例如電解質(zhì)、一個(gè)或更多個(gè)基底和/或一個(gè)或更多個(gè)集電器。圖5示出了電化學(xué)電池500的示例性截面示意圖，所述電化學(xué)電池500包括陰極102、鋰離子傳導(dǎo)層104、陽極106、隔離物108、第一基底和/或集電器112，以及第二基底和/或集電器114。如圖5所示，電化學(xué)電池500可以包括設(shè)置在陰極102與陽極106之間的隔離物108。在一些情況下，如以下進(jìn)一步詳細(xì)討論的，隔離物108可以包括電解質(zhì)。如圖5所示，在一些情況下，鋰離子傳導(dǎo)層104設(shè)置在陰極102與隔離物/電解質(zhì)108之間。在一些情況下，鋰離子傳導(dǎo)層104設(shè)置在陽極102與隔離物/電解質(zhì)108之間。在一些情況下，電化學(xué)電池500還包括第一基底112。第一基底112可以設(shè)置為與陰極102相鄰。如圖5所示，在一些實(shí)施方案中，基底112與陰極102直接物理接觸。在一些實(shí)施方案中，一個(gè)或更多個(gè)中間層可設(shè)置在基底112與陰極102之間。在某些情況下，基底112可以包含金屬(例如，鋁)，并且基底112可以充當(dāng)陰極102的集電器。在一些實(shí)施方案中，電化學(xué)電池還包括第二基底114。如圖5所示，在一些實(shí)施方案中，第二基底114與陽極106直接物理接觸。在某些情況下，第二基底114可以包含金屬(例如，銅)，并且第二基底114可以充當(dāng)陽極106的集電器。在一些實(shí)施方案中，一個(gè)或更多個(gè)中間層可以設(shè)置在第二基底114與陽極106之間。

在一些實(shí)施方案中，電化學(xué)電池包括電解質(zhì)、隔離物、第一和第二基底和/或集電器、與陰極結(jié)合為一體的第一鋰離子傳導(dǎo)層以及與陽極結(jié)合為一體的第二鋰離子傳導(dǎo)層。圖6示出了電化學(xué)電池600的示例性截面示意圖，所述電化學(xué)電池600包括陰極102、第一鋰離子傳導(dǎo)層104、陽極106、第二鋰離子傳導(dǎo)層110、隔離物108、第一基底和/或集電器112以及第二基底和/或集電器114。如圖6所示，與陽極106結(jié)合為一體的第二鋰離子傳導(dǎo)層110設(shè)置在陽極106與隔離物108之間。

電化學(xué)電池的電解質(zhì)通常設(shè)置在陽極與陰極之間，在陽極與陰極之間提供離子路徑(例如，電解質(zhì)通常能夠傳導(dǎo)鋰離子)。電解質(zhì)可以包括能夠儲(chǔ)存和輸送鋰離子的任何液體、固體或凝膠材料。通常，電解質(zhì)為電子不傳導(dǎo)的以防止陽極與陰極之間的短路。

本文所述的電化學(xué)電池中可以包括任何合適的陽極。在一些實(shí)施方案中，陽極是在放電期間釋放鋰離子并且在充電期間鋰離子結(jié)合為一體(例如，嵌入)到其中的電極。在一些實(shí)施方案中，陽極的電活性材料是鋰嵌入化合物(例如，能夠在晶格位置和/或間隙位置處可逆地嵌入鋰離子的化合物)。在一些實(shí)施方案中，陽極的電活性材料包括碳。在某些情況下，陽極的電活性材料是或包括石墨材料(例如，石墨)。石墨材料通常是指包括多個(gè)石墨烯層的材料(例如，包含以六方晶格排列的碳原子的層)。相鄰的石墨烯層通常通過范德華力彼此吸引，然而在一些情況下在一個(gè)或更多個(gè)片之間可能存在共價(jià)鍵。在一些情況下，陽極的含碳電活性材料是或包括焦炭(例如，石油焦炭)。在某些實(shí)施方案中，陽極的電化學(xué)材料包括硅、鋰和/或其組合的任何合金。在某些實(shí)施方案中，陽極的電活性材料包括鈦酸鋰(li4ti5o12，也稱為“l(fā)to”)、錫鈷氧化物或其任意組合。

在一些實(shí)施方案中，陽極(例如，第一電極、第二電極)包含鋰(例如，金屬鋰)(例如鋰箔)、沉積到傳導(dǎo)基底上的鋰以及鋰合金(例如，鋰鋁合金和鋰錫合金)。鋰可以作為一個(gè)膜或作為任選地由保護(hù)結(jié)構(gòu)/材料(例如本文所述的陶瓷材料或離子傳導(dǎo)材料)分開的若干個(gè)膜被包含。供本文所述方面使用的合適的鋰合金可包括鋰和鋁、鎂、硅(硅)、銦和/或錫的合金。

保護(hù)結(jié)構(gòu)(例如，用于陽極)可以包括保護(hù)層，例如離子傳導(dǎo)層，其可以幫助抑制電解質(zhì)中的物質(zhì)與陽極的電活性材料接觸。在一些實(shí)施方案中，離子傳導(dǎo)材料可以選擇為對(duì)特定離子(例如金屬離子)具有傳導(dǎo)性。根據(jù)一些實(shí)施方案，離子傳導(dǎo)材料可以對(duì)鋰離子或其他堿金屬離子具有傳導(dǎo)性。在一些情況下，離子傳導(dǎo)材料可以包括無機(jī)材料，例如陶瓷和/或?qū)饘匐x子傳導(dǎo)的玻璃。合適的玻璃包括但不限于如本領(lǐng)域已知的特征可在于含有“改性劑”部分和“網(wǎng)絡(luò)”部分的那些玻璃。改性劑可以包括在玻璃中傳導(dǎo)的金屬離子的金屬氧化物。網(wǎng)絡(luò)部分可以包括金屬硫族化物，例如，金屬氧化物或硫化物。在另一些情況下，離子傳導(dǎo)材料可以包括聚合物材料或者是聚合物材料。保護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)的離子傳導(dǎo)材料和離子傳導(dǎo)材料層的組合也是可能的(例如，包含陶瓷的第一離子傳導(dǎo)層和包含聚合物的第二離子傳導(dǎo)層)。陽極的保護(hù)層可以為基本上不可滲透的(例如，對(duì)于與包括陽極的電化學(xué)電池一起使用的電解質(zhì))。

在一些實(shí)施方案中，離子傳導(dǎo)材料可以包括選自以下的材料：氮化鋰、硅酸鋰、硼酸鋰、鋁酸鋰、磷酸鋰、氮氧化鋰磷、硅硫化鋰、鍺硫化鋰、鋰氧化物(例如，li2o、lio、lio2、liro2，其中r是稀土金屬)、氧化鋰鑭、氧化鋰鈦、硼硫化鋰、鋁硫化鋰和硫磷化鋰、硫氧化物及其組合。在一些實(shí)施方案中，離子傳導(dǎo)材料可包括al2o3、zro2、sio2、ceo2和/或al2tio5。離子傳導(dǎo)材料的選擇將取決于許多因素，包括但不限于電解質(zhì)的特性和電池中所使用的陽極和陰極。

可適用于保護(hù)結(jié)構(gòu)的聚合物(例如，作為聚合物層)種類的實(shí)例包括但不限于：聚胺(例如，聚(乙烯亞胺)和聚丙烯亞胺(ppi))；聚酰胺(例如，聚酰胺(尼龍)、聚(-己內(nèi)酰胺)(尼龍6)、聚(六亞甲基己二酰二胺)(尼龍66))；聚酰亞胺(例如，聚酰亞胺、聚腈和聚(均苯四甲酰亞胺-1,4-二苯醚)(卡普頓(kapton)))；乙烯基聚合物(例如，聚丙烯酰胺、聚(2-乙烯基吡啶)、聚(n-乙烯基吡咯烷酮)、聚(甲基氰基丙烯酸酯)、聚(乙基氰基丙烯酸酯)、聚(丁基氰基丙烯酸酯)、聚(異丁基氰基丙烯酸酯)、聚(乙酸乙烯酯)、聚(乙烯醇)、聚(氯乙烯)、聚(氟乙烯)、聚(2-乙烯基吡啶)、乙烯基聚合物、聚氯三氟乙烯和聚(異己基氰基丙烯酸酯)；聚縮醛；聚烯烴(例如，聚(丁烯-1)、聚(正戊烯-2)、聚丙烯、聚四氟乙烯)；聚酯(例如，聚碳酸酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、聚羥基丁酸酯)；聚醚(聚(環(huán)氧乙烷)(peo)、聚(環(huán)氧丙烷)(ppo)、聚(四氫呋喃)(ptmo))；亞乙烯基聚合物(例如，聚異丁烯、聚(甲基苯乙烯)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(pmma)、聚(偏二氯乙烯)和聚(偏二氟乙烯))；聚芳酰胺(例如，聚(亞氨基-1,3-亞苯基亞氨基異鄰苯二甲酰基)和聚(亞氨基-1,4-亞苯基亞氨基對(duì)苯二甲?；?)；多雜芳族化合物(例如，聚苯并咪唑(pbi)、聚苯并二唑(pbo)和聚苯并二噻唑(pbt))；多雜環(huán)化合物(例如，聚吡咯)；聚氨酯；酚類聚合物(例如，苯酚甲醛)；聚炔烴(例如，聚乙炔)；聚二烯(例如，1,2-聚丁二烯、順式或反式1,4-聚丁二烯)；聚硅氧烷(例如，聚二甲基硅氧烷(pdms)、聚二乙基硅氧烷(pdes)、聚二苯基硅氧烷(pdps)和聚甲基苯基硅氧烷(pmps))；以及無機(jī)聚合物(例如，聚磷腈、聚磷酸酯、聚硅烷、聚硅氮烷)。在一些實(shí)施方案中，聚合物可以選自聚乙烯醇、聚異丁烯、環(huán)氧樹脂、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯及其組合。這些聚合物的機(jī)械和電子特性(例如，傳導(dǎo)性、電阻率)是已知的。

保護(hù)層的其他合適的材料和/或性能描述于2010年7月1日提交并且于2010年12月30日公開的標(biāo)題為“electrodeprotectioninbothaqueousandnon-aqueouselectromechanicalcells,includingrechargeablelithiumbatteries”的美國專利申請(qǐng)第2010/0327811號(hào)中，其出于所有目的通過引用整體并入本文。

在某些實(shí)施方案中，陽極的至少一部分和/或陰極的一部分與電解質(zhì)直接物理接觸。在某些實(shí)施方案中，陽極的電活性材料的至少一部分和/或陰極的電活性材料的一部分與電解質(zhì)直接物理接觸。例如，電解質(zhì)可以與陽極的電活性材料和/或陰極的電活性材料接觸，以促進(jìn)li離子穿過電化學(xué)電池中的電極的傳輸。例如，在一些實(shí)施方案中，電解質(zhì)存在于電極的孔隙或間隙中。在一些實(shí)施方案中，電解質(zhì)可以與電極的鋰物質(zhì)直接物理接觸。在一些實(shí)施方案中，電解質(zhì)與陽極和/或陰極的兩側(cè)或更多側(cè)接觸(例如，直接物理接觸)。根據(jù)某些實(shí)施方案，例如，電解質(zhì)可以是圍繞陽極和/或陰極的兩側(cè)或更多側(cè)的液體。在一些實(shí)施方案中，電化學(xué)電池是軟包電池(pouchcell)，并且陽極和陰極設(shè)置在填充有電解質(zhì)(例如，液體電解質(zhì))的袋內(nèi)，所述電解質(zhì)圍繞陽極和/或陰極的兩側(cè)或更多側(cè)。

在某些實(shí)施方案中，一個(gè)電極(例如，陰極)的至少一部分而不是第二電極(例如，陽極)與電解質(zhì)直接物理接觸。例如，第二電極(例如，陽極)可以包括基本上抑制電極與電解質(zhì)直接接觸的保護(hù)層(例如，基本上不可滲透的層)。保護(hù)層而不是電極的電活性材料可以與電解質(zhì)直接物理接觸，盡管在一些實(shí)施方案中保護(hù)層中的微小缺陷(例如，缺陷)可導(dǎo)致電解質(zhì)與電活性材料間接接觸(例如，通過保護(hù)層)。

在某些實(shí)施方案中，電解質(zhì)包括有機(jī)溶劑。合適的有機(jī)溶劑的實(shí)例包括但不限于碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸乙基甲酯、碳酸亞乙酯和碳酸亞丙酯。在一些實(shí)施方案中，電解質(zhì)包含一種或更多種固體聚合物。有用的凝膠聚合物電解質(zhì)的實(shí)例包括但不限于包含選自以下的一種或更多種聚合物的那些：聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧丙烷、聚丙烯腈、聚硅氧烷、聚酰亞胺、聚磷腈、聚醚、磺化聚酰亞胺、全氟化膜(nafion樹脂)、聚二乙烯基聚乙二醇、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、前述的衍生物、前述的共聚物、前述的交聯(lián)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及前述的共混物，以及任選的一種或更多種增塑劑。有用的固體聚合物電解質(zhì)的實(shí)例包括但不限于包含選自以下的一種或更多種聚合物的那些：聚醚、聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧丙烷、聚酰亞胺、聚磷腈、聚丙烯腈、聚硅氧烷、前述的衍生物、前述的共聚物、前述的交聯(lián)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及前述的共混物。在一些情況下，電解質(zhì)還包含鋰鹽。合適的鋰鹽的非限制性實(shí)例包括六氟磷酸鋰(lipf6)、四氟硼酸鋰(libf4)、高氯酸鋰(liclo4)、六氟砷酸鋰一水合物(liasf6)、三氟甲磺酸鋰(licf3so3)、lin(so2cf3)2和lic(so2cf3)3。

在一些實(shí)施方案中，電解質(zhì)具有相對(duì)高的鋰離子電導(dǎo)率。在一些實(shí)施方案中，電解質(zhì)的鋰離子電導(dǎo)率為至少約10^-5s/cm、至少約10^-4s/cm、至少約10^-3s/cm、至少約10^-2s/cm、至少約10^-1s/cm或至少約1s/cm。在一些實(shí)施方案中，電解質(zhì)的鋰離子電導(dǎo)率在約10^-5s/cm至約10^-4s/cm、約10^-5s/cm至約10^-3s/cm、約10^-5s/cm至約10^-2s/cm、約10^-5s/cm至約10^-1s/cm、約10^-5s/cm至約1s/cm、約10^-4s/cm至約10^-3s/cm、約10^-4s/cm至約10^-2s/cm、約10^-4s/cm至約10^-1s/cm、約10^-4s/cm至約1s/cm、約10^-3s/cm至約10^-2s/cm、約10^-3s/cm至約10^-1s/cm、約10^-3s/cm至約1s/cm、或約10^-2s/cm至約1s/cm的范圍內(nèi)。如上所述，電解質(zhì)的鋰離子電導(dǎo)率可以使用eis測(cè)量。

在某些情況下，電解質(zhì)可以任選地還包含添加劑。添加劑可以例如減小陽極和/或陰極的阻抗和/或促進(jìn)膜形成。合適的添加劑的非限制性實(shí)例包括碳酸亞乙烯酯、碳酸乙烯基亞乙酯、co2、so2、亞硫酸亞乙酯及其任意組合。

電化學(xué)電池的隔離物(例如，圖4中電化學(xué)電池400的隔離物108)通常設(shè)置在陽極與陰極之間。隔離物可以是固體非電子傳導(dǎo)或電絕緣材料。在一些情況下，隔離物可以使陽極和陰極彼此分離或絕緣，防止短路，同時(shí)允許在陽極與陰極之間傳輸離子。在一些實(shí)施方案中，隔離物可以為多孔的(例如，隔離物可以包括多個(gè)孔)。在某些情況下，多孔隔離物可以為對(duì)電解質(zhì)可滲透的。

隔離物的孔可以部分地或基本上填充有電解質(zhì)。隔離物可以作為在電池制造期間與陽極和陰極交錯(cuò)的多孔獨(dú)立膜提供?；蛘撸梢詫⒍嗫赘綦x物層直接施加到電極之一的表面上，例如，如carlson等的pct公開號(hào)wo99/33125和bagley等的美國專利第5,194,341號(hào)中所述。

各種隔離物材料是本領(lǐng)域已知的。合適的固體多孔隔離物材料的實(shí)例包括但不限于聚烯烴，例如聚乙烯(例如，由tonenchemicalcorp制造的setela^tm)和聚丙烯、玻璃纖維濾紙和陶瓷材料。例如，在一些實(shí)施方案中，隔離物包括微孔聚乙烯膜。適用于本發(fā)明的隔離物和隔離物材料的另外的實(shí)例是包含微孔干凝膠層(例如，微孔擬勃姆石層)的那些，其可以作為獨(dú)立膜或通過直接涂覆施用于電極之一上來提供，如共同受讓人carlson等的美國專利第6,153,337和6,306,545號(hào)中所述。固體電解質(zhì)和凝膠電解質(zhì)除了其電解質(zhì)功能之外還可以用作隔離物。

合適的隔離物材料的實(shí)例包括但不限于：聚烯烴(例如，聚乙烯、聚(丁烯-1)、聚(正戊烯-2)、聚丙烯、聚四氟乙烯)；聚胺(例如，聚(乙烯亞胺)和聚丙烯亞胺(ppi))；聚酰胺(例如，聚酰胺(尼龍)、聚(-己內(nèi)酰胺)(尼龍6)、聚(六亞甲基己二酰二胺)(尼龍66))；聚酰亞胺(例如，聚酰亞胺、聚腈和聚(均苯四甲酰亞胺-1,4-二苯醚))；聚醚醚酮(peek)；乙烯基聚合物(例如，聚丙烯酰胺、聚(2-乙烯基吡啶)、聚(n-乙烯基吡咯烷酮)、聚(甲基氰基丙烯酸酯)、聚(乙基氰基丙烯酸酯)、聚(丁基氰基丙烯酸酯)、聚(異丁基氰基丙烯酸酯)、聚(乙酸乙烯酯)、聚(乙烯醇)、聚(氯乙烯)、聚(氟乙烯)、聚(2-乙烯基吡啶)、乙烯基聚合物、聚氯三氟乙烯和聚(異己基氰基丙烯酸酯)；聚縮醛；聚酯(例如，聚碳酸酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、聚羥基丁酸酯)；聚醚(聚(環(huán)氧乙烷)(peo)、聚(環(huán)氧丙烷)(ppo)、聚(四氫呋喃)(ptmo))；亞乙烯基聚合物(例如，聚異丁烯、聚(甲基苯乙烯)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(pmma)、聚(偏二氯乙烯)和聚(偏二氟乙烯))；聚芳酰胺(例如，聚(亞氨基-1,3-亞苯基亞氨基異鄰苯二甲?；?和聚(亞氨基-1,4-亞苯基亞氨基對(duì)苯二甲?；?)；多雜芳族化合物(例如，聚苯并咪唑(pbi)、聚苯并二唑(pbo)和聚苯并二噻唑(pbt))；多雜環(huán)化合物(例如，聚吡咯)；聚氨酯；酚類聚合物(例如，苯酚甲醛)；聚炔烴(例如，聚乙炔)；聚二烯(例如，1,2-聚丁二烯、順式或反式1,4-聚丁二烯)；聚硅氧烷(例如，聚二甲基硅氧烷(pdms)、聚二乙基硅氧烷(pdes)、聚二苯基硅氧烷(pdps)和聚甲基苯基硅氧烷(pmps))；以及無機(jī)聚合物(例如，聚磷腈、聚磷酸酯、聚硅烷、聚硅氮烷)。在一些實(shí)施方案中，聚合物可以選自聚(正戊烯-2)；聚丙烯；聚四氟乙烯；聚酰胺(例如，聚酰胺(尼龍)、聚(∈-己內(nèi)酰胺)(尼龍6)、聚(六亞甲基己二酰二胺)(尼龍66))；聚酰亞胺(例如，聚腈和聚(均苯四甲酰亞胺-1,4-二苯醚))；聚醚醚酮(peek)及其組合。

電化學(xué)電池可以具有任何合適的形狀。在一些情況下，電化學(xué)電池為圓柱形的(例如，卷成單個(gè)線軸的陰極、隔離物和陽極的三明治結(jié)構(gòu))。在某些情況下，電化學(xué)電池為棱柱形的。在一些實(shí)施方案中，電化學(xué)電池是軟包電池。例如，電化學(xué)電池的陽極和陰極可以密封在由聚合物膜形成的袋內(nèi)，并且袋可以填充有電解質(zhì)(例如，液體電解質(zhì))。金屬片(例如，ni、al)可以附接至陽極和陰極，用于電連接至外部電路。

當(dāng)然，典型的電化學(xué)電池還包括集電器、外部電路、外殼結(jié)構(gòu)等。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員充分意識(shí)到可以與如附圖所示和本文所述的一般示意性布置一起使用的許多布置。

如其他地方所述，本文所述的儲(chǔ)能裝置可以實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的性能。例如，并入鋰離子傳導(dǎo)層的某些電化學(xué)電池相對(duì)于缺少這樣的鋰離子傳導(dǎo)層但另外包括相同組件的電化學(xué)電池可具有減小的容量衰減率(例如，每次循環(huán)的容量損失)。在一些實(shí)施方案中，在至少約25℃、至少約40℃或至少約60℃的溫度下的第一次充電和放電循環(huán)之后，經(jīng)過至少約2、至少約10、至少約20、至少約30、至少約50、至少約75、至少約100、至少約125、或至少約135個(gè)循環(huán)，電化學(xué)電池容量每個(gè)充電和放電循環(huán)減小小于約5％、每個(gè)充電和放電循環(huán)減小小于約2％、每個(gè)充電和放電循環(huán)減小小于約1％、每個(gè)充電和放電循環(huán)減小小于約0.8％、每個(gè)充電和放電循環(huán)減小小于約0.6％、每個(gè)充電和放電循環(huán)減小小于約0.4％、每個(gè)充電和放電循環(huán)減小小于約0.2％、或者每個(gè)充電和放電循環(huán)減小小于約0.1％。在一些實(shí)施方案中，電化學(xué)電池容量每個(gè)充電和放電循環(huán)減小大于約0.1％、每個(gè)充電和放電循環(huán)減小大于約0.2％、每個(gè)充電和放電循環(huán)減小大于約0.4％、每個(gè)充電和放電循環(huán)減小大于約0.6％、每個(gè)充電和放電循環(huán)減小大于約0.8％、每個(gè)充電和放電循環(huán)減小大于約1％、每個(gè)充電和放電循環(huán)減小大于約2％、或者每個(gè)充電和放電循環(huán)減小大于約5％。上述范圍的組合也是可能的。容量衰減率可以通過在每個(gè)充電和放電循環(huán)期間測(cè)量容量來確定。

在一些實(shí)施方案中，包含鋰離子傳導(dǎo)層的電化學(xué)電池可以表現(xiàn)出低于不包括鋰離子傳導(dǎo)層但另外包括相同組件的等效電化學(xué)電池的容量衰減率至少約1％、至少約5％、至少約10％、至少約20％、至少約50％、至少約75％、或至少約100％的容量衰減率。

在一些實(shí)施方案中，本文所述的電化學(xué)電池在電池重復(fù)循環(huán)之后可表現(xiàn)出相對(duì)高的容量。例如，在一些實(shí)施方案中，在使電池交替地放電和充電5次后，電池在第5次循環(huán)結(jié)束時(shí)表現(xiàn)出電池的初始容量的至少約50％、至少約80％、至少約90％或至少約95％。在一些情況下，在使電池交替地放電和充電10次之后，電池在第10次循環(huán)結(jié)束時(shí)表現(xiàn)出電池的初始容量的至少約50％、至少約80％、至少約90％或至少約95％。在另一些情況下，在使電池交替地放電和充電25次后，電池在第25次循環(huán)結(jié)束時(shí)表現(xiàn)出電池的初始容量的至少約50％、至少約80％、至少約90％或至少約95％。

一些鋰離子電化學(xué)電池可易于自放電(例如，電化學(xué)電池的放電(例如，電化學(xué)電池儲(chǔ)存期間的容量損失))。在一些情況下，本文所述的某些電化學(xué)電池的自放電率相對(duì)于缺少鋰離子傳導(dǎo)層但另外包括相同組件的電化學(xué)電池可降低。在某些情況下，電化學(xué)電池在60℃下的自放電率可以為每星期約90％或更低、約80％或更低、約70％或更低、約60％或更低、約50％或更低、約40％或更低、約30％或更低、約20％或更低、或約10％或更低。在某些實(shí)施方案中，電化學(xué)電池在60℃下的自放電率可以為每星期約10％或更高、約20％或更高、約30％或更高、約40％或更高、約50％或更高、約60％或更高、約70％或更高、約80％或更高、或約90％或更高。在一些實(shí)施方案中，電化學(xué)電池在室溫(例如，約25℃)下的自放電率可以為每星期約90％或更低、約80％或更低、約70％或更低、約60％或更低、約50％或更低、約40％或更低、約30％或更低、約20％或更低、或約10％或更低。在一些情況下，電化學(xué)電池在室溫(例如，約25℃)下的自放電率可以為約10％或更高、約20％或更高、約30％或更高、約40％或更高、約50％或更高、約60％或更高、約70％或更多、約80％或更高、或約90％或更高。上述范圍的組合也是可能的。

在一些實(shí)施方案中，包括鋰離子傳導(dǎo)層的電化學(xué)電池可以表現(xiàn)出低于不包括鋰離子傳導(dǎo)層但另外包括相同組件的等效電化學(xué)電池的自放電率至少約1％、至少約5％、至少約10％、至少約20％、至少約50％、至少約75％、或至少約100％的自放電率。相應(yīng)地，在某些情況下，包括鋰離子傳導(dǎo)層的電化學(xué)電池可以表現(xiàn)出低于不包括鋰離子傳導(dǎo)層但另外包括相同組件的等效電化學(xué)電池的自放電率小于約100％、小于約75％、小于約50％、小于約20％、小于約20％、小于約10％、小于約5％、或小于約1％的自放電率。上述范圍的組合也是可能的。

在某些實(shí)施方案中，包括鋰離子傳導(dǎo)層的電化學(xué)電池可以在儲(chǔ)存期間和/或儲(chǔ)存后的初始放電之后經(jīng)歷不可逆容量損失降低。在一些實(shí)施方案中，電化學(xué)電池也可以在隨后的放電時(shí)(例如，在室溫或高溫(例如50攝氏度或本文所述的其他高溫)下再充電之后)經(jīng)歷不可逆容量損失降低。例如，與使用包括類似組件和量但不包括鋰離子傳導(dǎo)層的類似電化學(xué)電池(即，所有其他因素相同)進(jìn)行的不可逆容量損失相比，在電化學(xué)電池儲(chǔ)存期間、初始放電之后或者第2、3、4、5、6、7、8、9或10次放電之后，電化學(xué)電池可以經(jīng)歷不可逆容量損失降低至少5％、至少10％、至少20％、至少30％、至少40％、或至少50％。在一些實(shí)施方案中，與使用不包括鋰離子傳導(dǎo)層的類似電化學(xué)電池(所有其他因素相同)進(jìn)行的不可逆容量損失相比，在電化學(xué)電池儲(chǔ)存期間、初始放電之后或者在第2、3、4、5、6、7、8、9或10次放電之后，不可逆容量損失降低可以小于或等于80％、小于或等于60％、小于或等于40％、小于或等于20％、或小于或等于10％。上述范圍的組合也是可能的。

在某些實(shí)施方案中，包括鋰離子傳導(dǎo)層的電化學(xué)電池相對(duì)于不包括鋰離子傳導(dǎo)層但另外包括相同量的相同組件的電化學(xué)電池(即，所有其他因素相同)可能經(jīng)歷減小的阻抗增加率。在一些實(shí)施方案中，包括鋰離子傳導(dǎo)層的電化學(xué)電池可以具有低于不包括鋰離子傳導(dǎo)層但另外包括相同組件的等效電化學(xué)電池的阻抗增加率至少約1％、至少約5％、至少約10％、至少約20％、至少約50％、至少約75％、或至少約100％的阻抗增加率。在某些情況下，包括鋰離子傳導(dǎo)層的電化學(xué)電池可以具有低于不包括鋰離子傳導(dǎo)層但另外包括相同組件的等效電化學(xué)電池的阻抗增加率小于約100％、小于約75％、小于約50％、小于約20％、小于約20％、小于約10％、小于約5％、或小于約1％的阻抗增加率。上述范圍的組合也是可能的。

在電化學(xué)電池包括包含鋰離子傳導(dǎo)層的第一電極(例如，鋰嵌入電極)、第二電極(例如，嵌入電極、鋰金屬電極)和電解質(zhì)的某些實(shí)施方案中，在電化學(xué)電池已經(jīng)歷至少約10個(gè)循環(huán)、至少約25個(gè)循環(huán)、至少約50個(gè)循環(huán)、至少約75個(gè)循環(huán)、至少約100個(gè)循環(huán)、至少約125個(gè)循環(huán)、至少約150個(gè)循環(huán)、至少約175個(gè)循環(huán)、至少約200個(gè)循環(huán)、至少約250個(gè)循環(huán)、或至少約300個(gè)循環(huán)之后，沒有從第一電極或電解質(zhì)分解的物質(zhì)駐留在第二電極處。在一些實(shí)施方案中，在電化學(xué)電池已經(jīng)歷小于或等于約300個(gè)循環(huán)、小于或等于約250個(gè)循環(huán)、小于或等于約200個(gè)循環(huán)、小于或等于約175個(gè)循環(huán)、小于或等于約150個(gè)循環(huán)、小于或等于約125個(gè)循環(huán)、小于或等于約100個(gè)循環(huán)、小于或等于約75個(gè)循環(huán)、小于或等于約50個(gè)循環(huán)、小于或等于約25個(gè)循環(huán)、或小于或等于約10個(gè)循環(huán)之后，從第一電極或電解質(zhì)分解的物質(zhì)不駐留在第二電極處。上述范圍的組合也是可能的。駐留在第二電極處的物質(zhì)可以例如通過能量色散光譜(eds)檢測(cè)。

一些實(shí)施方案可以包括其中施加各向異性力用于增強(qiáng)裝置的性能的電化學(xué)裝置。向電化學(xué)電池施加力可以改善電池的循環(huán)壽命和性能。當(dāng)向電化學(xué)電池施加各向異性力(例如，在電池充電和/或放電期間)時(shí)，上述的任何電極特性(例如，孔隙率、平均孔徑等)和/或性能指標(biāo)可以單獨(dú)或彼此組合地實(shí)現(xiàn)。各向異性力的大小可以位于以下提及的任何范圍內(nèi)。

在一些實(shí)施方案中，施加于儲(chǔ)能裝置的各向異性力包括垂直于儲(chǔ)能裝置的電極(例如，鋰離子電化學(xué)電池的陽極)的活性表面的分量。在平表面的情況下，力可以包括具有垂直于施加力的點(diǎn)處的表面的分量的各向異性力。在彎曲表面(例如，凹表面或凸表面)的情況下，力可以包括具有垂直于與施加力的點(diǎn)處的彎曲表面相切的平面的分量的各向異性力。在一些實(shí)施方案中，在電化學(xué)電池充電和/或放電期間的至少一個(gè)時(shí)間段期間施加具有垂直于陽極的活性表面的分量的各向異性力。在一些實(shí)施方案中，可以連續(xù)地、在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)或者在可以在持續(xù)時(shí)間和/或頻率上變化的多個(gè)時(shí)間段內(nèi)施加力。在一些情況下，可以在一個(gè)或更多個(gè)預(yù)定位置處(任選地分布在一個(gè)或兩個(gè)電極的活性表面上)施加各向異性力。在一些實(shí)施方案中，在電極的活性表面上均勻地施加各向異性力。

“各向異性力”具有其在本領(lǐng)域中通常的含義并且意指在所有方向上不相等的力。在所有方向上相等的力是例如流體或材料內(nèi)的流體或材料的內(nèi)部壓力，例如物體的內(nèi)部氣體壓力。在所有方向上不相等的力的實(shí)例包括指向特定方向的力，例如由桌子上的物體通過重力施加在桌子上的力。各向異性力的另一實(shí)例包括由圍繞物體的周邊布置的帶施加的力。例如，橡膠帶或螺絲扣可圍繞其所纏繞的物體的周邊施加力。然而，帶可以不對(duì)不與所述帶接觸的物體的外表面的任何部分施加任何直接力。此外，當(dāng)帶沿著第一軸線擴(kuò)張至較第二軸線更大的程度時(shí)，帶可以在平行于第一軸線的方向上施加比平行于第二軸線施加的力更大的力。具有“垂直”于表面(例如，電極的活性表面)的“分量”的力具有本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的通常含義，并且包括例如至少部分地在基本上垂直于表面的方向上施加其自身的力。

在一些實(shí)施方案中，在電化學(xué)電池充電和/或放電期間的至少一個(gè)時(shí)間段期間施加具有垂直于電極(例如，陰極)的活性表面的分量的各向異性力。垂直于電極活性表面的各向異性力的分量可以例如限定至少約5、至少約10、至少約25、至少約50、至少約75、至少約100、至少約120、至少約150、至少約175、至少約200、至少約225、或至少約250牛頓每平方厘米的壓強(qiáng)。在一些實(shí)施方案中，垂直于電極活性表面的各向異性力的分量可以例如限定小于約250、小于約225、小于約200、小于約150、小于約120、小于約100、小于約50、小于約25、或小于約10牛頓每平方厘米的壓強(qiáng)。在一些情況下，垂直于陽極活性表面的各向異性力的分量可以限定約5牛頓每平方厘米至約150牛頓每平方厘米、約50牛頓每平方厘米至約120牛頓每平方厘米、約70牛頓每平方厘米至約100牛頓每平方厘米、約80牛頓每平方厘米至約110牛頓每平方厘米、約5牛頓每平方厘米至約250牛頓每平方厘米、約50牛頓每平方厘米至約250牛頓每平方厘米、約80牛頓每平方厘米至約250牛頓每平方厘米、約90牛頓每平方厘米至約250牛頓每平方厘米、或約100牛頓每平方厘米至約250牛頓每平方厘米的壓強(qiáng)。盡管力和壓強(qiáng)在本文中通常分別以牛頓和牛頓每單位面積為單位來描述，但是力和壓強(qiáng)也可以分別以千克力和千克力每單位面積的單位來表示。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將熟悉基于千克力的單位，并且將理解1千克力(kgf)等于約9.8牛頓。

一些實(shí)施方案涉及包括本文所述的一個(gè)或更多個(gè)組件的方法。在一些實(shí)施方案中，方法包括使包括第一電極(例如，鋰嵌入電極、鋰轉(zhuǎn)化電極)、第二電極和電解質(zhì)的電化學(xué)電池循環(huán)。根據(jù)某些實(shí)施方案，第一電極包括與無機(jī)鋰離子傳導(dǎo)層結(jié)合為一體的包含電活性材料的層。在這樣的循環(huán)期間可以獲得本文所述的某些優(yōu)點(diǎn)(例如，提高的循環(huán)壽命、減少的電解質(zhì)損失、抑制某些物質(zhì)駐留在電極處)。

在一些實(shí)施方案中，所述方法包括使電化學(xué)電池在至少約20攝氏度、至少約25攝氏度、至少約30攝氏度、至少約35攝氏度、至少約40攝氏度、至少約45攝氏度、至少約50攝氏度、至少約55攝氏度、或至少約60攝氏度、至少65攝氏度的溫度下循環(huán)。在一些實(shí)施方案中，所述方法包括使電化學(xué)電池在小于或等于約70攝氏度、小于或等于約65攝氏度、小于或等于約60攝氏度、小于或等于約55攝氏度、小于或等于約50攝氏度、小于或等于約45攝氏度、小于或等于約40攝氏度、小于或等于約35攝氏度、小于或等于約30攝氏度、小于或等于約25攝氏度、或小于或等于約20攝氏度的溫度下循環(huán)。上述范圍的組合也是可能的。

在一些實(shí)施方案中，所述方法包括使電化學(xué)電池以至少約4.2v、至少約4.3v、至少約4.4v、或至少約4.5v、至少約4.6v、至少約4.7v、至少約4.8v、或至少約4.9v的充電終止電壓循環(huán)。在一些實(shí)施方案中，所述方法包括使電化學(xué)電池以約5.0v或更低、約4.9v或更低、約4.8v或更低、約4.7v或更低、約4.6v或更低、約4.5v或更低、約4.4v或更低、約4.3v或更低、或約4.2v或更低的充電終止電壓循環(huán)。上述范圍的組合也是可能的。

在某些實(shí)施方案中，電化學(xué)電池循環(huán)至少約10個(gè)循環(huán)、至少約25個(gè)循環(huán)、至少約50個(gè)循環(huán)、至少約75個(gè)循環(huán)、至少約100個(gè)循環(huán)、至少約125個(gè)循環(huán)、至少約150個(gè)循環(huán)、至少約175個(gè)循環(huán)、至少約200個(gè)循環(huán)、至少約250個(gè)循環(huán)、或至少約300個(gè)循環(huán)。在一些實(shí)施方案中，電化學(xué)電池循環(huán)小于或等于約300個(gè)循環(huán)、小于或等于約250個(gè)循環(huán)、小于或等于約200個(gè)循環(huán)、小于或等于約175個(gè)循環(huán)、小于或等于約150個(gè)循環(huán)、小于或等于約125個(gè)循環(huán)、小于或等于約100個(gè)循環(huán)、小于或等于約75個(gè)循環(huán)、小于或等于約50個(gè)循環(huán)、小于或等于約25個(gè)循環(huán)、或小于或等于約10個(gè)循環(huán)。上述范圍的組合也是可能的。

在一些實(shí)施方案中，方法包括基本上抑制由第一電極分解的物質(zhì)或由電解質(zhì)分解的物質(zhì)駐留在第二電極處。在一些實(shí)施方案中，所述方法包括基本上抑制物質(zhì)沉積到第二電極上。

根據(jù)一些實(shí)施方案，所述方法包括在至少約20攝氏度、至少約25攝氏度、至少約30攝氏度、至少約35攝氏度、至少約40攝氏度、至少約45攝氏度、或至少約50攝氏度的溫度下抑制由第一電極或由電解質(zhì)分解的物質(zhì)駐留在第二電極處。在一些實(shí)施方案中，所述方法包括在小于或等于約50攝氏度、小于或等于約攝氏45度、小于或等于約40攝氏度、小于或等于約35攝氏度、小于或等于約30攝氏度、小于或等于約25攝氏度、或者小于或等于約20攝氏度的溫度下抑制由第一電極或由電解質(zhì)分解的物質(zhì)駐留在第二電極處。上述范圍的組合也是可能的。

一些實(shí)施方案涉及制造電極和/或電化學(xué)電池的方法。在一些實(shí)施方案中，所述方法包括將鋰離子傳導(dǎo)層沉積在含電活性材料的層上的步驟。沉積步驟可以使用任何合適的方法進(jìn)行，包括但不限于：電子束蒸鍍；化學(xué)氣相沉積(cvd)；等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(pecvd)；激光增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積，熱蒸鍍(包括但不限于電阻、感應(yīng)、輻射和電子束加熱)；氣溶膠沉積；濺射(包括但不限于二極管、dc磁控管、rf、rf磁控管、脈沖、雙磁控管、ac、mf和反應(yīng))；激光燒蝕；離子鍍；陰極電弧和噴射氣相沉積。所使用的方法可以取決于多種因素，包括所沉積的材料的類型、層的厚度以及其上沉積有鋰離子傳導(dǎo)層的下層。例如，氣溶膠沉積可以用于沉積包含具有晶體結(jié)構(gòu)(例如li10gep2s12和/或li7la3zr2o12)的陶瓷的鋰離子傳導(dǎo)層。

在一些實(shí)施方案中，本文所述方法還包括使陽極和/或陰極的至少一部分暴露于電解質(zhì)。在一些實(shí)施方案中，本文所述方法還包括使陽極的電活性材料和/或陰極的電活性材料的至少一部分暴露于電解質(zhì)。

以下文件出于所有目的通過引用整體并入本文：2001年5月23日提交的標(biāo)題為“l(fā)ithiumanodesforelectrochemicalcells”的美國專利第7,247,408號(hào)；1996年3月19日提交的標(biāo)題為“stabilizedanodeforlithium-polymerbatteries”的美國專利第5,648,187號(hào)；1997年7月7日提交的標(biāo)題為“stabilizedanodeforlithium-polymerbatteries”的美國專利第5,961,672號(hào)；1997年5月21日提交的標(biāo)題為“novelcompositecathodes,electrochemicalcellscomprisingnovelcompositecathodes,andprocessesforfabricatingsame”的美國專利第5,919,587號(hào)；2006年4月6日提交的作為美國公開號(hào)2007-0221265公開并且標(biāo)題為“rechargeablelithium/water，lithium/airbatteries”的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)：11/400,781；2008年7月29日提交的作為國際公開號(hào)wo/2009017726公開并且標(biāo)題為“swellinginhibitioninlithiumbatteries”的國際專利申請(qǐng)序列號(hào)：pct/us2008/009158；2009年5月26日提交的作為美國公開號(hào)2010-0129699公開并且標(biāo)題為“separationofelectrolytes”的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)：12/312,764；2008年10月23日提交的作為國際公開號(hào)wo/2009054987公開并且標(biāo)題為“primerforbatteryelectrode”的國際專利申請(qǐng)序列號(hào)：pct/us2008/012042；2008年2月8日提交的作為美國公開號(hào)2009-0200986公開并且標(biāo)題為“protectivecircuitforenergy-storagedevice”的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)：12/069,335；2006年4月6日提交的作為美國公開號(hào)2007-0224502公開并且標(biāo)題為“electrodeprotectioninbothaqueousandnon-aqueouselectrochemicalcells,includingrechargeablelithiumbatteries”的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)：11/400,025；2007年6月22日提交的作為美國公開號(hào)2008/0318128公開并且標(biāo)題為“l(fā)ithiumalloy/sulfurbatteries”的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)：11/821,576；2005年4月20日提交的作為美國公開號(hào)2006-0238203公開并且標(biāo)題為“l(fā)ithiumsulfurrechargeablebatteryfuelgaugesystemsandmethods”的專利申請(qǐng)序列號(hào)：11/111,262；2007年3月23日提交的作為美國公開號(hào)2008-0187663公開并且標(biāo)題為“co-flashevaporationofpolymerizablemonomersandnon-polymerizablecarriersolvent/saltmixtures/solutions”的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)：11/728,197；2008年9月19日提交的作為國際公開號(hào)wo/2009042071公開并且標(biāo)題為“electrolyteadditivesforlithiumbatteriesandrelatedmethods”的國際專利申請(qǐng)序列號(hào)：pct/us2008/010894；2009年1月8日提交的作為國際公開號(hào)wo/2009/089018公開并且標(biāo)題為“porouselectrodesandassociatedmethods”的國際專利申請(qǐng)序列號(hào)：pct/us2009/000090；2009年8月4日提交的作為美國公開號(hào)2010/0035128公開并且標(biāo)題為“applicationofforceinelectrochemicalcells”的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)：12/535,328；2010年3月19日提交的標(biāo)題為“cathodeforlithiumbattery”的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)：12/727,862；2009年5月22日提交的標(biāo)題為“hermeticsampleholderandmethodforperformingmicroanalysisundercontrolledatmosphereenvironment”的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)：12,471,095；于2010年8月24日提交的標(biāo)題為“releasesystemforelectrochemicalcells”的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)：12/862,513(其要求2009年8月24日提交的標(biāo)題為“releasesystemforelectrochemicalcells”的臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)：61/236,322的優(yōu)先權(quán))；2011年8月24日提交的作為美國專利公開號(hào)2012/0048729公開的標(biāo)題為“electricallynon-conductivematerialsforelectrochemicalcells”的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)13/216,559；2010年8月24日提交的標(biāo)題為“electricallynon-conductivematerialsforelectrochemicalcells”的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)：61/376,554；2010年8月24日提交的作為美國專利公開號(hào)2011/0177398公開的標(biāo)題為“electrochemicalcell”的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)：12/862,528；于2010年8月24日提交的作為美國專利公開號(hào)2011/0070494公開的標(biāo)題為“electrochemicalcellscomprisingporousstructurescomprisingsulfur”的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)12/862,563[s1583.70029us00]；于2010年8月24日提交的作為美國專利公開號(hào)2011/0070491公開的標(biāo)題為“electrochemicalcellscomprisingporousstructurescomprisingsulfur”的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)12/862,551[s1583.70030us00]；于2010年8月24日提交的作為美國專利公開號(hào)2011/0059361公開的標(biāo)題為“electrochemicalcellscomprisingporousstructurescomprisingsulphur”的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)12/862,576[s1583.70031us00]；于2010年8月24日提交的作為美國專利公開號(hào)2011/0076560公開的標(biāo)題為“electrochemicalcellscomprisingporousstructurescomprisingsulfur”的美國專利序列號(hào)12/862,581[s1583.70024us01]；于2011年9月22日提交的作為美國專利公開號(hào)2012/0070746公開的標(biāo)題為“l(fā)owelectrolyteelectrochemicalcells”的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)：13/240,113；于2010年9月22日提交的標(biāo)題為“l(fā)owelectrolyteelectrochemicalcells”的美國專利申請(qǐng)系列號(hào)：61/385,343；以及2011年2月23日提交的作為美國專利公開號(hào)2011/0206992公開的標(biāo)題為“porousstructuresforenergystoragedevices”的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)：13/033,419[s1583.70034us00]；2012年3月9日提交的作為美國專利公開號(hào)2013/0252103公開并且標(biāo)題為“poroussupportstructures，electrodescontainingsame，andassociatedmethods”的美國專利申請(qǐng)第13/789,783號(hào)；2012年10月4日提交的作為美國專利公開號(hào)2013/0095380公開并且標(biāo)題為“electrodestructureandmethodformakingthesame”的美國專利公開號(hào)：13/644,933[s1583.70044us01]；2014年1月8日提交并且標(biāo)題為“conductivitycontrolinelectrochemicalcells”的美國專利申請(qǐng)?zhí)枺?4/150,156[s1583.70049us01]；2013年3月15日提交并且標(biāo)題為“protectivestructuresforelectrodes”的美國專利申請(qǐng)?zhí)枺?3/833,377[s1583.70051us00]；2014年3月13日提交的作為美國專利公開號(hào)2014/0272597公開并且標(biāo)題為“protectedelectrodestructuresandmethods”的美國專利申請(qǐng)?zhí)枺?4/209,274[s1583.70052us01]；2014年1月8日提交的作為美國專利公開號(hào)2014/0193713公開的標(biāo)題為“passivationofelectrodesinelectrochemicalcells”的美國專利申請(qǐng)?zhí)?4/150,196[s1583.70058us01]；2014年11月25日提交的作為美國專利申請(qǐng)?zhí)?015/0086837公開的標(biāo)題為“ceramic/polymermatrixforelectrodeprotectioninelectrochemicalcells，includingrechargeablelithiumbatteries”美國專利申請(qǐng)第14/552,608號(hào)[s1583.70062us02]；2014年8月8日提交的作為美國專利公開號(hào)2015/0044517公開并且標(biāo)題為“self-healingelectrodeprotectioninelectrochemicalcells”的美國專利申請(qǐng)第14/455,230號(hào)[s1583.70064us01]；2014年2月19日提交的作為美國專利公開號(hào)2015/0236322公開并且標(biāo)題為“electrodeprotectionusingelectrolyte-inhibitingionconductor”的美國專利申請(qǐng)第14/184,037號(hào)[s1583.70065us01]。出于所有目的，本文公開的所有其他專利和專利申請(qǐng)也通過引用整體并入。

以下實(shí)施例旨在舉例說明本發(fā)明的某些實(shí)施方案，但不例示本發(fā)明的全部范圍。

實(shí)施例1

該實(shí)施例描述了包括陽極、涂覆有鋰離子傳導(dǎo)陶瓷的陰極以及設(shè)置在陽極與陰極之間的多孔隔離物的電化學(xué)電池的制造和測(cè)試。

在電化學(xué)電池中，陽極是石墨，并且10μmcu箔充當(dāng)基底和集電器。多孔隔離物是25μm厚的聚烯烴層(celgard2325)。陰極是涂覆在鋁基底上的鐵鋰磷酸鹽(lfp)。陰極的容量為約1.21mah/cm²。通過真空沉積將氧化鋰涂覆到lfp陰極上，其中含氧氣體與鋰蒸氣反應(yīng)。在陽極和陰極兩者中，使用pvdf作為粘合劑。

在單層電池中組裝上述組件，其中隔離物設(shè)置在陽極與陰極之間，并將電池組件置于箔袋中?？偦钚躁帢O表面積為16.574cm²。將0.3ml的lp30電解質(zhì)(44.1％碳酸二甲酯、44.1％碳酸亞乙酯、11.8％六氟磷酸鋰)添加到箔袋中，然后將電池包真空密封。用電解質(zhì)將電池浸泡24小時(shí)而不受限制，然后施加10kg/cm²的壓力。使電池在10kg/cm²壓力下循環(huán)。

分別在標(biāo)準(zhǔn)c/8(2.5ma)和c/5速率(4ma)下進(jìn)行充電和放電循環(huán)，充電截止電壓為4.2v，然后在4.2v下依次遞減至0.5ma，而放電截止電壓為2.5v。使電池在室溫下循環(huán)5個(gè)循環(huán)。從第6次循環(huán)開始，使電池在50℃下循環(huán)。

圖8a示出了氧化鋰涂覆的lfp陰極在循環(huán)之前的截面圖的sem圖像，以及圖8b示出了陰極在約70次循環(huán)之后的sem圖像。由圖8a-8b看出，氧化鋰陶瓷涂層在約70次循環(huán)后保持完整。

比較例1

該比較例描述了包括未涂覆的石墨陽極和未涂覆的lfp陰極的對(duì)照電池的制造和測(cè)試。使用和遵循實(shí)施例1中給出的材料和步驟，不同之處在于lfp陰極未涂覆有鋰離子傳導(dǎo)陶瓷材料。

圖7示出了與來自比較例1的電化學(xué)電池(704)的放電容量衰減率相比，來自實(shí)施例1的電化學(xué)電池(702)在50℃循環(huán)溫度下的放電容量衰減率顯著改善。

圖9a-9b示出了來自比較例1的電化學(xué)電池(9a)和實(shí)施例1的電化學(xué)電池(9b)的石墨陽極的能量色散譜(eds)光譜。盡管對(duì)照電池與陶瓷涂覆的lfp電池在形態(tài)學(xué)上沒有顯著差異，但如sem(圖8)所示，eds在對(duì)照電池的石墨陽極上檢測(cè)到fe，而來自陶瓷涂覆的lfp電池的石墨陽極上不存在fe。該結(jié)果表明，氧化鋰抑制fe從lfp溶解以及隨后在石墨陽極上還原，從而改善容量衰減率。

實(shí)施例2

該實(shí)施例描述了包括硫氧化物涂覆的lfp陰極的電化學(xué)電池的制造和測(cè)試。

使用和遵循實(shí)施例1中給出的材料和步驟，不同之處在于lfp陰極涂覆有硫氧化物而不是氧化鋰。將0.5μm厚的硫氧化物陶瓷涂層濺射在lfp電極上。圖10示出了相對(duì)于比較例1的對(duì)照電池(1020)包括硫氧化物涂覆的lfp的電池(1000)中的改善的放電容量衰減率。

實(shí)施例3

該實(shí)施例描述了包括氧化鋰涂覆的lfp陰極的電化學(xué)電池的制造和測(cè)試。

將2μm厚的氧化鋰層真空沉積在lfp電極上。以與實(shí)施例1相同的方式構(gòu)建電池并在室溫下循環(huán)5個(gè)循環(huán)。將完全充電的電池在60℃下儲(chǔ)存一星期，然后在室溫下循環(huán)。以相同的方式構(gòu)建具有常規(guī)lfp陰極的對(duì)照電池并循環(huán)/儲(chǔ)存。如圖11所示，由比較例1的對(duì)照電池(1120)觀察到100％自放電。在lfp陰極上存在氧化鋰陶瓷涂層的情況下，電池自放電減小至56％(1100)。

實(shí)施例4

該實(shí)施例描述了包括氧化鋰涂覆的陽極的電化學(xué)電池的制造和測(cè)試。

將2μm厚的氧化鋰層真空沉積在石墨電極上。以與實(shí)施例1相同的方式構(gòu)建電池并在室溫下循環(huán)5個(gè)循環(huán)。將完全充電的電池在60℃下儲(chǔ)存一星期，然后在室溫下進(jìn)一步循環(huán)。如圖12所示，由比較例1的對(duì)照電池(1220)觀察到100％自放電。在石墨陽極上存在氧化鋰陶瓷涂層的情況下，電池自放電減小至91％(1200)。

實(shí)施例5

該實(shí)施例描述了包括氧化鋰涂覆的石墨陽極和氧化鋰涂覆的lfp陰極的電化學(xué)電池的制造和測(cè)試。

將2μm的氧化鋰層真空沉積在石墨電極和lfp電極上。以與實(shí)施例1相同的方式構(gòu)建使用氧化物涂覆的石墨和氧化物涂覆的lfp的電池并在室溫下循環(huán)5個(gè)循環(huán)。然后將完全充電的電池在60℃下儲(chǔ)存一星期，然后在室溫下進(jìn)一步循環(huán)。如圖13所示，由比較例1的對(duì)照電池(1320)觀察到100％自放電。在石墨和lfp電極兩者上存在氧化鋰陶瓷涂層的情況下，電池自放電減小至55％(1300)。

實(shí)施例6

該實(shí)施例描述了包括氧化鋰涂覆的陽極和氧化鋰涂覆的nmc陰極的電化學(xué)電池的制造和測(cè)試。

將2μm的氧化鋰層真空沉積在石墨電極和nmc電極上。以與實(shí)施例1相同的方式構(gòu)建使用氧化物涂覆的石墨和氧化物涂覆的nmc的電池。分別在標(biāo)準(zhǔn)c/8(3.3ma)和c/5速率(5.2ma)下進(jìn)行充電和放電循環(huán)，充電截止電壓為4.2v而放電截止電壓為3.2v。使電池在室溫下循環(huán)5個(gè)循環(huán)。將完全充電的電池在60℃下儲(chǔ)存一星期，然后在室溫下進(jìn)一步循環(huán)。以相同的方式構(gòu)建具有常規(guī)石墨和nmc電極的對(duì)照電池并循環(huán)/儲(chǔ)存。如圖14所示，由對(duì)照電池(1420)觀察到41％自放電。在石墨和nmc兩者上存在氧化鋰陶瓷涂層的情況下，電池自放電減小至30％(1400)。

實(shí)施例7：

該實(shí)施例描述了包括硫氧化物涂覆的lfp陰極的電化學(xué)電池的制造和測(cè)試。

將1μm電子束化的硫氧化物陶瓷層作為保護(hù)性li離子傳導(dǎo)陶瓷涂覆在lfp電極上。圖15示出了相對(duì)于具有未涂覆的lfp的對(duì)照電池包括硫氧化物涂覆的lfp的電池中的改善的放電容量衰減率。此外，由圖15，可以看出，1μm硫氧化物涂層(1500)較包括0.5μm硫氧化物涂層的那些(1520)或不包括涂層的那些(1540)更多地改善了容量衰減率。

實(shí)施例8

該實(shí)施例描述了包括硫氧化物涂覆的lfp陰極的電化學(xué)電池的制造和測(cè)試。

將1μm電子束化的硫氧化物陶瓷層作為保護(hù)性li離子傳導(dǎo)陶瓷涂覆在lfp電極上。以相同的方式構(gòu)建電池并在室溫下循環(huán)5個(gè)循環(huán)。將完全充電的電池在60℃下儲(chǔ)存一星期，然后在室溫下進(jìn)一步循環(huán)。以相同的方式構(gòu)建具有常規(guī)石墨和lfp電極的對(duì)照電池并循環(huán)/儲(chǔ)存。如圖16所示，由對(duì)照電池(1620)觀察到100％自放電。在lfp上存在1μm硫氧化鋰陶瓷涂層的情況下，電池自放電減小至78％(1600)。

實(shí)施例9

該實(shí)施例描述了包括硫氧化物涂覆的石墨陽極的電化學(xué)電池的制造和測(cè)試。

將1μm電子束化的硫氧化鋰層真空沉積在石墨電極上。以相同的方式構(gòu)建電池并在室溫下循環(huán)5個(gè)循環(huán)。將完全充電的電池在60℃下儲(chǔ)存一星期，然后在室溫下進(jìn)一步循環(huán)。以相同的方式構(gòu)建具有常規(guī)石墨和lfp電極的對(duì)照電池并循環(huán)/儲(chǔ)存。如圖17所示，由對(duì)照電池(1720)觀察到100％自放電。在石墨上存在硫氧化鋰陶瓷涂層的情況下，電池自放電減小至84％(1700)。

實(shí)施例10

該實(shí)施例描述了包括石墨陽極和涂覆有基本上多孔的氧化鋰層的ncm陰極的電化學(xué)電池的制造和測(cè)試。

圖18a示出未涂覆的ncm陰極的sem圖像。通過真空沉積將1μm厚的氧化鋰層作為保護(hù)性鋰離子傳導(dǎo)陶瓷層涂覆在ncm陰極上。圖18b示出了具有氧化鋰陶瓷涂層的ncm陰極的sem圖像。由圖18b可以看出，氧化鋰陶瓷涂層為多孔的。

電化學(xué)電池包含由44.1％碳酸二甲酯、44.1％碳酸亞乙酯、11.8％六氟磷酸鋰組成的lp30電解質(zhì)。

使電化學(xué)電池在室溫下循環(huán)5個(gè)循環(huán)，并從第6個(gè)循環(huán)開始在50℃下循環(huán)。圖19示出了相對(duì)于具有未涂覆的ncm陰極的對(duì)照電化學(xué)電池(1910)，包括氧化鋰涂覆的ncm陰極的電化學(xué)電池(1900)中的改善的放電容量衰減率。

圖20a-20b示出了來自179次循環(huán)后的具有未涂覆的ncm電極的電化學(xué)電池(圖20a)和191次循環(huán)后的具有氧化鋰涂覆的ncm電極的電化學(xué)電池(圖20b)的石墨陽極的eds光譜和sem圖像(插圖)。由圖20a至20b中的eds光譜可以看出，eds在具有未涂覆的ncm電極的電池的石墨陽極上檢測(cè)到mn，而在具有氧化鋰涂覆的ncm電極的電池的石墨陽極上未檢測(cè)到mn。該結(jié)果表明，ncm陰極上的多孔氧化鋰涂層抑制ncm陰極的mn腐蝕及其隨后在石墨陽極上還原。這也可以改善具有氧化鋰涂覆的ncm陰極的電化學(xué)電池的容量衰減率。

盡管本文已經(jīng)描述和舉例說明了本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施方案，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易地想到用于執(zhí)行功能和/或獲得本文所述的結(jié)果和/或一個(gè)或更多個(gè)優(yōu)點(diǎn)的多種其他方法和/或結(jié)構(gòu)，并且每個(gè)這樣的變化和/或修改被認(rèn)為處于本發(fā)明的范圍內(nèi)。更一般地，本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地理解，本文描述的所有參數(shù)、尺寸、材料和構(gòu)造意在是示例性的，并且實(shí)際參數(shù)、尺寸、材料和/或構(gòu)造將取決于使用本發(fā)明的教導(dǎo)的具體應(yīng)用。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到或者能夠僅使用常規(guī)實(shí)驗(yàn)確定本文所述發(fā)明的具體實(shí)施方案的許多等同物。因此，應(yīng)當(dāng)理解，前述實(shí)施方案僅以舉例的方式給出，并且在所附權(quán)利要求書及其等同物的范圍內(nèi)，本發(fā)明可以以不同于具體描述和要求保護(hù)的方式實(shí)施。本發(fā)明涉及本文所述的每個(gè)單獨(dú)的特征、系統(tǒng)、物品、材料和/或方法。此外，如果這樣的特征、系統(tǒng)、物品、材料和/或方法不相互矛盾，則兩個(gè)或更多個(gè)這樣的特征、系統(tǒng)、物品、材料和/或方法的任意組合包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

除非明確指示相反，否則說明書和權(quán)利要求書中使用的不定冠詞“一個(gè)/種”應(yīng)當(dāng)理解為意指“至少一個(gè)/種”。

如本文說明書和權(quán)利要求書中使用的短語“和/或”應(yīng)當(dāng)被理解為意指如此聯(lián)合的元件中的“任一者或兩者”，即，在一些情況下聯(lián)合存在以及在另一些情況下分離存在的要素。除非明確指出相反，否則可以任選地存在除了由“和/或”子句具體標(biāo)識(shí)的元件之外的其他元件，無論與具體標(biāo)識(shí)的那些元件相關(guān)或不相關(guān)。因此，作為一個(gè)非限制性實(shí)例，當(dāng)結(jié)合諸如“包括/包含”的開放式語言使用時(shí)，提及“a和/或b”在一個(gè)實(shí)施方案中可以指a而不含b(任選地包括除了b之外的要素)；在另一個(gè)實(shí)施方案中可以指b而不含a(任選地包括除了a之外的要素)；在又一個(gè)實(shí)施方案中可以指a和b兩者(任選地包括其他要素)；等等。

如本文說明書和權(quán)利要求書中所使用的“或”應(yīng)當(dāng)理解為與如上限定的“和/或”具有相同的含義。例如，當(dāng)分離列表中的項(xiàng)目時(shí)，“或”或“和/或”應(yīng)被解釋為包括性的，即，包括多個(gè)要素或要素列表中的至少一個(gè)，但也包括多于一個(gè)，以及任選地，另外的未列出項(xiàng)目。僅明確指示相反的術(shù)語，例如“僅一個(gè)”或“恰好一個(gè)”或當(dāng)在權(quán)利要求中使用“由......組成”將指包括多個(gè)要素或要素列表中的恰好一個(gè)要素。通常，如本文使用的術(shù)語“或”在前面有排他性術(shù)語時(shí)應(yīng)當(dāng)僅理解為指示排他性替代方案(即，“一個(gè)或另一個(gè)而不是兩個(gè)”)，例如“任一”、“其中之一”、“僅一個(gè)“或“恰好一個(gè)”。當(dāng)在權(quán)利要求中使用時(shí)，“基本上由......組成”應(yīng)具有其在專利法領(lǐng)域中使用的普通含義。

如本文說明書和權(quán)利要求書中使用的，關(guān)于一個(gè)或更多個(gè)要素的列表，短語“至少一個(gè)”應(yīng)當(dāng)被理解為意指選自要素列表中的任一個(gè)或更多個(gè)要素的至少一個(gè)要素，但不一定包括要素列表中具體列出的每個(gè)要素中的至少一個(gè)，并且不排除要素列表中的要素的任意組合。該定義還允許可以任選地存在除了短語“至少一個(gè)”所指的要素列表中具體標(biāo)識(shí)的要素之外的要素，無論與具體標(biāo)識(shí)的那些要素相關(guān)或不相關(guān)。因此，作為一個(gè)非限制性實(shí)例，“a和b中的至少一個(gè)”(或者等同的“a或b中的至少一個(gè)”或等同的“a和/或b中的至少一個(gè)”)在一個(gè)實(shí)施方案中可以指至少一個(gè)，任選地包括多于一個(gè)a但不存在b(并且任選地包括除了b之外的要素)；在另一個(gè)實(shí)施方案中，可以指至少一個(gè)，任選地包括多于一個(gè)b但不存在a(并且任選包括除了a之外的要素)；在又一個(gè)實(shí)施方案中，可以指至少一個(gè)，任選地包括多于一個(gè)a，以及至少一個(gè)，任選地包括多于一個(gè)b(并且任選地包括其他要素)；等等。

在權(quán)利要求書中以及在上述說明書中，所有過渡短語如“包含”、“包括”、“帶有”、“具有”、“含有”、“涉及”、“持有”等都應(yīng)理解為開放式的，即，意指包括但不限于。如美國專利局專利審查程序手冊(cè)第2111.03節(jié)中所述，僅過渡短語“由......組成”和“基本上由......組成”應(yīng)當(dāng)分別是封閉或半封閉的過渡短語。