【技術實現步驟摘要】
技術介紹
0、背景
1、在過去幾十年中，在電化學存儲和轉換設備中取得了革命性的進步，擴展了這些系統在各種領域——包括便攜式電子設備、航空和航天飛船技術、客運車輛和生物醫學儀器——中的能力。當前最新型的電化學存儲和轉換設備具有被特別設計成提供與不同范圍的應用要求和操作環境的兼容性的設計和性能屬性。例如，發展了跨越從用于植入式醫療設備的展示非常低的自放電率和高放電可靠性的高能密度電池到為各種便攜式電子設備提供長運行時間的廉價的重量輕的可再充電電池到用于能夠在短時間段內提供非常高的放電率的軍事和航天應用的高容量電池的范圍的高級電化學存儲系統。
2、盡管有該不同系列的高級電化學存儲和轉換系統的發展和廣泛采用，但相當大的壓力繼續刺激研究以擴展這些系統的功能，從而實現更寬范圍的設備應用。在對高功率便攜式電子產品的要求中的大的增長例如在發展提供較高的能量密度的安全、重量輕的一次電池和二次電池中產生極大的利益。此外，對消費電子設備和儀器的領域中的小型化的要求繼續刺激對用于減小高性能電池的尺寸、質量和形狀因子的新穎設計和材料策略的研究。此外，在電動車輛和航空航天設計的領域中的繼續發展也產生對能夠具有在操作環境的有用范圍內的良好設備性能的機械堅固的高可靠性高能密度和高功率密度電池的需要。
3、在電化學存儲和轉換技術中的很多最近的進步直接歸因于用于電池部件的新材料的發現和集成。鋰電池技術例如至少部分地由于用于這些系統的新穎電極和電解質材料的發現而繼續快速發展。元素鋰具有使它對用在電化學電池中有吸引力的特性的獨特組
4、電極材料、電解質組成和設備幾何結構中的進步繼續支持基于li的電化學系統的進一步發展。例如，在2012年3月29日公布的美國專利申請公布us2012/0077095和在2012年3月15日公布的國際專利申請公布wo?2012/034042公開了用于包括鋰電池的電化學系統的三維電極陣列結構。
5、盡管有相當大的進步，但依然存在與基于li的電化學系統的繼續發展有關的實際挑戰。相當大的問題例如涉及一次和二次鋰和鋰離子電池中的枝狀晶體形成。通常已知在很多電解質中的li沉積是高度枝狀的，這使這些系統易受到涉及短路、機械故障和熱逸散的問題的影響。涉及枝狀晶體形成的安全憂慮目前是實現可再充電系統中的金屬li陽極的障礙。很多策略被實行以解決與枝狀晶體形成有關的安全性，特別是在二次電池的背景中，包括非鋰陽極和能夠實時監控與枝狀晶體形成相關的問題的內部安全系統的發展。
6、如通常從前述內容認識到的，目前存在對展示對各種應用有用的電化學特性的比如基于鋰或基于堿金屬的電池、液流電池、超電容器和燃料電池的電化學系統的需要。具體地，需要能夠有良好的電化學性能和對一次基于鋰的電池和二次基于鋰的電池的高度通用性的鋰電化學系統。
技術實現思路
0、概述
1、在一個方面中，本專利技術提供了用于電化學系統的分隔物系統，其提供對各種電化學存儲和轉換應用有用的電子、機械和化學特性。一些實施方式的分隔物系統例如提供對防止電化學電池中的災難性故障有用和對提高性能例如循環壽命和能量以及功率有用的結構、物理和靜電特性。一個系列的例子是用于管理和控制基于金屬的電池例如基于鋰、基于堿、基于鋅和基于鉛的電池中的枝狀晶體形成的分隔物。在實施方式中，例如本專利技術的分隔物系統具有支持優良的離子轉移特性而同時提供對防止枝狀晶體引起的機械故障、電子內部短路和/或熱逸散有效的屏障的多層、多孔幾何結構。另一系列的例子是由幾個多孔/穿孔層和不能透過的然而離子選擇性的傳導膜組成的多層分隔物，其中多孔層提供對防止內部短路故障例如枝狀晶體短路故障和/或熱逸散有效的屏障；且膜層提供對分隔緊鄰陽極的電解質與緊鄰陰極的電解質有效的屏障，其可防止電極及其表面和其電解質中的任一個的污染，并因此提高電池的性能例如能量、功率和壽命周期；這在金屬空氣和液流電池及半固體電池中特別有用，一些例子是鋰-空氣、鋰水和鋅-空氣電池。
2、在實施方式中，本專利技術提供了用于電化學系統的分隔物系統，其包括：（i）第一高機械強度層，其具有完全穿過第一高機械強度層延伸并以第一圖案設置的多個孔；以及（ii）第二高機械強度層，其具有完全穿過第二高機械強度層延伸并以第二圖案設置的多個孔；第二圖案具有相對于第一圖案的偏移對準，使得第一高機械強度層的孔和第二高機械強度層的孔沿著從第一高機械強度層垂直地延伸到第二高機械強度層的軸的重疊小于或等于20%；其中第一高機械強度層和第二高機械強度層定位成使得設置成與第一高機械強度層和第二高機械強度層接觸的電解質的離子能夠通過第一高機械強度層和第二高機械強度層轉移。在實施方式中，例如第一高機械強度層和第二高機械強度層彼此不直接物理接觸。在這個方面的實施方式中，第一高機械強度層的孔和第二高機械強度層的孔沿著從第一高機械強度層垂直地延伸到第二高機械強度層的軸的重疊小于或等于10%。在實施方式中，例如本專利技術的分隔物系統還包括設置在第一高機械強度層和第二高機械強度層之間并可選地與第一高機械強度層、第二高機械強度層或兩者接觸的一種或更多種電解質，其中第一高機械強度層和第二高機械強度層是離子傳導的，并可選地允許電化學系統的電解質的轉移。
3、在實施方式中，本專利技術提供了用于電化學系統的分隔物系統，其包括：（i）第一高機械強度層，其具有完全穿過第一高機械強度層延伸并以第一圖案設置的多個孔；（ii）第二高機械強度層，其具有完全穿過第二高機械強度層延伸并以第二圖案設置的多個孔；第二圖案具有相對于第一圖案的偏移對準，使得第一高機械強度層的孔和第二高機械強度層的孔沿著從第一高機械強度層垂直地延伸到第二高機械強度層的軸的重疊小于或等于20%；以及（iii）第三高機械強度層，其具有完全穿過第三高機械強度層延伸并以第三圖案設置的多個孔，第三圖案具有與第一圖案的孔空間布置相同的孔空間布置，其中第一高機械強度層、第二高機械強度層和第三高機械強度層定位成使得設置成與第一高機械強度層、第二高機械強度層和第三高機械強度層接觸的電解質的離子能夠通過第一高機械強度層、第二高機械強度層和第三高機械強度層轉移。在這個方面的實施方式中，第一高機械強度層的孔和第二高機械強度層本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種電化學電池，所述電化學電池包括：
2.根據權利要求1所述的電化學電池，其中所述至少一個涂層不是多孔的。
3.根據權利要求1所述的電化學電池，其中所述電子和離子導電層的至少一個涂層是在所述固體電解質層上的至少一個金屬或金屬合金的涂層。
4.根據權利要求1所述的電化學電池，其中所述電子和離子導電層的至少一個涂層是在所述固體電解質層上的所述碳材料和至少一個金屬或金屬合金的涂層。
5.?根據權利要求1所述的電化學電池，其中所述至少一個電子和離子導電層具有在10nm和10?μm之間的厚度。
6.根據權利要求1所述的電化學電池，其中所述至少一個電子和離子導電層參與所述正電極或所述負電極的電化學反應。
7.根據權利要求1所述的電化學電池，其中所述正電極包括鋰化的活性材料。
8.根據權利要求7所述的電化學電池，其中所述正電極包括鋰化的金屬氧化物。
9.根據權利要求1所述的電化學電池，其中所述負電極包括經歷形狀改變的材料。
10.根據權利要求1所述的電化學電池，其中所述負電極包括鋰金
11.根據權利要求1所述的電化學電池，其中所述至少一個金屬或金屬合金包括銀(Ag)。
12.根據權利要求1所述的電化學電池，所述電化學電池包括鋰二次電池，其中所述鋰二次電池是Li金屬電池。
13.根據權利要求1所述的電化學電池，其中所述電化學電池是可再充電鋰電池，所述可再充電鋰電池包括金屬涂層材料，以及其中所述金屬涂層材料包括銀、鋁、鋅或其組合。
14.根據權利要求1所述的電化學電池，其中所述至少一個電子和離子導電層不存儲和/或輸送能量。
15.根據權利要求1所述的電化學電池，其中所述至少一個電子和離子導電層被配置為還原所述正電極和所述負電極中的一個。
16.根據權利要求1所述的電化學電池，其中所述至少一個金屬或金屬合金包括鋁。
17.根據權利要求1所述的電化學電池，其中所述至少一個電子和離子導電層還包括氧化鋁。
18.根據權利要求1所述的電化學電池，其中所述至少一個金屬或金屬合金包括纖維或納米纖維。
19.根據權利要求1所述的電化學電池，其中所述至少一個電子和離子導電層包括在所述負電極上的涂層。
20.根據權利要求1所述的電化學電池，其中所述至少一個電子和離子導電層包括在所述固體電解質層上的涂層。
21.?根據權利要求1所述的電化學電池，其中所述至少一個涂層是多孔的。
22.根據權利要求1所述的電化學電池，其中所述至少一個電子和離子導電層與活性正電極材料或活性負電極材料電接觸；以及
...【技術特征摘要】
1.一種電化學電池，所述電化學電池包括：
2.根據權利要求1所述的電化學電池，其中所述至少一個涂層不是多孔的。
3.根據權利要求1所述的電化學電池，其中所述電子和離子導電層的至少一個涂層是在所述固體電解質層上的至少一個金屬或金屬合金的涂層。
4.根據權利要求1所述的電化學電池，其中所述電子和離子導電層的至少一個涂層是在所述固體電解質層上的所述碳材料和至少一個金屬或金屬合金的涂層。
5.?根據權利要求1所述的電化學電池，其中所述至少一個電子和離子導電層具有在10nm和10?μm之間的厚度。
6.根據權利要求1所述的電化學電池，其中所述至少一個電子和離子導電層參與所述正電極或所述負電極的電化學反應。
7.根據權利要求1所述的電化學電池，其中所述正電極包括鋰化的活性材料。
8.根據權利要求7所述的電化學電池，其中所述正電極包括鋰化的金屬氧化物。
9.根據權利要求1所述的電化學電池，其中所述負電極包括經歷形狀改變的材料。
10.根據權利要求1所述的電化學電池，其中所述負電極包括鋰金屬和/或鋰合金。
11.根據權利要求1所述的電化學電池，其中所述至少一個金屬或金屬合金包括銀(ag)。
12.根據權利要求1所述的電化學電池，所述電化學電池包括鋰...
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