鋰硫電池單元及制備方法
【專利摘要】一種電化學(xué)電池單元在一個實施例中包括：包括鋰的形式的第一負電極；正電極；以及定位在第一負電極和正電極之間的第一分隔物，其中正電極包括Li2S的多個涂覆的小顆粒。
【專利說明】鋰硫電池單元及制備方法
[0001]交叉引用
本申請要求2013年8月15日提交的美國臨時申請?zhí)?1/866,089以及2013年8月15日提交的美國臨時申請?zhí)?1/866,080的權(quán)益，其整體內(nèi)容兩者都通過引用并入于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本公開涉及電池，并且更具體地涉及鋰金屬電池。
【背景技術(shù)】
[0003]可再充電鋰離子電池是用于便攜式電子設(shè)備以及電動和混合電動車輛的有吸引力的能量存儲系統(tǒng)，因為其相比于其它電化學(xué)能量存儲設(shè)備的高比能。典型的Li離子電池單元包含負電極、正電極以及負電極和正電極之間的分隔物區(qū)域。兩個電極包含可逆地插入鋰或與鋰可逆地反應(yīng)的活性材料。在一些情況下，負電極可以包括鋰金屬，其可以可逆地電化學(xué)溶解和沉積。分隔物包含具有鋰陽離子的電解質(zhì)，并且充當(dāng)電極之間的物理屏障，使得沒有一個電極被電子地連接在電池單元內(nèi)。
[0004]典型地，在充電期間，在正電極處存在電子的生成以及在負電極處存在等量電子的消耗，并且這些電子是經(jīng)由外部電路轉(zhuǎn)移的。在電池單元的理想充電中，這些電子是在正電極處生成的，因為存在經(jīng)由從正電極的活性材料而氧化鋰離子的萃取，并且電子是在負電極處消耗的，因為存在到負電極的活性材料中的鋰離子的還原。在放電期間，完全相反的反應(yīng)發(fā)生。
[0005]與具有常規(guī)碳質(zhì)負電極的電池相比，具有鋰金屬負電極的電池提供格外高的比能(以Wh/kg為單位)和能量密度(以Wh/L為單位)。然而，這種系統(tǒng)的循環(huán)壽命是相當(dāng)有限的，這是由于(a)隨著鋰金屬被剝離和鍍覆，每個循環(huán)期間在電池單元夾層中的大量體積改變，b)在再充電期間的枝晶的形成，該枝晶可能穿透分隔物和使電池單元短路和/或?qū)е仑撾姌O的破碎和容量損失；(C)在擴展循環(huán)時在金屬中的形態(tài)學(xué)改變，其導(dǎo)致電池單元的大的總體體積改變；以及(d)鈍化層的結(jié)構(gòu)和組成上的改變，該鈍化層當(dāng)暴露到某些電解質(zhì)時形成在金屬的表面處，其可能隔離一些金屬和/或隨時間增加電池單元的電阻。
[0006]當(dāng)高比容量負電極(諸如金屬)被用在電池中時，在常規(guī)系統(tǒng)內(nèi)的容量增加的最大效益當(dāng)也使用高容量正電極活性材料時被實現(xiàn)。例如，常規(guī)的鋰嵌入氧化物(例如，LiCoO2、LiN1.sCo0.KAl0.0^^iuNitoCotoMntoO〗)通常限于約280 mAh/g的理論容量(基于鋰化氧化物的質(zhì)量)以及180到250 mAh/g的實際容量，其與3863 mAh/g的鋰金屬的比容量相比是相當(dāng)?shù)偷摹ａ槍ζ淠骋粚嶋H循環(huán)已被實現(xiàn)用于鋰離子正電極的最高理論容量是1168 mAh/g(基于鋰化材料的質(zhì)量)，其由1^必和1^202共享。其它高容量材料包括BiF3(303 mAh/g，鋰化的)、FeF3(712 mAh/g，鋰化的)、Li0H.^0(639 mAh/g)以及其它。不幸的是，所有這些材料與常規(guī)氧化物正電極相比在更低電壓下與鋰反應(yīng)，因此限制理論比能;然而，理論比能仍然非常高(>800 Wh/kg，與針對具有鋰負電極和常規(guī)氧化物正電極的電池單元的約500 Wh/kg的最大值相比)。
[0007]圖1描繪示出對于使用不同比能的電池組的車輛可實現(xiàn)的范圍對比電池組的重量的圖表2。在圖表10中，比能針對整個電池單元，包括電池單元封裝重量，假定針對從特定的一組電池單元形成的電池組的50%的重量增加。美國能源部已經(jīng)建立了針對位于車輛內(nèi)的電池組的重量極限為200 kg。相應(yīng)地，僅具有大約600 Wh/kg或更大的電池組可以實現(xiàn)300英里的范圍。
[0008]基于鋰的電池具有足夠高的比能(Wh/kg)和能量密度(Wh/L)，它們現(xiàn)在正被用在電動車輛中。然而，為了給具有數(shù)百英里的范圍的全電動車輛提供動力，具有比目前的技術(shù)狀態(tài)更高的比能的電池(具有石墨陽極和過渡金屬氧化物陰極的嵌入系統(tǒng))是必要的。
[0009]提供與當(dāng)前利用的電池相比更高的比能的一些選項是可能的。例如，圖2描繪標識各種基于鋰的化學(xué)物質(zhì)的比能和能量密度的圖表4。在圖表4中，僅電池單元的活性材料、集流器、粘合劑、分隔物和其它惰性材料的重量被包括。封裝重量(諸如，接頭、電池單元外殼等)未被包括。如根據(jù)圖表4明顯的，使用鋰金屬負電極和減少硫以形成硫化鋰的正電極的鋰硫電池具有比目前的技術(shù)狀態(tài)顯著更高的比能。
[0010]存在必須為鋰硫系統(tǒng)解決以成為商業(yè)上可用的重大挑戰(zhàn)。重要挑戰(zhàn)包括增加循環(huán)壽命(目前的技術(shù)狀態(tài)是100到幾百個循環(huán)；目標是〉500，優(yōu)選地>2000)，增加硫的利用率(由于電絕緣的Li2S或Li2S2對正電極的鈍化，典型的利用率低于75%)，增加在正電極中的硫的質(zhì)量分數(shù)(通常該質(zhì)量分數(shù)低于50%)，并且增加電池單元的倍率性能(目標放電率是IC或更高)。雖然在文獻中描述的一些Li/S電池單元滿足針對循環(huán)壽命、比能和比功率的一些目標，但是這些電池單元沒有一個如將是實現(xiàn)商業(yè)電池單元所需的充分解決所有問題。
[0011]因此，需要的是解決一個或多個上述標識的問題的鋰硫電化學(xué)電池單元。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]電化學(xué)電池單元在一個實施例中包括包含鋰的形式的第一負電極、正電極和定位在第一負電極和正電極之間的第一分隔物，其中正電極包括1^6的多個涂覆的小顆粒。
[0013]在一個或多個實施例中，Li2S的多個涂覆的小顆粒的每個的涂層包括Li2S的多個涂覆的小顆粒的每個的質(zhì)量的不多于20%。
[0014]在一個或多個實施例中，電化學(xué)電池單元包括正電極中的孔內(nèi)的液體電解質(zhì)。
[0015]在一個或多個實施例中，電化學(xué)電池單元包括包含鋰的形式的第二負電極，以及定位在第二負電極和正電極之間的第二分隔物。
[0016]在一個或多個實施例中，Li2S多個涂覆的小顆粒中的每個顆粒具有大約100nm到10 μπι的直徑。
[0017]在一個或多個實施例中，Li2S的多個涂覆的小顆粒中的每個顆粒具有Iμπι的直徑。
[0018]在一個或多個實施例中，Li2S的多個涂覆的小顆粒中的每個顆粒涂覆有碳。
[0019]在一個或多個實施例中，Li2S的多個涂覆的小顆粒中的每個顆粒涂覆有Α1203。
[0020]一種形成電化學(xué)電池單元的方法在一個實施例中包括:形成多個小的Li2S顆粒；涂覆多個小的Li2S顆粒;使用涂覆的多個小的Li2S顆粒形成正電極;以及將分隔物定位在正電極和包括鋰的形式的負電極之間。
[0021]在一個或多個實施例中，形成電化學(xué)電池單元的方法包括:暴露涂覆的多個小的Li2S顆粒和未涂覆的多個小的Li2S顆粒到包括溶解的硫的有機溶劑；用有機溶劑溶解未涂覆的多個小的Li2S顆粒；以及在暴露涂覆的多個小的Li2S顆粒到有機溶劑之后并且在形成正電極之前沖洗涂覆的多個小的Li2S顆粒。
[0022]在一個或多個實施例中，溶解未涂覆的多個小的Li2S顆粒包括溶解未涂覆的多個小的1^6顆粒的第一部分，在溶解第一部分之后沖洗未涂覆的多個小的Li2S顆粒的第二部分，以及溶解未涂覆的多個小的Li2S顆粒的第二部分。
[0023]在一個或多個實施例中，溶解未涂覆的多個小的Li2S顆粒包括將未涂覆的多個小的1^6顆粒溶解到多硫化鋰中。
[0024]在一個或多個實施例中，一種形成電化學(xué)電池單元的方法包括通過溶解未涂覆的多個小的!^^顆粒形成多個涂層片段，其中形成正電極包括使用涂覆的多個小的Li2S顆粒和多個涂層片段形成正電極。
[0025]在一個或多個實施例中，一種形成電化學(xué)電池單元的方法包括通過溶解未涂覆的多個小的!^^顆粒形成多個涂層片段，以及分離多個涂層片段和涂覆的多個小的Li2S顆粒，其中形成正電極包括使用分離的涂覆的多個小的Li2S顆粒形成正電極。
[0026]在一個或多個實施例中，分離多個涂層片段包括使用沉淀工藝分離多個涂層片段。
[0027]在一個或多個實施例中，分離多個涂層片段包括使用離心分離工藝分離多個涂層片段。
[0028]在一個或多個實施例中，一種形成電化學(xué)電池單元的方法包括:暴露涂覆的多個小的Li2S顆粒和未涂覆的多個小的Li2S顆粒到甲苯；用甲苯溶解未涂覆的多個小的!^^顆粒；以及在暴露涂覆的多個小的Li2S顆粒到甲苯之后并且在形成正電極之前沖洗涂覆的多個小的Li2S顆粒。
[0029]在一個或多個實施例中，一種形成電化學(xué)電池單元的方法包括通過溶解未涂覆的多個小的!^^顆粒形成多個涂層片段，其中形成正電極包括使用涂覆的多個小的Li2S顆粒和多個涂層片段形成正電極。
[0030]在一個或多個實施例中，一種形成電化學(xué)電池單元的方法包括通過溶解未涂覆的多個小的!^^顆粒形成多個涂層片段，以及分離多個涂層片段和涂覆的多個小的Li2S顆粒，其中形成正電極包括使用分離的涂覆的多個小的Li2S顆粒形成正電極。
[0031]在一個或多個實施例中，分離多個涂層片段分離包括使用沉淀工藝分離多個涂層片段。
【附圖說明】
[0032]圖1描繪示出針對各種比能的電池重量和車輛范圍之間的關(guān)系的繪圖；
圖2描繪各種基于鋰的電池單元的比能和能量密度的圖表；
圖3描繪包括具有納米尺寸Li2S粒子的具有導(dǎo)電涂層的正電極的固態(tài)電化學(xué)電池單元的簡化示意圖；以及
圖4描繪包括具有納米尺寸Li2S粒子的具有導(dǎo)電涂層的正電極的電化學(xué)電池單元的簡化示意圖。
【具體實施方式】
[0033]為了促進理解本公開的原理的目的，現(xiàn)在將參考附圖中圖示并且下面所寫的描述中描述的實施例。應(yīng)該理解的是，由此旨在沒有對本公開的范圍的限制。應(yīng)該進一步理解的是，本公開包括對圖示的實施例的任何變更和修改，并且進一步包括如將正常被該公開所屬的技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員設(shè)想到的本公開的原理的應(yīng)用。
[0034]圖3描繪具有改進的循環(huán)壽命和能量密度的固態(tài)鋰硫電池單元100。電池單元100包括負電極102、分隔物104和正電極106。負電極102包含Li金屬或某一其它Li插入材料，其能夠可逆地插入Li離子和電化學(xué)地提取Li離子。負電極102在一些實施例中包括集流器(未示出)，諸如銅金屬。在圖3的實施例中，負電極102使用Li金屬傳導(dǎo)電子到電極和從電極傳導(dǎo)電子。
[0035]分隔物104是電絕緣的，并且在一些實施例中包括具有一種或多種成分的Li傳導(dǎo)固體電解質(zhì)，該一種或多種成分可以包括LiP0N、Li傳導(dǎo)石植石、Li傳導(dǎo)硫化物(例如，Li2S_P2S5)、Li傳導(dǎo)聚合物(例如，聚環(huán)氧乙燒)、Li傳導(dǎo)金屬有機框架(例如，如由Wiers等人“ASolid Lithium Electrolyte via Addit1n of Lithium Isopropoxide to a Metal-Organic Framework with Open Metal Sites，，，Journal of American ChemicalSociety, 2011，133 (37)，pp 14522-14525描述的，其整體內(nèi)容通過引用并入于此)、Li3N、Li3P、含硫的LISiCON、鋰傳導(dǎo)NaSI⑶N、Li1QGeP2S12、鋰多硫化合物磷酸鹽或其它固體Li傳導(dǎo)材料。
[0036]正電極106包含硫和/或硫化鋰(Li2S)的涂覆的形式。在一些實施例中，正電極106包括額外的Li插入材料、導(dǎo)電材料(例如，碳片段、石墨和/或碳黑)和固體電解質(zhì)Li傳導(dǎo)相(包括可以用于分隔物的那些材料)。正電極106連接到導(dǎo)電的集流器108(例如，Al金屬)。
[0037]以上描述的電池單元100(也稱為“電池單元夾層”)在一些實施例中是雙側(cè)的。換句話說，電池單元100是如下關(guān)于Al集流器對稱的:負電極/分隔物/正電極/正集流器/正電極/分隔物/負電極/(負集流器)，并且堆疊(作為“疊層”)或卷繞(作為“果凍卷(jel IyrolI)”)以便增加每單位體積的容量。在一些實施例中，電池單元100以雙極設(shè)計(負電極/分隔物/正電極/正集流器/雙極板/負電極…)堆疊以便增加電池單元電壓。該電化學(xué)活性體積被封閉在電池單元殼體(未示出)中，其端子線連接到疊層或果凍卷的負極和正極。
[0038]正電極106中的Li2S可以使用被磨成小的顆粒(大約100 nm到10 μπι的直徑)的商業(yè)上可用的Li2S來獲得，或者其可以從合成的納米Li2S(〈 I μπι的直徑)獲得。正電極106中的Li2S涂覆有這樣的材料，該材料甚至在從Li2S電化學(xué)提取Li之后防止其與電解質(zhì)反應(yīng)。涂層材料優(yōu)選地是混合的電子和Li+導(dǎo)體，諸如碳或Ti2S,但其也可以是諸如Al2O3的絕緣體。
[0039]涂層優(yōu)選地非常薄使得其包括涂覆的1^6的質(zhì)量的不多于20%。1^6粒子可以是任何形狀，但優(yōu)選地是球形。涂層可以經(jīng)由化學(xué)氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)、物理氣相沉積(PVD)或其他涂覆工藝來完成。當(dāng)碳是涂層時，其優(yōu)選地通過由加州大學(xué)伯克利分校的Elton Cairns教授研發(fā)的CVD方法(UC伯克利案號Β14-011)使用氣態(tài)C2H2作為前體被沉積在Li2S粒子的表面上。CVD是在近似400 0C處在緩慢流動的Ar下執(zhí)行的。涂覆過程可以被執(zhí)行若干次，以便確保粒子的完全覆蓋。[°04°]在一個實施例中，納米Li2S是使用由加州大學(xué)伯克利分校的Elton Cairns教授研發(fā)的方法(UC伯克利案號B14-011)合成的。在該方法中，元素硫與THF中的I M Li(CH2CH3)3BH溶液的基于溶液的反應(yīng)被使用。在制備納米1^6后，使用CVD將碳涂層沉積在粒子的表面上。納米Li2S完全被碳的薄層覆蓋，這增強導(dǎo)電性和防止多硫化物穿梭過程。用于碳的氣態(tài)前體是C2H2。針對CVD使用的溫度是400°C，并且氣氛是緩慢流動的Ar。涂覆過程可以重復(fù)3-4次，以在Li2S粒子上實現(xiàn)碳的全覆蓋。
[0041 ]有時，用于合成涂覆的納米Li2S的以上描述的方法導(dǎo)致完全涂覆的(即，沒有孔)1^6和一些未涂覆和/或部分涂覆的1^6的混合物。后者成分的存在(在本文中統(tǒng)稱為“未涂覆的” Li2S粒子)將限制Li/S電池單元100的循環(huán)壽命。特別地，未涂覆的Li2S可用于與電解質(zhì)反應(yīng)或溶解到電解質(zhì)中。隨后，該溶解的硫化物可以形成溶解的多硫化鋰(Li2Sx，l〈x<8)，其與負電極反應(yīng)，從而導(dǎo)致活性硫的損失，并且因此導(dǎo)致電池單元的容量上的減少。因此，當(dāng)前述方法中的一個被使用(這導(dǎo)致涂覆和未涂覆的Li2S兩者)時，未涂覆的Li2S從很好涂覆的Li2S分離，并且僅很好涂覆的Li2S被用在制作電池單元100的正電極106中。
[0042]在一個實施例中，涂覆的Li2S是從涂覆和未涂覆的Li2S的混合物通過溶解未涂覆的Li2S獲得的。特別地，當(dāng)未涂覆的Li2S暴露到包含有機溶劑(例如，D0L)和溶解的硫的溶液時，硫與Li2S反應(yīng)以形成可溶的多硫化鋰。溶解的多硫化物種類的引入導(dǎo)致溶液顏色的強烈改變。
[0043]相應(yīng)地，在一個實施例中，涂覆和未涂覆的1^$的混合物與硫溶液混合。在用于溶解任何未涂覆的1^6的允許時間之后，剩余的Li2S粒子從溶液來收集，并且用不含硫的有機溶劑來清洗。清洗后的Li2S粒子主要是涂覆的Li2S粒子。然而，一些未涂覆的Li2SS子仍然可能保持。相應(yīng)地，該過程被重復(fù)若干次，直至將Li2SS子與硫溶液混合時沒有觀察到顏色改變?yōu)橹?，這指示所有不完全涂覆的Li2SS經(jīng)被溶解并被除去。
[0044]以上描述的過程可以被修改，以便在涂覆和未涂覆的Li2SS子的混合物上使硫溶液連續(xù)流動，直至沒有觀察到顏色變化為止。此外，化學(xué)傳感器可以用于確定何時溶液不再包含多硫化物種類，而不是視覺上觀察溶液的顏色改變。
[0045]在一些實施例中，溶解的多硫化鋰被電化學(xué)氧化以形成硫，其繼而可以被再循環(huán)并被再次用在Li2S純化工藝中。該工藝的該部分的副產(chǎn)物可以包括Li金屬的鍍覆。
[0046]—旦未涂覆的Li2S粒子已被溶解，剩余涂覆的Li2S粒子在不含硫的有機溶劑中被沖洗。然后，可能在提高的溫度(80到120°C高至12個小時)使涂覆的Li2SS子干燥，以便除去任何殘余溶劑。該過程導(dǎo)致很好涂覆的Li2S以及潛在地不再包含Li2S的涂層材料的一些片段的收集。
[0047]在一個實施例中，正電極106直接從涂覆的Li2S和涂層材料片段的該收集而制作。例如，在其中涂層材料是混合的電子和離子導(dǎo)體的實施例中，涂層材料片段的存在可以提高復(fù)合電極的功率能力。
[0048]在另一個實施例中，這些片段在第二過程中從涂覆的Li2S分離。例如，通過惰性液體中的沉淀或通過離心分離來進行。這兩種方法基于下述原理操作:涂覆的1^23具有比涂層材料片段高得多的密度，許多涂層材料片段可以是部分地不完全空心球體。
[0049]用于完成正電極106的制造的另外工藝步驟優(yōu)選地遵循用于制作電池電極的標準方法。因此，在一些實施例中，涂覆的Li2S在載體溶劑中與導(dǎo)電添加劑、粘合劑、和可選是固體電解質(zhì)粉末(例如，鋰傳導(dǎo)石榴石或鋰傳導(dǎo)硫化物玻璃或陶瓷)混合?；旌衔镄纬赡軌虮煌扛驳秸髌魃系臐{料。電極然后被加熱，使得溶劑蒸發(fā)。然后，電極可以使用輥式壓制機被密實。
[0050]在另一個實施例中，甲苯用于溶解未涂覆的Li2S粒子。使用甲苯來溶解T12粒子中的Li2S通過下述有討論:Seh等人的 “Sulphur_Ti02 yolk-shell nanoarchitecture withinternal void space for long-cycle Iithium-sulphur batteries,，，NatureCommunicat1ns 4，Article number: 1331 do1: 10.1038/ncomms2327，其整體內(nèi)容通過引用并入于此。在Seh的文章中，甲苯通過其中硫被溶解的多孔T12被輸送到核心。本過程簡單地引入甲苯到涂覆和未涂覆的Li2S的混合物中，其中未涂覆的Li2S被溶解，而涂覆的Li2Sf被溶解。然后，剩余涂覆的Li2S粒子在惰性有機溶劑中被沖洗并被干燥，并且隨后遵循上述實施例中概述的電極制作過程。
[0051]雖然圖3的實施例是固態(tài)實施例，但是本公開進一步適用于包括液體電解質(zhì)的實施例。作為舉例，圖4描繪具有改進的循環(huán)壽命和能量密度的鋰硫電池單元140。電池單元140包括負電極142、分隔物144和正電極146。負電極142包含Li金屬或某一其它Li插入材料，其能夠可逆地插入Li離子和電化學(xué)地提取Li離子。負電極142在一些實施例中包括集流器(未示出)，諸如銅金屬。在圖4的實施例中，負電極142使用Li金屬來傳導(dǎo)電子到電極和從電極傳導(dǎo)電子。
[0052]分隔物144是電絕緣的，并且在一些實施例中包括Li傳導(dǎo)固體電解質(zhì)和/或孔中具有Li傳導(dǎo)液體電解質(zhì)的多孔材料。
[0053]正電極146包含硫和/或硫化鋰(Li2S)的涂覆形式。在一些實施例中，正電極146包括額外的Li插入材料、導(dǎo)電材料(例如，碳片段、石墨和/或碳黑)和Li傳導(dǎo)相(例如，液體電解質(zhì)和/或固體電解質(zhì))。正電極146連接到電子導(dǎo)電的集流器148(例如，Al金屬)。
[0054]由與電池單元100類似的材料并以與電池單元100基本上相同的方式來構(gòu)造電池單元140。因此，以與以上關(guān)于電池單元100描述的相同方式提供并且涂覆正電極146中的Li2S。然而，暗示了一些修改，因為液體電解質(zhì)被包括在電池單元140中。例如，正電極146中的Li2S的涂層必須配置成甚至在Li從1^6被電化學(xué)提取之后防止Li2SS解到電解質(zhì)中。在一些實施例中，涂層材料可以是與固態(tài)電池單元相同的。因此，涂層材料可以是混合的電子和Li+導(dǎo)體，諸如碳或Ti2S，但其也可以是絕緣體，諸如AI2O3。
[0055]另外一個不同之處在于，在以上關(guān)于電池單元100描述的密實期間，一些孔留在電極中，使得它們在電池單元140的電池單元制作期間可以填充有液體電解質(zhì)。
[0056]以上描述的實施例因此提供了具有改進的循環(huán)壽命和能量密度的鋰硫電池單元，其在一些實施例中是固態(tài)電池單元。這些實施例避免了 Li2S、S、和多硫化鋰(Li2Sx，l〈x〈=8)與電解質(zhì)的反應(yīng)。通過提供導(dǎo)電涂層和納米尺寸的Li2S粒子，電池單元的倍率性能被提高。公開的實施例提供電池單元的增加的硫加載和利用率，同時通過避免使用揮發(fā)性有機電解質(zhì)而提供提高的安全性。另外，電池單元的充電時間被減少，同時增加從電池單元遞送的功率。
[0057]雖然本公開已經(jīng)詳細地被圖示和描述在附圖和前述描述中，但是其應(yīng)該被視為在性質(zhì)上是說明性而不是限制性的。應(yīng)該理解的是，僅給出了優(yōu)選的實施例，并且期望保護在本公開的精神內(nèi)的所有改變、修改和進一步應(yīng)用。
【主權(quán)項】
1.一種電化學(xué)電池單元，包括: 包括鋰的形式的第一負電極； 正電極；以及第一分隔物，定位在第一負電極和正電極之間，其中正電極包括Li2S的多個涂覆的小顆粒。2.權(quán)利要求1的電化學(xué)電池單元，其中Li2S的多個涂覆的小顆粒的每個的涂層包括Li 2S的多個涂覆的小顆粒的每個的質(zhì)量的不多于20%。3.權(quán)利要求2的電化學(xué)電池單元，進一步包括: 正電極中的孔內(nèi)的液體電解質(zhì)。4.權(quán)利要求2的電化學(xué)電池單元，進一步包括: 包括鋰的形式的第二負電極；以及 第二分隔物，定位在第二負電極和正電極之間。5.權(quán)利要求2的電化學(xué)電池單元，其中1^6的多個涂覆的小顆粒中的每個顆粒具有大約100nm到10 μπι的直徑。6.權(quán)利要求2的電化學(xué)電池單元，其中Li2S的多個涂覆的小顆粒中的每個顆粒具有Iμπι的直徑。7.權(quán)利要求1的電化學(xué)電池單元，其中Li2S的多個涂覆的小顆粒中的每個顆粒涂覆有碳。8.權(quán)利要求1的電化學(xué)電池單元，其中Li2S的多個涂覆的小顆粒中的每個顆粒涂覆有Α?2θ3ο9.一種形成電化學(xué)電池單元的方法，包括: 形成多個小的Li2S顆粒； 涂覆多個小的Li2S顆粒； 使用涂覆的多個小的Li2S顆粒形成正電極;以及 將分隔物定位在正電極和包括鋰的形式的負電極之間。10.權(quán)利要求9的方法，進一步包括:暴露涂覆的多個小的Li2S顆粒和未涂覆的多個小的!^^顆粒到包括溶解的硫的有機溶劑； 用有機溶劑溶解未涂覆的多個小的Li2S顆粒;以及 在暴露涂覆的多個小的1^6顆粒到有機溶劑之后并且在形成正電極之前沖洗涂覆的多個小的Li2S顆粒。11.權(quán)利要求10的方法，其中溶解未涂覆的多個小的1^6顆粒包括: 溶解未涂覆的多個小的Li2S顆粒的第一部分； 在溶解第一部分之后沖洗未涂覆的多個小的Li2S顆粒的第二部分;以及 溶解未涂覆的多個小的Li2S顆粒的第二部分。12.權(quán)利要求10的方法，其中溶解未涂覆的多個小的1^6顆粒包括: 溶解未涂覆的多個小的Li2S顆粒到多硫化鋰中。13.權(quán)利要求1O的方法，進一步包括: 通過溶解未涂覆的多個小的1^6顆粒形成多個涂層片段，其中形成正電極包括: 使用涂覆的多個小的Li2S顆粒和多個涂層片段形成正電極。14.權(quán)利要求1O的方法，進一步包括: 通過溶解未涂覆的多個小的Li2S顆粒形成多個涂層片段;以及 分離多個涂層片段和涂覆的多個小的Li2S顆粒，其中形成正電極包括: 使用分離的涂覆的多個小的Li2S顆粒形成正電極。15.權(quán)利要求14的方法，其中分離多個涂層片段包括: 使用沉淀工藝分離多個涂層片段。16.權(quán)利要求14的方法，其中分離多個涂層片段包括: 使用離心分離工藝分離多個涂層片段。17.權(quán)利要求9的方法，進一步包括: 暴露涂覆的多個小的Li2S顆粒和未涂覆的多個小的Li2S顆粒到甲苯； 用甲苯溶解未涂覆的多個小的Li2S顆粒;以及 在暴露涂覆的多個小的1^6顆粒到甲苯之后并且在形成正電極之前沖洗涂覆的多個小的Li2S顆粒。18.權(quán)利要求17的方法，進一步包括: 通過溶解未涂覆的多個小的1^6顆粒形成多個涂層片段，其中形成正電極包括: 使用涂覆的多個小的Li2S顆粒和多個涂層片段形成正電極。19.權(quán)利要求17的方法，進一步包括: 通過溶解未涂覆的多個小的Li2S顆粒形成多個涂層片段;以及 分離多個涂層片段和涂覆的多個小的Li2S顆粒，其中形成正電極包括: 使用分離的涂覆的多個小的Li2S顆粒形成正電極。20.權(quán)利要求19的方法，其中分離多個涂層片段包括: 使用沉淀工藝分離多個涂層片段。
【文檔編號】H01M10/052GK105849965SQ201480056609
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2014年8月14日
【發(fā)明人】T·羅曼, P·阿爾博塔斯, J·F·克里斯滕森, B·科京斯基, A·科伊齊
【申請人】羅伯特·博世有限公司