具有无机顶层的转化型正电极的制作方法

背景技术：

1、本发明总体上涉及二次能量存储装置领域，以及更具体地，涉及具有转化型正电极的二次能量存储装置。

2、二次能量存储装置，或简称为可再充电电池组(battery)，是在使用后可通过使电流以放电期间电流的相反方向通过电路而再充电至其原始预放电状态的能量存储装置。可再充电电池组对于宽应用范围(从用于工业和医疗设备的小型电池组到用于电动车辆(ev)和电网能量存储系统的较大电池组)具有高需求。每种应用都需要一组具体的电化学性能特征，并且在如今许多关键和不断增长的应用种类(例如ev)中，电池组性能仍被认为是用于满足高性能标准以满足客户需求的主要限制因素。

3、目前，在工业和学术界两者中通常讨论的两种类型的可再充电电池组是经由作用离子的电化学嵌入/脱嵌运行的电池组，以及经由活性电极/电解质材料的转化反应运行的电池组。最广泛使用的可再充电电池组(除内燃车辆中所使用的铅酸电池组之外)是锂离子电池组(lib)。通常，如今大多数商业lib使用基于金属氧化物或金属磷酸盐的锂嵌入材料作为正电极，以及基于碳-石墨的嵌入材料作为负电极。随着电池组充电或放电，锂离子作为电流通过液体电解质在正和负电极之间来回移动。

4、尽管lib发展快速且成功，但仍存在若干待克服的缺点以满足对于较高性能电池组的快速增长的市场需求。常规lib正电极化学品的一种有吸引力的替代物是基于转化的正电极，其与常用的锂离子正电极相比具有更高的理论能量密度和比能量。

技术实现思路

1、根据本发明的一个实施方式，公开了转化型正电极。所述转化型正电极包括复合膜和在复合膜的顶表面上形成的多孔无机层，其中复合膜包括导电多孔材料和转化型正电极活性材料，并且其中多孔无机层在转化型正电极的循环期间不经受可逆的氧化还原反应。

2、根据本发明的另一个实施方式，公开了二次能量存储装置。所述二次能量存储装置包括负电极、正电极和液体电解质，所述液体电解质包括至少一种溶剂和至少一种盐。正电极包括复合膜和在复合膜的顶表面上形成的多孔无机层，其中复合膜包括导电多孔材料和转化型正电极活性材料，并且其中多孔无机层在转化型正电极的循环期间不经受可逆的氧化还原反应。

3、根据本发明的另一个实施方式，公开了形成转化型正电极的方法。该方法包括制备包括导电多孔材料、聚合物型粘合剂和溶剂的浆料。该方法进一步包括干燥浆料以形成复合膜。该方法进一步包括将多孔无机材料沉积到复合膜的顶表面上以形成涂覆复合膜的顶表面的多孔无机层，其中多孔无机层在转化型正电极的循环期间不经受可逆的氧化还原反应。

1.转化型正电极，其包含：

2.根据权利要求1所述的转化型正电极，其中，所述复合膜进一步包括聚合物型粘合剂。

3.根据权利要求1或2所述的转化型正电极，其中在所述复合膜的顶表面上形成的所述多孔无机层包括含有至少一种金属或准金属和至少一种非金属的化合物，其中在所述至少一种非金属和所述至少一种金属或准金属之间的电负性差为小于或等于1.8。

4.根据权利要求3所述的转化型正电极，其中所述至少一种准金属选自硅、锗、砷、锑、硼、硒、碲及其组合。

5.根据权利要求3或4所述的转化型正电极，其中所述至少一种非金属选自氧、氮、磷、碳、硫、硒、卤素及其组合。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的转化型正电极，其中在所述复合膜的顶表面上形成的所述多孔无机层包括选自聚硅烷、聚碳硅烷、聚硅氧烷、聚硅氮烷及其组合的至少一种化合物。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的转化型正电极，其中在所述复合膜的顶表面上形成的所述多孔无机层由选自二氧化硅(sio2)、氢倍半硅氧烷(hsq)在甲基异丁基酮(mibk)中的有机硅酸盐前体溶液及其组合的至少一种化合物形成。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的转化型正电极，其中在所述复合膜的顶表面上形成的所述多孔无机层包括选自钒氧化物、铌氧化物、钽氧化物、铬氧化物、钼氧化物、钨氧化物及其组合的至少一种金属氧化物。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的转化型正电极，其中在所述复合层的顶表面上形成的所述多孔无机层的厚度为小于或等于25微米。

10.二次能量存储装置，其包含：

11.根据权利要求10所述的二次能量存储装置，其进一步包含：

12.根据权利要求10或11所述的二次能量存储装置，其中在所述复合膜的所述顶表面上形成的所述多孔无机层包括含有至少一种金属或准金属和至少一种非金属的化合物，其中在所述至少一种非金属和所述至少一种金属或准金属之间的电负性差为小于或等于1.8。

13.根据权利要求12所述的二次能量存储装置，其中所述至少一种准金属选自硅、锗、砷、锑、硼、硒、碲及其组合。

14.根据权利要求12或13所述的二次能量储存装置，其中所述至少一种非金属选自氧、氮、磷、碳、硫、硒、卤素及其组合。

15.根据权利要求10至14中任一项所述的二次能量存储装置，其中在所述复合膜的顶表面上形成的所述多孔无机层包括选自聚硅烷、聚碳硅烷、聚硅氧烷、聚硅氮烷及其组合的至少一种化合物。

16.根据权利要求10至14中任一项所述的二次能量存储装置，其中在所述复合膜的顶表面上形成的所述多孔无机层由选自以下的至少一种化合物形成：二氧化硅(sio2)、氢倍半硅氧烷(hsq)在甲基异丁基酮(mibk)中的有机硅酸盐前体溶液及其组合。

17.根据权利要求10至14中任一项所述的二次能量存储装置，其中在所述复合膜的顶表面上形成的所述多孔无机层包括选自以下的至少一种金属氧化物：钒氧化物、铌氧化物、钽氧化物、铬氧化物、钼氧化物、钨氧化物及其组合。

18.根据权利要求10至17中任一项所述的二次能量存储装置，其中在所述复合层的顶表面上形成的所述多孔无机层的厚度为小于或等于25微米。

19.形成转化型正电极的方法，其包含：

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述浆料进一步包括转化型正电极活性材料。

21.根据权利要求19或20所述的方法，其进一步包含：

22.根据权利要求19至21中任一项所述的方法，其中所述多孔无机材料为含有至少一种金属或准金属和至少一种非金属的化合物，其中在所述至少一种非金属和所述至少一种金属或准金属之间的电负性差为小于或等于1.8。

23.根据权利要求19至22中任一项所述的方法，其中将所述多孔无机材料沉积到所述复合膜的顶表面上包括使用化学气相沉积保形地沉积一个或多个二氧化硅(sio2)薄膜覆盖物。

24.根据权利要求19至22中任一项所述的方法，其中将所述多孔无机材料沉积到所述复合膜的顶表面上包括：

25.根据权利要求19至24中任一项所述的方法，其中在所述复合层的顶表面上形成的所述多孔无机层的厚度为小于或等于25微米。