涉及非限制性的定 義和術語，這些定義和術語不是對本申請范圍或實施例的限定，而只是用于解釋性和描述 性的目的。盡管本申請制備方法或組分被描述為有序的單個步驟或特定的材料，但是這些 步驟或材料可以互換。例如，本申請可被描述為多個部分，或所述步驟可以有多個組合方 式。
[0020] 應當理解，當一個發明要素描述為"在另一個要素上"時，該要素可以是直接地在 另一個要素上，或者兩者之間存在中間要素。相反的，當一個要素被稱作"直接在另一要素 上"時，它們中間沒有其他要素。
[0021] 應當這樣理解，盡管在本申請可能采用術語第一、第二、第三等來描述不同的要 素、組件、區域、層和/或部分，但這些要素、組件、區域、層和/或部分不受限于這些術語。 這些術語僅用來將一個要素、組件、區域、層和/或部分與其他要素、組件、區域、層和/或部 分區分開。因此，在不背離以上這些教導的情況下，以下所述"第一要素"、"組件"、"區域"、 "層"或"部分"可以被稱作第二個（或其他）要素，組件、區域、層、或部分。
[0022] 在本申請中使用的術語僅僅是為了描述本申請中的特定實施例，而非限制本申 請。在本申請中，除非有清楚地說明，否則所使用的單數形式的"一個"、"一種"和"該"也旨 在包括復數形式的"至少一個"。"或"的意思是"和/或"。本申請中，術語"和/或"是指 并包含一個或多個相關聯的列出項目的任意或所有可能組合，還可以進一步理解為在本申 請說明書中，使用"包含"，和/或"由…組成"，或"包括"，和/或"其中包括"對特定特征、 區域、整體、步驟、方法、要素、和/或組件進行詳細說明時，不排除其他額外的特征、區域、 整體、步驟、方法、要素、和/或組件，和/或其組合。術語"或其組合"意為包括所述這些要 素的至少一種的組合。
[0023] 除非有其他的定義，否則本申請所述全部術語（包括科技術語），其含義均應按本 領域普通技術內容解釋。更進一步的，除非有明確的說明，否則如本申請中已經在詞典中有 明確定義的術語，解釋應當與相關領域現有技術所披露的信息一致，而不能有過于理想化 或過于正式的解釋。
[0024] 本申請提供了一種用于電化學電池電極或電池元件中的電極材料。該電極材料包 括帶有人造有機固體電解質界面（SEI)的電極基材。本申請所得電極材料包括有機聚合物 柔性涂層，當所述柔性涂層與交聯劑結合時，形成人造SEI。在對電池系統進行操作過程中， 當離子被捕捉和釋放時，所述SEI很大程度上提高了位于SEI下面的電極基材的機械和尺 寸穩定性。
[0025] 本發明人發現，與未經涂覆或以往的電解質材料相比，人造有機SEI涂層的存在， 能夠將第一次充電過程中與電解質有關的不可逆容量損失（ICL)降低20%。本申請所述人 造有機SEI還能作為循環過程中的物理屏障，阻止新的電解質形成SEI，為底層電極基材的 結構起到支撐作用，還能夠避免與電解質的直接接觸。本申請的人造有機SEI的另一個額 外的次要優點是，所述人造有機SEI能夠顯著減少不必要的氣體副產物的量，而以往電極 材料通常會產生此類氣體副產物。
[0026] -種視情況可用于電化學電池陰極或陽極的電極材料。電極材料包括電極基材。 電極基材視情況可以適用于形成陰極或陽極。在一些實施例中，電極基材視情況可包括硅、 石墨、硅碳復合物、錫、鍺、銻、鋁、鉍、砷、鋰金屬、鋰合金、金屬合金、過渡金屬氧化物、氮化 物、硫化物以及這些材料的組合。合金視情況可包括鎂、鐵、鈷、鎳、鈦、鉬和鎢中的一種或多 種。
[0027] 用作電極材料中的金屬合金的實例是硅合金。硅合金可以是硅與鍺、鈹、銀、鋁、 金、鎘、鎵、銦、銻、錫、鋅的合金，或者與上述幾種金屬的組合的合金。與硅合金化的金屬，視 情況為硅重量的5 %至2000 %，視情況可為5 %至500 %，視情況可為20 %至60 %。
[0028] 在一些實施例中，電極基材包括鋰合金。鋰合金視情況包含與鋰合金化的任何金 屬或合金，可以包括鋁、硅、錫、銀、鉍、鎂、鋅、銦、鍺、鉛、鈀、鉬、銻、鈦、錫合金和硅合金。
[0029] 關于上述合金以及合金的制備方法在美國專利US6, 235, 427中進一步記載。
[0030] 在一些實施例中，電極基材為或包括：硅；碳和石墨材料，比如天然石墨、石墨烯、 人造石墨、膨脹石墨、碳纖維、硬碳、炭黑、碳納米管、富勒烯和活性炭；金屬或金屬化合物與 碳或石墨材料的復合材料，其中所述金屬視情況包括鋰和硅；以及含鋰氮化物。視情況，電 極基材在除了娃、鋰或金屬之外，并非只有石墨。在特定實施例中，電極基材為娃和石墨的 復合材料，該電極基材可包括或不包括碳涂層，也可以包括或不包括用于將涂層對于表面 的粘附穩定化的熱處理。在一些實施例中，電極基材包括涂層，具體來說為碳涂層。當有碳 涂層時，所述碳涂層位于電極基材和人造SEI之間，作為覆蓋于電極基材表面的超覆層。預 沉積的碳涂層提高了電子導電性，還提高了后沉積的離子聚合物涂層的附著力。傳統的碳 涂布方法也適用于本申請，例如利用PVDP漿料澆注，將溶于N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP)的 PVDF的質量分數為1 %至2%的溶液與電極基材混合以形成碳涂層電極材料。可以采用相 似的漿料澆注方法來實現人造SEI與帶涂層或不帶涂層的陽極基材的結合。
[0031] 在形成人造SEI之前或之后，電極基材可以是任何物理形態，例如微粒（如粉末）、 納米線、薄片、納米管、納米纖維、多孔結構、雪片狀、片狀納米顆粒或其他本領域已知的構 造。
[0032] 電極基材可與導電襯底相結合或不結合。當與導電襯底相結合時，該襯底可以是 由任意一種合適的導電防滲或基本防滲材料加工而成的，所述導電防滲或基本防滲材料包 括但不限于銅、不銹鋼、鈦或碳片/薄膜、無孔金屬箱、鋁箱、鎳鋁覆層材料、銅鋁覆層材料、 鍍鎳鋼、鍍鎳銅、鍍鎳鋁、金、銀或任何其他合適的導電防滲材料，或上述材料的任意合適組 合。在一些實施例中，所述基板可以由一種或多種適合的金屬或金屬組合物（如合金、固溶 體、電鍍金屬）加工而成。視情況，電極基材可以不與襯底相結合。
[0033] 電極材料包括離子導電人造有機SEI，所述SEI為層覆或涂覆在電極基材上。這 里的術語"涂覆"不包括用粘合劑粘在電極基材周圍的方法。這里的涂覆方法與用粘合劑 將電極基材粘合起來的方法有很大的不同。此外，當使用本領域技術人員易于理解的加工 工藝制備電極時，涂層電極材料更適合借助粘合劑材料來使用。更優選的，人造有機SEI完 全涂布在電極材料上。人造SEI為有機聚合物或共聚物（都描述為聚合物）與交聯劑結合 形成的離子導電人造SEI。人造SEI視情況可以在聚合物網狀結構之間傳導鋰離子。在無 特定機理束縛（解釋）的情況下，認為鋰離子傳導的出現是由于聚合物鏈段的局部運動導 致配位點之間產生重復的迀移，形成穿隧機制而產生的。在一些實施例中，有機聚合物在高 于50°C時具有水溶性。在一些實施例中，人造SEI能夠吸收包括碳酸鹽基電解質在內的常 見電解質。在人造SEI中所用的聚合物材料的說明性實例包括聚乙烯醇（PVA)、聚丙烯酸 (PAA)和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)，或這些聚合物的組合。人造SEI中的聚合物或共聚物的 分子量為10, 〇〇〇道爾頓或更高。所述聚合物和共聚物（統稱聚合物）視情況可包括PVA、 PAA或PMMA，并且可以從市面購得。市售PVA聚合物和共聚物可以有不同的乙酸乙烯酯的 水解度。所述共聚物或聚合物視情況可有很高的聚合度，視情況可大于3000。電極材料視 情況可不包括除電極基材、聚合物和交聯劑之外的其他物質。
[0034] 聚合物能夠與交聯劑材料結合形成人造SEI，該人造SEI可視情況結合，涂覆或完 全涂覆在電極基材上。所述交聯劑用于與聚合物交聯形成人造有機聚合物SEI涂層材料， 該人造有機聚合物SEI涂層材料在電極基材上形成一個外涂層。視情況，所述涂層材料可 以直接在電極基材上。該人造SEI的一個重要的創新點是有機聚合物的組成與構象，其能 夠以類似于ΡΕ0的機制支持鋰離子運輸，但是也不排除是由于液體電解質產生高的離子迀 移率。在示例性系統中，有機聚合物形成人造SEI的過程如下：
[0035]
[0036] 交聯劑視情況包括金屬或路易斯堿。在一些實施例中，交聯劑包括硼、鉻、鈦、鋯、 銻或這些金屬的組合。在一些實施例中，交聯劑為四硼酸鋰（Li2B407) (LTB)。
[0037] 本申請電極基材中的人造SEI，包括有機聚合物和交聯劑。與裸電極基材或其他類 型的人造SEI相比，該人造SEI可以提高循環壽命并減緩容量衰減。該人造SEI涂層能夠 吸收一種或多種電解質材料。視情況，該人造SEI的密度可為1. 2g/cc至1. 6g/cc，能夠促 進鋰離子的迀移，這是該人造SEI的一個特性。
[0038] 本申請中聚合物和交聯劑的比例視情況可為4:1至