[发明专利]电极和电池

说明书

优先权要求

本申请要求2012年1月17日提交的美国临时专利申请61/587545的优先权和利益，其全部公开内容在此以参见的方式引入。

背景技术

在传统的锂离子电池中(例如：那些用固体活性材料涂布或分层在片状集电器上的)，电极通常受限于100-200微米的最大的活性材料厚度。以电解质相中的离子传导为代价，这种常规的电极设计促进了高电子电导率和高能量密度。然而，在大于100-200微米的厚度时，可能存在活性材料的值得注意的未使用容量、不均匀的充电和放电、较低的持续充电和放电速率和/或较低的效率。在传统电池中对电极厚度起作用的限制因素是复合电极的孔隙内的低离子迁移率。此外，传统的电极促成成品电池单体(battery cell)的成本，这既由于用于增加具有薄电极的电池容量的集电器箔和隔离膜的量所产生的高额费用，以及与针对薄的活性材料涂层的严格的制造公差有关的制造开支所产生的高额费用。

附图的简要说明

图1是根据一个示例性实施方案的电池的透视图。

图2A是根据一个示例性实施方案的局部电极堆栈的透视图。

图2B是根据一个示例性实施方案的电极堆栈的透视图。

图3A是根据一个示例性实施方案的平板电极的透视图。

图3B是根据图3A中所示的实施方案的平板电极的活性层的一部分的示意图。

图3C是根据图3B中所示的实施方案的活性层的电极颗粒的示意图。

图3D是根据图3C中所示的实施方案的电极颗粒的一部分的示意图。

图4是根据一个示例性实施方案的电极框的透视图。

图5是根据另一示例性实施方案的电池的透视图。

图6A是根据一个示例性实施方案的电极堆栈的透视示意图。

图6B是根据图6A中所示的实施方案的电极堆栈的分解示意图。

图7A是根据一个示例性实施方案的电极的示意性透视图。

图7B是根据图7A中所示的实施方案的电极的活性层的一部分的示意图。

图7C是根据图7B中所示的实施方案的活性层的电极颗粒的示意图。

图7D是根据图7C中所示的实施方案的电极颗粒的一部分的示意图。

图8是根据一个示例性实施方案列出电极的不同制造变量的表。

图9是根据一个示例性实施方案针对电池在不同C速率的放电电压的曲线图。

图10是针对具有常规形成的厚电极的电池在不同C速率的放电电压的曲线图。

图11是根据第一示例性实施方案、第二示例性实施方案与第一比较例，针对电极的压汞法(mercury intrusion porosimetry)数据的曲线图。

图12是根据第一示例性实施方案、第二示例性实施方案与第一比较例，针对电池在恒电流密度的放电电压的曲线图。

图13是根据第一示例性实施方案、第二示例性实施方案与第一比较例，针对电池在恒定放电速率下的放电电压的曲线图。

图14是根据具有不同厚度的电极的示例性实施方案，针对电池在恒定放电速率下的放电电压的曲线图。

图15是根据一个示例性实施方案的电池单体的示意性透视图。

图16是四个相互连接的根据图15的电池单体的示意性透视图。

发明概述

根据一个示例性实施方案，一种用于锂离子电池的电极通常包括活性层和集电器。所述活性层包括多个复合电极颗粒，所述复合电极颗粒为非空心的并包含活性材料和粘合剂材料。所述活性层设置在集电器的第一侧部上。所述活性层具有大于约40％的整体孔隙率。所述整体孔隙率包括颗粒内部孔隙率和颗粒间孔隙率。用适于使用锂离子电池的化学配制所述电极。

发明详述

本公开内容涉及用于电池的电极的构造和性能，以及含有这种电极的电池。更具体地，本文描述的电极被配置成，与传统电极相比，在相对较高的厚度提供改善的性能。