[发明专利]具有局部孔隙度区别的电极、其制造方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有在活性材料中的局部孔隙度区别的电极以及一种用于制造这样的电极的方法和其应用。

背景技术

电化学储能系统、如锂离子电池（LIB）的功率能力、特别是能量密度主要取决于单池中的电极的选择和构型。原理上对于单池的存储容量有利的是，电极具有尽可能高份额的活性材料并且没有有效地有助于储能的材料、诸如集流体的材料的份额被减少到最小值。然而，从电化学角度，集流体上的活性材料层的层厚的由于该要求产生的提高不是主要目标。已知的是，特别是在高的C速率的情况下单池的电解质中的载流子与活性材料之间的反应基本上在活性材料层的表面上进行，并且仅仅少份额的载流子能够更深地扩散到活性材料层中。为了改进所述扩散，在现有技术中描述了不同的结构化的活性材料层和其制造。

EP 1 644 136、US 2012/0328942A1、US 2013/0171527 A1和US 2013/0050903 A1例如公开了以下方法，在所述方法中活性材料层由不同孔隙度的多个层构造。这样的方法要求不利的多级的制造方法，其中每个层必须单独地构造。

M.Bayer在其题目为“Entwicklung alternativer Elektroden und Aktivierungskongzepte für die alkalische Hochleistungselektrolyse（Universität Ulm，2000），替代电极的研发和用于碱性高功率电解的活化方案（乌尔姆大学，2000年）”的博士论文中描述了一种用于制造电解池的电极的方法，所述电极在表面上具有漏斗形的孔隙。通过所描述的方法，原理上实现至活性材料层的更深区域的更好的可接近性。然而，该优点以减少活性材料量来换取。

J.H. Daniel（Printed electronics-prospects and challenges for displays and sensing devices；präsentiert auf dem Meeting of the Bay Area Chapter of the Society for Information Display；15.Dezember 2009；San Jose，CA. 印刷电子-显示和传感装置的前景和挑战；在信息显示学会的湾区分会会议上进行展示；2009年12月15日；加利福尼亚，圣何塞）公开了一种用于制造电极的方法，该方法包括不同孔隙度的两种活性材料的共挤出。活性材料组成在此以条带并排地印刷到集流体的表面上。然而，该方法所承担的是，比所需的更强地减少活性材料量并且因此也减小能量密度。此外，为了执行印刷方法需要一种包含溶剂的活性材料组成。

因此，本发明的任务是提供一种电极，该电极改进了电解质或其中包含的载流子到电极的活性材料中的扩散。此外，该电极应该能够以简单的装置来制造。该任务通过随后描述的本发明来解决。

发明内容

本发明涉及一种电极，其包括至少一个集流体和至少一个活性材料层，其中活性材料层包括至少一个连续设计的第一区域K和至少一个不连续设计的第二区域D，第一区域包括活性材料颗粒P（A），第二区域包括活性材料颗粒P（B），其中至少一个不连续设计的区域D分别由连续设计的区域K包围并且其中不连续设计的区域D分别具有不大于活性材料层的层厚的两倍的直径。

活性材料颗粒P（A）和活性材料颗粒P（B）在此包括由活性材料A或活性材料B以及必要时其他附加物质、如导电添加剂、粘合剂或溶剂构成的初级颗粒。活性材料颗粒P（A）和活性材料颗粒P（B）因此是附聚物，所述附聚物由各个组成部分构成并且特别是包括由活性材料A或活性材料B构成的初级颗粒。对于本发明必要的是，活性材料颗粒P（A）和活性材料颗粒P（B）具有不同的孔隙度，其中活性材料颗粒P（B）的孔隙度大于活性材料颗粒P（A）的孔隙度。这可以通过原理上为本领域技术人员已知的不同措施来实现。对此，在描述制造方法时进一步探讨。因此，活性材料颗粒P（A）和活性材料颗粒P（B）的不同孔隙度可以通过以下来实现，即由活性材料A或活性材料B构成的初级颗粒在颗粒大小、颗粒形状和/或颗粒类型（活性材料类型）上不同。附加物质也可以在类型和量上不同，以便因此实现不同的孔隙度。

活性材料A和活性材料B可以在初级颗粒的形状和大小方面以及在其化学组成方面相同或彼此不同。只要活性材料A和B相同，因此就必须通过合适选择其他附加物质来实现活性材料颗粒P（A）和P（B）的不同孔隙度。