[发明专利]采用半结晶粘合剂的高性能电极

说明书

公开了用于具有半结晶粘合剂的电化学设备的高性能电极。形成电极的方法包括形成电极浆料，将电极浆料涂敷到集电器以形成电极，以及固化电极，从而形成半结晶粘合剂。电极浆料包括溶剂、半结晶粘合剂前体溶液、电活性材料、以及导电性填料。半结晶粘合剂包括电活性材料和通过其分散的导电性填料。半结晶粘合剂包括多个聚合物链。多个聚合物链的每个都包括与多个无定形位点一起散布的多个结晶位点。半结晶粘合剂能够形成氢键。

引言

本公开涉及用于锂离子电化学设备的高性能电极，并且更具体地涉及用于优化锂离子电化学设备中的电极性能的半结晶粘合剂。

诸如锂离子蓄电池之类的高能量密度电化学电池可以用于各种消费产品，诸如包括膝上型电脑、平板电脑和蜂窝电话的移动设备和诸如混合动力电动车(“HEV”)和电动车(“EV”)的车辆等。

用于电化学电池的高性能电极具有明显的缺点。例如，具有含硅电活性材料的电极在充电-放电循环期间会经历大量的库仑衰减。充电-放电循环期间的体积变化可能会限制蓄电池的性能和/或寿命。

发明内容

虽然不受理论束缚，但是据信蓄电池的缩减性能和/或寿命通常是由于具有电活性材料的导电填料和集电器的物理接触的破坏，这是由电活性颗粒在充电-放电循环期间经历的体积变化引起的。虽然不受理论束缚，但是据信蓄电池的缩减性能和/或寿命也是由于在充电-放电循环期间体积变化期间电活性颗粒上的固体电解质中间相的破裂和重新形成。

根据本公开的系统和方法通过使用稳定的半结晶粘合剂提供了蓄电池的优化性能和/或寿命。半结晶粘合剂包括结晶相和无定形相。有利地，结晶相提供粘合剂的刚性和抵抗电活性颗粒膨胀的弹性，并且无定形相允许粘合剂在其收缩期间保持与电活性颗粒的物理接触。参考详细的描述将认识到由半结晶粘合剂提供的进一步益处。

根据本公开的方面，形成用于电化学电池的电极的方法包括形成电极浆料，将电极浆料涂敷到集电器，并且固化电极浆料，从而形成具有半结晶粘合剂的电极。电极浆料包括半结晶粘合剂前体溶液、电活性材料和导电性填料。半结晶粘合剂包括电活性材料和通过其分散的导电性填料。半结晶粘合剂包括多个聚合物链。多个聚合物链的每个都包括与多个无定形位点一起散布的多个结晶位点。多个结晶位点的每个通过重复聚合物链的链段之间的相互作用来限定。

根据本公开的进一步方面，半结晶粘合剂前体溶液包括第一单体和第二单体，对该第一单体和该第二单体进行选择以产生聚合物链，该聚合物链具有基于聚合物链中原子的至少25原子％的芳香性和配置成与每个重复单元中的相邻聚合物链形成氢键的至少一个位点。

根据本公开的进一步方面，半结晶粘合剂前体溶液是通过结晶芳族聚酰胺处理所获得的无定形芳族聚酰胺。该处理包括将结晶芳族聚酰胺溶解在含盐有机溶液中从而形成溶液，用水处理该溶液从而形成无定形芳族聚酰胺，并且将无定形芳族聚酰胺溶解在纯有机溶液中以产生无定形芳族聚酰胺溶液。

根据本公开的进一步方面，结晶芳族聚酰胺通过将第一单体与第二单体混合并使该第一单体和该第二单体聚合来形成以形成结晶芳族聚酰胺。对第一单体和第二单体进行选择以产生聚合物链，该聚合物链具有基于聚合物链中原子的至少25原子％的芳香性和配置成与相邻聚合物链形成氢键的至少一个位点。

根据本公开的进一步方面，多个聚合物链的每个都包括基于相应聚合物链内原子的大于约25原子％的芳香性和提供物理交联并与活性材料表面形成良好粘附性的多个氢键。

根据本公开的进一步方面，每个聚合物链包括基于相应聚合物链内原子的大于约15原子％的量的氢。

根据本公开的进一步方面，半结晶前体由为二胺的第一单体和为酰氯的第二单体来形成。

根据本公开的进一步方面，二胺是间苯二胺，其中酰氯是间苯二甲酰二氯。

根据本公开的进一步方面，半结晶粘合剂是芳族聚酰胺。