[发明专利]具有导电中间层的电极及其方法

说明书

在一个实施方案中，Li离子电池电极包括设置在集电器与电极活性材料层之间的导电中间层。所述导电中间层包含第一导电添加剂和第一聚合物粘合剂，并且所述电极活性材料层包含与第二聚合物粘合剂(其可以与第一聚合物粘合剂相同或不同)和第二导电添加剂(其可以与第一导电添加剂相同或不同)混合的多个活性材料颗粒。在另一个实施方案中，可以通过将连续的浆料配制物施加到所述集电器上，然后将所得的产品进行压延(或致密化)来制造所述Li离子电池电极。

根据35U.S.C.§119要求优先权

本专利申请要求2018年9月6日提交的题为“具有改进的粘合剂、结构和性能的高容量电池电极”的美国临时申请第62/728,025号的权益，所述临时申请的全部内容通过引用明确地并入本文。

技术领域

本申请总的涉及能量存储装置，并且更特别地涉及电池技术等。

背景技术

部分地归因于高级可再充电电池相对高的能量密度、相对高的比能量、重量轻和潜在的长寿命，高级可再充电电池对于广泛的消费电子设备、电动车辆、电网存储和其它重要应用是理想的。

然而，尽管电池在商业上日益普及，但这些电池需要进一步开发，特别是针对低排放或零排放、混合电动车辆或纯电动车辆、消费电子设备、节能货船和机车、航空航天应用和电网方面的潜在应用。特别地，对于多种可再充电电池，如可再充电金属和金属离子电池(如可再充电Li和Li离子电池、可再充电Na和Na离子电池、可再充电Mg和Mg离子电池等)、可再充电含水电池、可再充电碱性电池、可再充电金属氢化物电池和铅酸电池，仅举几例，期望进一步的改进。

在电池电极的构造中，可以使用广泛的活性(电荷存储)材料、广泛的聚合物粘合剂、广泛的导电添加剂和多种混合配方。但是，为了改善电极性能(低且稳定的电阻、高循环稳定性、高倍率性能等)，需要针对特定类型和特定大小的活性颗粒确定粘合剂、添加剂和混合方案的最佳选择。在许多情况下，这些选择并非易事，而且可能违反直觉。

在许多不同类型的可再充电电池中，可以将电荷存储材料制成高容量(纳米)复合材料粉末，其在第一次循环期间表现出适当高的体积变化(8体积％至160体积％)，并且在随后的充电-放电循环期间表现出中等体积变化(5体积％至50体积％)(见图4的双粒子级)。这样的电荷存储颗粒的子集包括平均大小在约0.2微米至约20微米范围内的颗粒。这类电荷存储颗粒为可规模化制造以及实现高电池单元水平能量密度以及其它性能特征提供了广阔前景。不幸的是，这样的颗粒相对较新，并且其形成电极通常导致较差的性能特征和有限的循环稳定性。当电极容量负载变为中等(2mAh/cm²至4mAh/cm²)时，性能通常变得特别差，或者当电极容量负载变高(例如4mAh/cm²至12mAh/cm²)时，性能甚至变得更差。然而，较高的容量负载有利于增加电池单元能量密度和降低电池单元制造成本。

在第一次循环期间表现出适当高的体积变化(8体积％至160体积％)并且在随后的充电-放电循环期间表现出中等体积变化(5体积％至50体积％)的材料的实例包括(纳米)复合材料，其包含所谓的合金型活性电极材料。在金属离子电池(如Li离子电池)的情况下，这样的合金型活性电极材料的实例包括但不限于硅、锗、锑、铝、镁、锌、镓、砷、磷、银、镉、铟、锡、铅、铋、其合金等。硅基电极由于其极高的重量和体积容量以及适中的成本，因此对大多数应用特别有吸引力。合金型电极材料通常比商用Li离子电池(如石墨)中使用的所谓嵌入型电极提供更高的重量和体积容量。

因此，仍然需要改进的电池、组分以及其它相关材料和制造工艺。

发明内容