[发明专利]包含硅基主体材料的电极和使用其的电池组电池的制备方法在审

专利信息
申请号: 202010354842.2 申请日: 2020-04-29
公开(公告)号: CN111883744A 公开(公告)日: 2020-11-03
发明(设计)人: N.希门尼斯;M.P.巴洛夫;I.C.哈拉莱;R.克 申请(专利权)人: 通用汽车环球科技运作有限责任公司
主分类号: H01M4/1395 分类号: H01M4/1395;H01M4/134;H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525
代理公司: 中国专利代理(香港)有限公司 72001 代理人: 韦欣华;杨思捷
地址: 美国密*** 国省代码: 暂无信息
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摘要:
搜索关键词: 包含 主体 材料 电极 使用 电池组 电池 制备 方法
【说明书】:

制备电极的方法,该方法包括用浆料涂覆集电器,以及将涂覆的集电器热解以产生包含硅基主体材料层的电极。浆料可以包含一种或多种溶剂和干部分,所述干部分具有硅颗粒、一种或多种聚合物粘合剂和碳纤维。热解包括在第一温度下加热,并随后在高于第一温度的第二温度下加热。硅颗粒包括单相硅和/或Li2Si,具有小于10微米的平均粒径,并可以为干部分的70%。聚合物粘合剂可以仅是聚丙烯腈,或任选地包含一种或多种氟化聚合物。碳纤维具有至少约50纳米的平均直径,至少约1微米的平均长度,并可以为干部分的至多15 wt%。

技术领域

锂离子电池组是一类可充电电池组,其中锂离子在负极(即阳极)和正极(即阴极)之间移动。液体、固体和聚合物电解质可以促进锂离子在阳极和阴极之间的移动。锂离子电池组由于其高能量密度和能够经受连续充放电循环的能力,在国防、汽车和航空航天领域越来越受欢迎。

背景技术

提供了制备电极的方法,该方法可以包括用浆料涂覆集电器以形成涂覆的集电器,以及将涂覆的集电器热解以产生包含硅基主体材料层的电极。浆料可以包含干部分(dry fraction)和一种或多种溶剂。干部分可以包含硅颗粒、一种或多种聚合物粘合剂和碳纤维。将涂覆的集电器热解可包括在第一温度下加热,并随后在第二温度下加热,其中第二温度高于第一温度。硅颗粒可以是单相硅和Li2Si。硅颗粒可具有小于约10微米的平均粒径。干部分可包含至少约70 wt%的硅颗粒。聚合物粘合剂可包含聚丙烯腈和/或一种或多种氟化聚合物。聚合物粘合剂可只是聚丙烯腈。聚合物粘合剂可占干部分的至多约10 wt%。碳纤维可具有至少约50纳米的平均直径。碳纤维可具有至少约1微米的平均长度。碳纤维可占干部分的至多约15 wt%。溶剂可包括N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、丙酮和/或甲基乙基酮。该方法还可以包括,在涂覆之后并在热解之前,干燥涂覆的集电器。干燥可在低于约100℃的温度下进行。第一温度可为约250℃至约400℃,并且第二温度可低于约750℃。热解可在基本上不含含氧气体(oxygenated gas)的环境中进行。硅基主体材料层的厚度可以为约20微米到约50微米。

提供了制备电池组电池的方法,该方法可以包括用浆料涂覆集电器以形成涂覆的集电器,将涂覆的集电器热解以产生包含硅基主体材料层的负极,并随后通过将负极和正极放置在电解质中来组装电池组电池。浆料可以包含干部分和一种或多种溶剂。干部分可以包含硅颗粒、一种或多种聚合物粘合剂和碳纤维,其中所述硅颗粒包括Li2Si和单相硅,其中所述聚合物粘合剂包括聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物和/或全氟烷氧基烷烃,并且其中所述碳纤维具有约100纳米至约200纳米的平均直径和约1微米至约10微米的平均长度。将涂覆的集电器热解可包括在至多约400℃的第一温度下加热,并随后在约450℃至约750℃的第二温度下加热。硅颗粒可具有小于约10微米的平均粒径。干部分可以是至少约70 wt%的硅颗粒。热解的一种或多种聚合物粘合剂可形成围绕硅颗粒的碳层。

具体地说,本发明涉及以下项。

1. 一种制备电极的方法,该方法包括:

用浆料涂覆集电器以形成涂覆的集电器,其中所述浆料包含:

干部分,所述干部分包含:

硅颗粒,

一种或多种聚合物粘合剂,和

碳纤维,和

一种或多种溶剂;以及

将涂覆的集电器热解以产生包含硅基主体材料层的电极,其中将涂覆的集电器热解包括在第一温度下加热,并随后在第二温度下加热,其中第二温度高于第一温度。

2. 第1项所述的方法,其中硅颗粒包括单相硅和Li2Si。

3. 第1项所述的方法,其中硅颗粒具有小于约10微米的平均粒径。

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