公开了一种适合用于二次电池的多层电极。一层的主要活性组分不同于相邻层的主要活性组分。分层电极的使用改善了包括这种分层电极的电池的容量滞留和循环寿命。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】 本专利技术一般涉及包括电活性材料的粒子和添加剂的组合物以及所述组合物在包 括燃料电池和可再充电金属离子电池的装置中的用途。 背景 例如锂离子电池的可再充电金属离子电池被广泛用于便携式电子装置如移动电 话和笔记本电脑，并越来越多地应用于电动车和混合动力车中。 参考图1，熟知的可再充电金属离子电池100具有：导电层101，诸如金属层；阳极 层103 ;阴极层107,能够释放和再插入金属离子；电解质105,位于阳极和阴极层103和107 之间；以及导电层109,诸如金属层。当电池组电池（battery cell)被充满电时，金属离子 已经通过电解质105从含有金属离子的阴极层107输送至阳极层103中。 阳极层103可以包括电活性材料的粒子以及粘合剂材料（本文所用的"活性材料" 或"电活性材料"意味着在电池的充电期和放电期能够将如锂、钠、钾、妈或镁的金属离子插 入至其结构中和从其中释放的材料。优选地，所述材料能够插入并且释放锂）。 在锂离子电池的石墨基阳极层的情况下，插入锂导致形成化合物Lixc6(0 < =X <=1)。石墨具有372mAh/g的最大容量。 硅基活性阳极材料的使用也是已知的。硅的最大容量比石墨的最大容量大许 多。然而，不像在金属离子的插入和释放过程中保持基本上不被改变的活性石墨，向硅中 插入金属离子的过程导致实质的结构改变，伴有显著的膨胀。例如，锂离子向硅中的插入 导致Si-Li合金的形成。在例如"用于可再充电的锂电池组的插入电极材料（Insertion Electrode Materials for Rechargeable Lithium Batteries)"， Winter 等，Adv. Mater. 1988,10,第10期，725-763页中，描述了 Li离子插入对阳极材料的影响。 US 2009/301866公开了一种固体载体、附着到所述固体载体的第一固体层以及附 着到所述第一固体层的第二固体层的多层，其中第一和第二固体层中的每个包含电化学活 性材料的粒子与粘合材料。第一和第二层二者都包括弹性粘合剂。 US 2012/040242公开了一种锂离子二次电池的阳极，该阳极具有由含硅的第一层 以及含硅和金属元素的第二层组成的多层结构。金属元素的存在是为了抑制阳极膨胀和收 缩。 US 7311999公开了阳极集电体、阳极活性材料层以及在该阳极活性材料层上的氧 化硅层的阳极。包括氧化硅层以便抑制阳极活性材料层和电解质之间的反应。 US 7638239公开了含铜的集电体、活性材料以及由在集电体和活性材料之间的两 层形成的缓冲层的电极。设置缓冲层以便防止来自集电体的铜过度扩散到活性材料中以及 来自活性材料的硅扩散到集电体。 US 7824801公开了集电体、不含氧的或氧硅比值较低的第一硅层、以及氧硅比值 较高的第二硅层的电极。所述第一层具有高的充电/放电容量和较高的电子导通性，而膨 胀系数大且离子导通性差。所述第二层相较于第一层具有较小的膨胀系数和较低的充电/ 放电容量，但是离子导通性较高。 US 8080337公开了一种集电体以及交替的第一和第二层。第一层包括活性材料。 第二层比第一层具有更大的杨氏模量并且是导电的。第二层可以是导电金属化合物，例如， 金属氮化物、金属碳化物或金属硼化物。 优选地，本专利技术提供了经过性能改善的能量产生装置，包括但不限于金属离子电 池。 概述 根据本专利技术的第一方面，提供了一种多层电极，所述多层电极依次包括导电层、第 一复合电极层和第二复合电极层，每个复合电极层包含适合在金属离子电池中用作活性材 料的粒子材料以及粘合剂，其中第一复合电极层的活性材料的主要组分（第一主要活性组 分）是与形成第二复合电极层的活性材料的主要组分（第二主要活性组分）的材料不同的 材料。 可选地，所述多层电极包括在第一复合层和第二复合层之间的界面。 可选地，所述第一复合电极层和第二复合电极层的粘合剂是不同的。 可选地，第一复合电极层的粘合剂是弹性聚合物，而第二复合电极层的粘合剂是 非弹性聚合物。 可选地，第二复合电极层的主要活性组分的理论比容量高于第一复合电极层的主 要活性组分的理论比容量。 可选地，一层或每层包括一个或多个子层。 可选地，第一复合电极层包括与集电体的区域相邻或在集电体的区域内的一个或 多个下子层。可选地，第一复合电极层包括在第一复合电极层和第二复合电极层之间的界 面的区域处或该界面的区域内的一个或多个上子层。 可选地，第二复合层包括与所述界面相邻的下表面以及远离所述界面的上表面。 可选地，第二复合层包括与在第一复合电极层和第二复合电极层之间的界面的区 域相邻或在该界面的区域内的一个或多个下子层。可选地，第二复合层包括在第二复合电 极层的上表面的区域处或在该上表面的区域内的一个或多个上子层。 可选地，一个子层的主要活性组分的浓度不同于在该多层电极的复合层内的相邻 子层的主要活性组分的浓度。 可选地，第一主要活性组分的浓度在集电体和与第二复合电极层的界面之间减 小。 可选地，第二活性组分的浓度在与第一复合电极层的界面和第二复合电极层的上 表面之间的方向上增加。 可选地，一个子层中的粘合剂的组成不同于在该多层电极的层中的相邻子层内的 粘合剂的组成。可选地，粘合剂包括弹性和非弹性聚合物的共聚物。可选地，粘合剂包含以 90 : 10到10 : 90的比例含有弹性聚合物和非弹性聚合物的共聚物。 可选地，第一复合电极层的孔隙率不同于第二复合电极层的孔隙率。 可选地，第一复合电极层的孔隙率小于第二复合电极层的孔隙率。 可选地，第一复合电极层的孔隙率大于5体积％。 可选地，第一复合电极层的孔隙率小于30体积％。 可选地，第一复合电极层的孔隙率的范围是20到25体积％。 可选地，第二复合电极层的孔隙率大于20体积％。 可选地，第二复合电极层的孔隙率小于80体积％。 可选地，第二复合电极层的孔隙率的范围是30到70体积％。 可选地，一个子层的孔隙率不同于在该多层电极的层内的相邻子层的孔隙率。 可选地，第二复合电极层的上子层的孔隙率小于下子层的孔隙率。 可选地，第一复合层包括含有相同或相似形貌的粒子的第一主要活性组分。可选 地，第一复合电极层包括含有不同形貌的粒子的第一主要活性组分。 可选地，第二复合电极层包括含有相同或相似形貌的粒子的第二主要活性组分。 可选地，第二复合电极层包括含有不同形貌的粒子的第二主要活性组分。 可选地，第一复合层的主要活性组分包括电活性碳。可选地，电活性碳是天然的和 /或人造石墨或硬质炭黑。 可选地，第二复合电极层的主要活性组分选自由硅、锡、铝、铅和锑构成的组。 可选地，第二复合电极层的主要活性组分的理论比容量大于500mAh/g，第一复合 电极层的主要活性组分的理论比容量小于400mAh/g。 可选地，一个子层的理论比容量不同于在该多层电极的层中的相邻子层的理论比 容量。 可选地，第二复合电极层的上子层的理论比容量大于下子层的理论比容量。 可选地，在第一复合阳极层中的主要活性组分的浓度高于在第二复合阳极层中的 主要活性组分的浓度。 可选地，第二复合电极层的主要活性组分的体积增加Vi是至少90%。 可选地，第二复合电极层每平方米所包本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多层电极，所述多层电极依次包括导电层、第一复合电极层和第二复合电极层，每个复合电极层包含适合在金属离子电池中用作活性材料的粒子材料以及粘合剂，其中第一复合电极层的活性材料的主要组分(第一主要活性组分)是与形成第二复合电极层的活性材料的主要组分(第二主要活性组分)的材料不同的材料。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：马姆杜·阿卜杜勒萨拉姆，法兹尔·库沃，威廉·麦克林，
申请(专利权)人：奈克松有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB
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