用于非水电解质二次电池的混合电极制造技术

本发明专利技术涉及混合正电极，其合成物包括：第一活性材料，为含锂化合物，含钠化合物或电活性共轭聚合物；第二活性材料，为含有氮氧自由基的聚合物；以及导电颗粒。另一方面，本发明专利技术涉及一种非水电解质二次电池，包括根据本发明专利技术的混合正电极、负电极和电解质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术主要设及非水电解质二次电池领域。特别是，本专利技术设及一种正电极，该电 极具有改进的输入特性(例如，脉冲充电特性），在能量密度上没有显著下降，并且具有改进 的输出特性。
技术介绍
为了满足制造电动车的需求，需要高比能量、高功率密度、长循环寿命、低成本和 更安全的电池 （Tarascon et al.,化ture,2001,414,359-367;A;rmand et al.,2008,451, 652-657；Choi et al.,Angewandte Chemie International Edition,2012,51,9994-10024)。目前裡离子电池具有最高的能量密度，但是受到低功率密度的限制。在高比能量和 高功率密度之间总是存在着折中。裡离子电池通过发生在两个电极的可逆库伦反应存储能 量。它设及块体电极材料内部的电荷转移和离子从一个电极向另一个电极的扩散。然而，扩 散和电荷转移(氧化还原反应)均受限于缓慢的动力学，导致需要时充电和功率输出慢。电 化学超级电容器通过在电极表面累积离子而存储能量，具有非常低的储能能力但非常高的 功率密度。 将高能量与功率密度结合在单个器件中的最直观的方法是将不同类型的能量存 储源结合在一起。目前为止，主要开发了双电层电容器和电池材料之间的混合(Cericola et al. ,Electrochimica Acta,2012,72,1-17)。混合器件的电化学响应是各个器件的响应 之和：电池组件的平直电势分布中包括电容器组件的倾斜电势分布。总存储电荷的贡献与 每个组件的量成正比，而电极的构造和成分控制着功率和能量传递的性能。运种类型的混 合虽然提高了能源和功率的性能，但仍需要进一步优化。缺点主要源于功率和能量不偶联。 高电流密度时，主要是电容元件响应。混合器件存储的能量比单独的电容器多，然而却比单 独的电池材料少得多（由于受到双电层电容器所提供的相对低的比容量的影响，混合器件 的比容量显著减少）。最后，对于大多数需要持续供能的应用来说，双电层电容器元件的倾 斜电势分布在电化学响应中的作用是有害的。 欧洲专利EP2590244号公开了一种非水电解质二次电池，包括:正电极，其具有能 够吸留和释放裡离子的第一活性材料和能够吸留和释放阴离子的第二活性材料;负电极， 其具有能够吸留和释放裡离子的负电极活性材料；W及电解液，其含有裡离子和阴离子的 盐。第二活性材料是在重复的单元中具有四硫属富瓦締结构的聚合物。该聚合物与LWeP〇4 结合构成第一活性材料。[000引日本专利肝2007-213992号公开了一种用于含有硝酷自由基化合物的二次电池的 电极。在电解池中通过液相阴离子聚合法合成硝酷自由基化合物，然后立即加入乙烘黑形 成的导体W增加自由基化合物和导体之间的界面，由此获得含有自由基化合物的导电材 料。虽然运种方法预计能产生具有良好电化学特性的自由基化合物，但是在合成过程中仍 然需要使用溶剂，并需要后续的处理W在反应后除去溶剂。由于所形成的自由基化合物不 溶，其与乙烘黑的混合效率不高。乙烘黑的颗粒仍然在所形成的材料的外表面。 日本专利JP2009-277432号公开了 一种用于二次电池的电极，其由正电极和导体 制成，该正电极包括正电极集电器和正电极活性物质层，其中正电极活性物质层含有自由 基化合物和裡化合物氧化物;该导体在集电器的表面形成，并在与集电器相反的一侧形成 电极表面。正电极活性物质层中电极表面一侧的自由基化合物含量大于集电器一侧的自由 基化合物的含量。 Qian Huang等（J.Pow.Sources 233,2013,69-73)公开了一种含有可溶性PTMA和 LiFeP化的电极，该电极导致快速容量损失。 作为裡离子电池材料，LiFeP化化FP)已经取得了巨大的关注，因为它具有如下潜 力：（1)高功率特性(相对于标准/常见的裡离子电池材料），（2)丰富和低成本的构成材料， 化和憐酸，（3)使用无毒材料(已知钻、儀致癌），（4)在热和过电势调件下的稳定性不同于标 准材料，不会被高度氧化而导致电解质失衡。然而，高功率(快速放电，特别是充电率/时间） 和长循环稳定性(特别是在高速率)强烈依赖于LFP颗粒的形态。 本专利技术旨在提供一种能够解决现有技术中上述缺点的器件。 具体地，本专利技术的目的在于提供一种具有改进的输入和输出特性的混合正电极。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的在于，提供一种混合正电极。所述混合正电极包括如下合成 物： (a)第一活性材料，其为含裡化合物，含钢化合物或电活性共辆聚合物； (b)第二活性材料，其为含有氮氧自由基的聚合物；W及 (C)导电颗粒，其部分分散在所述第二活性材料中。 优选的，所述导电颗粒的重量百分比低于合成物中所述第一和第二活性材料W及 导电颗粒的总含量的25wt%。优选的，导电颗粒是导电碳颗粒。所述第二活性材料可W根据 在此公开的方法来制备，该方法在倍率性能或输出能量密度等功率性能方面的提供了意想 不到的物理属性。部分导电颗粒可W包含在所述第二活性材料中，优选的是均匀地分散在 所述第二活性材料中。优选地，所述第二活性材料的输出能量密度在功率密度为3.5kW/kg (IOC)时大于240Wh/kg或在功率密度为l〇.23kW/kg(30C)时大于170Wh/kg。具体来说，在此 定义的含有第二活性材料含量的5至20wt%、优选的为5至15wt%的导电颗粒(优选的为在 此定义的导电碳颗粒)的第二活性材料，可W获得运种输出能量密度。当第二活性材料是交 联聚（2,2,6,6-四甲基-氧基-4-基甲基丙締酸醋)且优选的通过在此公开的方法获得时，可 W更好地观察到上述输出能量密度的值。可W获得运样高的输出能量密度，是由于本方法 的特定步骤使得导电颗粒均匀地分散在所形成的聚合物中。根据本专利技术的第二活性材料得 到的输出能量密度显著大于含有氮氧自由基并根据其他方法制备的聚合物所得到的输出 能量密度。 所述导电颗粒可W具有任何形状，可不限于球形或准球形颗粒。导电颗粒可W为 导电碳颗粒或金属纳米线或者自银、儀、铁、铜、锋、金、锡、铜和它们的氧化物的组成的群组 中选出的颗粒。优选的，导电颗粒可W为导电碳颗粒。导电碳颗粒可W是碳纳米管、碳纤维、 无定形碳、介孔碳、炭黑、片状剥落石墨碳、活性炭或表面增强的碳。优选的，合成物中所述 导电碳颗粒的重量百分比低于所述第一和第二活性材料W及导电碳颗粒的总量的25wt%， 优选的低于所述第一和第二活性材料W及导电碳颗粒的总量的20wt%，更为优选的范围为 0.5至20wt%，最优选的的为1至20wt%，甚至最优选为5至20wt%，尤其是5至15wt%。 在一个优选的实施例中，所述第二活性材料在室溫下的任何溶剂中溶解度低于 lOwt%，优选低于5wt%，更优选低于Iwt%，最优选低于0.1 wt%。所述第二活性材料的溶解 度在室溫下的有机溶剂或水中低于lOwt%，优选低于5wt%，更优选低于Iwt%，最优选低于 O.lwt%。特别是，所述第二活性材料可W是不溶于任何溶剂中，尤其是有机溶剂或水溶剂 中。例如，第2活性物质可W不溶于二氯甲烧、氯仿、甲苯、苯、丙酬、乙醇、甲醇、己烧、N-甲基 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有合成物的混合正电极，该合成物包括：(a)第一活性材料，为含锂化合物，含钠化合物或电活性共轭聚合物；(b)第二活性材料，为含有氮氧自由基的聚合物；以及(c)导电颗粒，优选导电碳颗粒，所述导电颗粒的重量百分比低于合成物中所述第一和第二活性材料以及导电颗粒的总含量的25wt％，其特征在于，部分导电颗粒均匀分散在所述第二活性材料中。

【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：亚历山德鲁·弗拉德，让·弗朗索瓦·戈伊，索兰·梅林特，
申请(专利权)人：鲁汶大学，
类型：发明
国别省市：比利时;BE