铝(Al)基底上形成的结合层，该结合层使基底与涂覆材料结合。此外，结合层的扩展形式。通过制造含有Al‑过渡金属元素‑P‑O的溶液，该溶液可以用于浆料制造(浆料含有活性材料)。可以将浆料涂覆在Al基底上，然后进行热处理以形成电极。可选择地，在某些实施方案中，含有Al‑过渡金属元素‑P‑O的溶液可以在热处理后与活性材料粉末混合以形成由粘合剂结合的粉末颗粒。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求于2013年4月18日提交的美国专利申请第13/865,962号的优先权权益。
本公开内容总体上涉及用于锂离子电池的材料合成的处理技术。背景制造作为二次电池的必要部分的电极的常规方法，包括应用聚合物粘合剂以增加在含有活性材料的电极层和基底之间的粘着性的步骤，其中聚合物粘合剂将基底与活性材料结合。附图简述参考以下附图可以更好地理解本公开内容的许多方面。附图中的部件不一定按比例，而是重点放在清楚地示出本公开内容的某些实施方案的原理。此外，在附图中，相同的参考数字指示贯穿若干视图的相应的部分。图1是根据本公开内容的用于合成包含粘合剂材料的电极材料的熔炉和热处理环境的示例性实施方案的图。图2(a)-2(b)是示出根据本公开内容的实施方案的合成的电极材料的充电容量的检查结果的图。图3是示出根据本公开内容的实施方案的由测试合成的电极材料得到的电化学数据的图。详细描述本文公开了制造不含聚合物粘合剂的电极的技术的某些实施方案，例如用于锂离子电池应用。根据一个实施方案，通过利用包含Al、过渡金属元素中的一种和磷酸根离子的无机粘合剂，可以使良好的材料/基底和材料的颗粒间的界面稳定化(结合)。在某些实施方案中，过渡金属元素可以是过渡金属元素的组合。由于示例性无机粘合剂可以提供结合和电子传导双重特性，因此可能产生用于Li离子电池的电极，而没有聚合物粘合剂和炭黑两者，聚合物粘合剂和炭黑可能在高电压下分解或产生电极的不必要的孔隙(或接触损失的机会)。图1示出用于合成目前公开的材料的熔炉和热处理环境的设计。图1示出反应容器1，其通向熔炉2中的空气。熔炉在3a和3b处通向大气，以便在熔炉中保持基本上大气压力。气体流入或流出熔炉取决于熔炉的加热循环和冷却循环以及与熔炉中的材料发生的化学反应。空气自由地进入熔炉，并且空气和/或反应容器1中的材料4的化学反应的产物自由地离开熔炉。容器1中的材料4在加热步骤期间发生化学反应以形成根据本公开内容的阴极材料。容器1中面对在熔炉中存在的空气的材料4被一层高温惰性覆盖层5覆盖，该层对空气和由加热步骤引起的逸出气体是多孔的。熔炉的加热线圈在6处示出。以下是根据本公开内容的实施方案的示例性技术的实施例。实施例1用常规聚合物粘合剂制成的电极和使用Al-Mn-PO4无机粘合剂制成的电极的比较研究该实施例给出了在使用常规涂覆方法使用聚合物粘合剂制成的电极和根据下面的部分I和部分II制成的电极之间的比较。部分I.使用常规涂覆方法制成的LiMnPO4-LiMn2O4(1.8:0.1摩尔比)复合材料电极：对于电极制备，在浆料制造中使用活性材料(例如5g)、SuperP(例如1g)和SBR(例如0.3g)。在使用刮刀涂覆之后，将涂覆的电极在110℃下干燥持续3小时，随后将电极冲孔。在110℃下再次真空干燥过夜后，将电极转移到用于测试电池组件的手套箱中，其中测试电池是具有Li作为参考电极的三电极设计。电极负载确定为6mg，并且活性材料含量为81.3％。所使用的充电率(C-rate)为约C/10(50uA)，并且室温为约23℃。参考图2(a)，在分析后，获得制备的电极的160.5mAh/g的充电容量和51mAh/g的放电容量。结果还表明，相应的库仑效率为31.7％。由于将测试电池充电至4.9V，所以在充电期间电解质或多或少的分解可能导致低的库仑效率。部分II.使用无机粘合剂制成的LiMnPO4-LiMn2O4(1.8:0.1摩尔比)复合材料电极：对于基底制备，按照以下步骤。1.使用Al板(2.67×2.67cm，其中一侧覆盖有聚合物膜)作为初始基底。2.制备5M亚磷酸/正丁醇溶液(23g亚磷酸被正丁醇稀释至40ml体积)作为蚀刻溶液。将溶液加温至50℃用于稍后使用。3.将Al板浸泡在5M亚磷酸/正丁醇溶液中持续2分钟。然后在100ml正丁醇中冲洗Al板持续约20秒。4.在干燥烘箱中在60℃下干燥Al板(约30分钟)。备注：此时，Al-PO4薄膜形成为白色的膜。5.在Al板的顶部上通过250目筛铺开MnO2粉末。然后，使制得的(MnO2涂覆的)基底通过压延机(calendaringmachine)。6.将制得的基底在330℃下在箱式熔炉中热处理持续2小时。冷却后，制得的基底准备用于电池活性材料负载。备注：此时，Al-Mn-PO4薄膜形成为棕色的膜。该膜是导电的并且可以使用电压表容易地检查。接下来，对于电极制备，按照以下步骤。1.将上文提及的电池活性材料通过将活性材料粉末通过250目筛铺开来负载在制得的基底的顶部上。2.将制得的(活性材料负载的)电极再次通过压延机，用于压实电极。3.将制得的电极发送至箱式熔炉，并且在330℃下在正常空气气氛下热处理持续4小时。4.将热处理的电极冲孔，并且在110℃下真空干燥样品过夜。然后将干燥的电极转移到用于测试电池组件的手套箱。对于测试电池，使用具有Li作为参考电极的三电极设计。通过取活性材料负载前和热处理阶段后之间的重量差，然后除以假定涂覆是均匀的基底的面积，来计算电极负载(14.6mg)。电化学测试结果示于图2(b)中。因此，所使用的充电率(220uA)为约C/10，并且室温为约23℃。此外，从图2(b)中，获得131mAh/g的充电容量和105mAh/g的放电容量。相应的库仑效率被指示为80％。由于测试电池仅充电至4.5V，因此充电容量小于使用常规涂覆方法的数据。然而，库仑效率的增加可以表明，电解质和聚合物粘合剂的可能分解已经最小化。在该实施例中，清楚的是，使用Al-Mn-PO4膜可以改善基底与材料的界面。如果Al-Mn-PO4膜不是导电的，则电化学性能应该已经劣化。尽管如此，由于在电极制造过程中不使用聚合物粘合剂和炭黑，所以在高电压下的分解反应已经最小化。实施例2负载有LFPO的相同的制得的基底在该实施例中，使用相同的制得的基底(Al-Mn-PO4薄膜涂覆的)。将由ChangsAscendingCo.Ltd.制造的氧化锂铁磷(LFPO，美国专利US7494744、US7585593、US7629084、US7718320)材料用作活性材料。此外，通过将材料通过250目筛筛分，将材料铺开在基底上。然后，在制得的(活性材料负载的)电极上进行压延。压延后，使制得的电极在330℃下在空气中经历热处理持续4小时。电化学数据显示在图3中。从图中可以看出，尽管初始电池电压在第一次充电期间高于正常值，但测试电池循环非常好。应该提到的是，在该实验中没有使用聚合物粘合剂和炭黑。该实验再次证明，Al-Mn-PO4膜的使用允许在材料与基底之间具有良好导电性的直接结合。值得注意的是，当将活性材料铺开在基底的顶部上时，可以使用纯水(或其它溶剂)或非常稀的聚合物溶液来润湿基底，以用于防止粉末在压延之前脱落。聚合物溶液例如可以是CMC溶液(羧甲基纤维素，0.01wt％)或SBR溶液(苯乙烯丁二烯橡胶溶液，0.005wt％)，但不限于这些实例。在任何情况下，含有溶剂或有机分子的溶液将在随后的热处理期间蒸发或分解。此外，在热处理后再次压延对本公开内容的示例性材料没有呈现任何危害。实施例3使用含Al-Mn-P-O的溶液进行颗粒间结合从前面的实施例认本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电极组件，包括：Al基底；P‑O元素的源；和至少一种过渡金属元素；其中所述Al基底、所述P‑O元素的源和所述过渡金属元素形成包含Al‑过渡金属元素‑P‑O的薄膜的层；其中所述薄膜使负载的锂离子电池活性材料和所述Al基底结合。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电极组件，包括：Al基底；P-O元素的源；和至少一种过渡金属元素；其中所述Al基底、所述P-O元素的源和所述过渡金属元素形成包含Al-过渡金属元素-P-O的薄膜的层；其中所述薄膜使负载的锂离子电池活性材料和所述Al基底结合。2.根据权利要求1所述的电极组件，其中在所述电极组件中不使用聚合物粘合剂或炭黑。3.根据权利要求1所述的电极组件，其中所述薄膜的层特别地包含Al-Mn-PO4。4.根据权利要求1所述的电极组件，其中所述薄膜和所述活性材料之间的结合包括所述活性材料的颗粒之间的结合。5.根据权利要求4所述的电极组件，其中所述薄膜的材料直接地结合到所述Al基底。6.根据权利要求1所述的电极组件，其中所述过渡金属元素是过渡金属元素的组合。7.一种制备粘合剂材料的方法，包括：提供铝源材料作为初始基底；将所述铝源材料浸泡在亚磷酸/正丁醇溶液中以形成所得溶液；在浸泡后，干燥所述铝源材料，其中含有Al-过渡金属元素-P-O的薄膜形成在所述铝源材料上；用MnO2涂覆被所述薄膜覆盖的铝源材料；和加热被MnO2涂覆的铝源材料以形成用于电池活性材料负载的制得的基底。8.根据权利要求7所述的方法，还包括：将活性材料负载在所述制得的基底的顶部上以形成电极；压实所述电极；对压实的电极进行热处理；和干燥经加热的电极。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述压实的电极在空气中在330℃下被加热持续至少4小时。10.根据权利要求8所述的方法，其中所述经加热的电极在110...
【专利技术属性】
技术研发人员：张惇杰，张惇育，
申请(专利权)人：长园科技实业股份有限公司，张惇杰，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71
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