电极组件制造技术

本文提供了一种用于非水性电解液二次电池的电极组件，包括至少一个阳极、至少一个阴极和插入在至少一个阳极和至少一个阴极之间的至少一个隔膜，其中，至少一个阳极包括阳极集流器和阳极电极层，以及至少一个阴极包括阴极集流器和阴极电极层，其中，阴极电极层和阳极电极层中的每一者的空隙体积独立地小于35％，且其中，至少一个阴极和至少一个阳极中的每一者的剥离强度独立地是0.15N/cm或更大。

Electrode assembly

【技术实现步骤摘要】
电极组件
本专利技术涉及电池领域。具体而言，本专利技术涉及用于干燥锂离子电池的电极组件的方法和通过本文所公开的方法制作的电极组件。
技术介绍
在过去的二十年中，锂离子电池(LIB)在便携式电子设备(例如，移动电话和笔记本电脑)的广泛应用中已经引起了广泛关注。由于电动车辆(EV)和电网储能的快速的市场发展，高性能、低成本的LIB当前对大规模储能设备提供了最有前景的选择之一。当前，通过将活性电池电极材料、导电剂和粘结剂材料的精细粉末分散在合适的溶剂中来制备电极。可以将该分散液涂覆在诸如铜金属箔或者铝金属箔的集流器上，然后在高温下干燥以去除溶剂。阴极板和阳极板随后与隔开阴极和阳极的隔膜堆叠或卷在一起以形成电池。锂离子电池制造过程对湿度敏感。高含水量的电池导致电化学性能的严重衰减且影响电池的稳定性。因此，对于LIB的生产过程必须严格控制环境湿度。大多LIB在小于1％湿度的环境下生产。然而，由于严格的无水分过程，导致高昂成本。为了解决电极组件的湿度敏感问题，重要的是，在填充电解液之前干燥电极组件以降低电池中的含水量。中国专利第104142045B号描述了干燥LIB的电极组件的方法。该方法包括在30℃-100℃的温度和真空下加热电极组件；将干燥空气或惰性气体填充干燥箱；将这两个步骤重复1次至10次。该方法提供的电极组件具有在430.5ppm和488.1ppm之间的含水量。中国专利申请第105115250A号描述了干燥LIB的电极组件的方法。该方法包括在85±5℃的温度和真空下加热电极组件；将热的干燥氮气填充干燥箱；将这两个步骤重复10次至20次。该方法提供的电极组件具有小于200ppm的含水量。上述专利文献都没有公开任何在电极中的粘结剂组合物，用于评价干燥曲线和粘结剂组合物之间的关系。此外，如通过现有方法所干燥的电极组件的含水量在一百ppm至数百ppm之间，其会影响LIB的循环稳定性和倍率特性。即使使用通过上述方法获得的电极制造电池，也会发生电极层的剥落以及不能获得电极层的足够持久性。日本专利第5523678B2号描述了用于非水性电解液二次电池的正极，其具有集流器以及包含活性材料、导电剂和粘结剂的电极层，其中电极层具有33.0％或更大的空隙百分比以保留足够量的电解液。然而，输出性能将由于电池的能量密度的减小而受影响。此外，在电极层和集流器之间的剥离强度通过集流器的表面粗糙度来确定。日本专利第4984384B2号描述了一种用于制备电极的方法，该电极具有集流器以及包含含铁活性材料和粘结剂的活性材料层。然而，在活性材料层和集流器之间的剥离强度也通过集流器的表面粗糙度来确定。鉴于上文，一直存在提供非水性电解液可充电电池的需求，该可充电电池使用通过抑制电极层的剥离而具有高持久性以及具有良好的电化学性能的电极。
技术实现思路
通过本文所公开的各个方面和实施方式满足了前述需要。在一个方面中，本文提供了一种用于非水性电解液二次电池的电极组件，包括至少一个阳极、至少一个阴极和插入在该至少一个阳极和至少一个阴极之间的至少一个隔膜，其中至少一个阳极包括阳极集流器和阳极电极层，以及至少一个阴极包括阴极集流器和阴极电极层，其中各阴极电极层和阳极电极层的空隙体积独立地小于35％，且其中至少一个阴极和至少一个阳极中的每一者的剥离强度独立地是0.15N/cm或更大。在一些实施方式中，阴极集流器和阳极集流器中的每一者的表面粗糙度独立地是2μm或更低或0.8μm或更低。在某些实施方式中，阴极电极层和阳极电极层中的每一者的密度独立地是约1.0g/m3至约6.5g/m3或约1.0g/m3至约3.0g/m3。在一些实施方式中，阴极电极层和阳极电极层中的每一者的厚度独立地是约1.0μm至约40μm或约1.0μm至约25μm。在某些实施方式中，阴极电极层包括阴极材料、粘结剂材料和导电剂，以及阳极电极层包括阳极材料、粘结剂材料和导电剂，且其中在阴极电极层和阳极电极层中的各粘结剂材料独立地选自由丁苯橡胶、丙烯酸化丁苯橡胶、丙烯腈共聚物、丁腈橡胶、腈基丁二烯橡胶、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、丙烯酰基橡胶、丁基橡胶、氟橡胶、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯/丙烯共聚物、聚丁二烯、聚氧化乙烯、氯磺化聚乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯基吡啶、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚环氧氯丙烷、聚磷腈、聚丙烯腈、聚苯乙烯、乳胶、丙烯酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、醋酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、醋酸丙酸纤维素、氰基乙基纤维素、氰基乙基蔗糖、聚酯、聚酰胺、聚醚、聚酰亚胺、聚羧酸酯、聚羧酸、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚氨酯、氟化聚合物、氯化聚合物、海藻酸盐、聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯及其组合构成的群组。在一些实施方式中，基于阴极电极层或阳极电极层的总重量，在阴极电极层和阳极电极层中的各粘结剂材料独立地以按重量计2％至10％的量存在。在某些实施方式中，阴极电极层包括选自由LiCO2、LiNiO2、LiNixMnyO2、Li1+zNixMnyCo1-x-yO2、LiNixCoyAlzO2、LiV2O5、LiTiS2、LiMoS2、LiMnO2、LiCrO2、LiMn2O4、LiFeO2、LiFePO4及其组合构成的群组的阴极材料，其中各个x独立地是0.3至0.8；各个y独立地是0.1至0.45；以及各个z独立地是0至0.2。在一些实施方式中，基于阴极电极层的总重量，阴极材料以按重量计60％至99％的量存在。在某些实施方式中，阴极电极层包括阴极材料、粘结剂材料和导电剂，以及阳极电极层包括阳极材料、粘结剂材料和导电剂，以及其中在阴极电极层和阳极电极层中的各导电剂独立地选自由碳、炭黑、石墨、膨胀石墨、石墨烯、石墨烯纳米片、碳纤维、碳纳米纤维、石墨化碳片、碳管、碳纳米管、活性碳、介孔碳及其组合构成的群组。在一些实施方式中，基于阴极电极层或阳极电极层的总重量，在阴极电极层和阳极电极层中的各导电剂独立地以按重量计2％至10％的量存在。在某些实施方式中，阳极电极层包括选自由天然石墨颗粒、合成石墨颗粒、Sn颗粒、Li4Ti5O12颗粒、Si颗粒、Si-C复合颗粒及其组合构成的群组的阳极材料。在一些实施方式中，基于阳极电极层的总重量，阳极材料以按重量计50％至99％的量存在。在某些实施方式中，阴极集流器和阳极集流器中的每一者独立地是不锈钢、钛、镍、铝、铜或导电树脂。在一些实施方式中，阴极集流器是铝薄膜，以及阳极集流器是铜薄膜。在一些实施方式中，基于电极组件的总重量，电极组件的含水量按重量计小于20ppm、小于10ppm或小于5ppm。在某些实施方式中，基于至少一个阳极和至少一个阴极的总重量，至少一个阳极和至少一个阴极的含水量按重量计小于20ppm、小于10ppm或小于5ppm。在一些实施方式中，基于至少一个隔膜的总重量，该至少一个隔膜的含水量按重量计小于20ppm、小于10ppm或小于5ppm。本专利技术还提供了一种包括通过本文所公开的方法制备的电极组件的锂离子电池。附图说明图1示出包含通过实施例2中所述的方法所制备的电极组件的电化学电池的循环性能。图2示出包含通过实施例4中所述的方法所制备的电极组件的电化学电池的循环性能。图3示出包含通过实施例6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于非水性电解液二次电池的电极组件，包括至少一个阳极、至少一个阴极和插入在所述至少一个阳极和所述至少一个阴极之间的至少一个隔膜，其中，所述至少一个阳极包括阳极集流器和阳极电极层，以及所述至少一个阴极包括阴极集流器和阴极电极层，其中，所述阴极电极层和所述阳极电极层中的每一者的空隙体积独立地小于35％，且其中，所述至少一个阴极和所述至少一个阳极中的每一者的剥离强度独立地是0.15N/cm或更大。

【技术特征摘要】
2016.09.22 US 15/2725211.一种用于非水性电解液二次电池的电极组件，包括至少一个阳极、至少一个阴极和插入在所述至少一个阳极和所述至少一个阴极之间的至少一个隔膜，其中，所述至少一个阳极包括阳极集流器和阳极电极层，以及所述至少一个阴极包括阴极集流器和阴极电极层，其中，所述阴极电极层和所述阳极电极层中的每一者的空隙体积独立地小于35％，且其中，所述至少一个阴极和所述至少一个阳极中的每一者的剥离强度独立地是0.15N/cm或更大。2.如权利要求1所述的电极组件，其中，所述阴极集流器和所述阳极集流器中的每一者的表面粗糙度独立地是2μm或更低或0.8μm或更低。3.如权利要求1所述的电极组件，其中，所述阴极电极层和所述阳极电极层中的每一者的密度独立地是约1.0g/m3至约6.5g/m3。4.如权利要求1所述的电极组件，其中，所述阴极电极层和所述阳极电极层中的每一者的密度独立地是约1.0g/m3至约3.0g/m3。5.如权利要求1所述的电极组件，其中，所述阴极电极层和所述阳极电极层中的每一者的厚度独立地是约1.0μm至约40μm。6.如权利要求1所述的电极组件，其中，所述阴极电极层和所述阳极电极层中的每一者的厚度独立地是约1.0μm至约25μm。7.如权利要求1所述的电极组件，其中，所述阴极电极层包括阴极材料、粘结剂材料和导电剂，以及所述阳极电极层包括阳极材料、粘结剂材料和导电剂，且其中，在所述阴极电极层和所述阳极电极层中的各所述粘结剂材料独立地选自由丁苯橡胶、丙烯酸化丁苯橡胶、丙烯腈共聚物、丁腈橡胶、腈基丁二烯橡胶、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、丙烯酰基橡胶、丁基橡胶、氟橡胶、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯/丙烯共聚物、聚丁二烯、聚氧化乙烯、氯磺化聚乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯基吡啶、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚环氧氯丙烷、聚磷腈、聚丙烯腈、聚苯乙烯、乳胶、丙烯酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、醋酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、醋酸丙酸纤维素、氰基乙基纤维素、氰基乙基蔗糖、聚酯、聚酰胺、聚醚、聚酰亚胺、聚羧酸酯、聚羧酸、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚氨酯、氟化聚合物、氯化聚合物、海藻酸盐、聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯及其组合构成的群组。8.如权利要求7所述的电极组件，其中，基于所述阴极电极层或所述阳极电极层的总重量，在所述阴极电极层和所述阳极电极层中的各所述粘结剂材料独...

【专利技术属性】
技术研发人员：何锦镖，王然石，申培华，
申请(专利权)人：皓智环球有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港,81