电极组件制造技术

本文提供了一种锂离子电池的电极组件，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，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。

Electrode assembly

This paper provides an electrode assembly of a lithium ion battery, comprising at least one anode, at least one interposed between the cathode and anode and at least one of the at least one of the at least one cathode diaphragm, the total weight of the electrode assembly based on electrode assembly moisture by weight of less than 20ppm.

【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的含水量在430.5ppm和488.1ppm之间。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的含水量小于200ppm。中国专利第102735023B号描述了干燥LIB的电极组件的方法。该方法包括在20℃-70℃的温度和真空下加热电极组件；将干燥空气或干燥氮气填充干燥箱；将这两个步骤重复5次至50次。该方法提供的电极组件的含水量在110.1ppm和137.2ppm之间。中国专利第103344097B号描述了干燥LIB的电极组件的方法。该方法包括在75℃-85℃的温度和真空下加热电极组件；将非氧化性气体填充干燥箱；将电极组件加热至75℃-85℃；再次将电极组件真空干燥。然而，该方法没有提供用于评价干燥过程的干燥的电极组件的含水量。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。鉴于上文，一直存在具有低含水量的电极组件的需求。
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。在某些实施方式中，至少一个阴极包括阴极集流器，和包括阴极材料、粘结剂材料和导电剂的阴极电极层；至少一个阳极包括阳极集流器，和包括阳极材料、粘结剂材料和导电剂的阳极电极层，其中基于电极层的总体积，阴极电极层和阳极电极层中的每一者独立地具有小于40％、小于35％、小于33％、小于30％、小于25％、小于20％、小于18％、小于15％、小于13％、小于10％或小于8％的空隙体积。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。在某些实施方式中，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。在一些实施方式中，所述至少一个隔膜由选自由聚烯烃、聚乙烯、高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯/聚乙烯共聚物、聚丁烯、聚戊烯、聚缩醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚砜、聚苯醚、聚苯硫醚、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、聚甲醛、聚乙烯吡咯烷酮、聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯及其组合构成的群组中的聚合物纤维制成。在某些实施方式中，隔膜的厚度是约1.0μm至约40μm或约1.0μm至约25μm。在一些实施方式中，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。在某些实施方式中，基于电极层的总重量，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。在一些实施方式中，阴极材料选自由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，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。在某些实施方式中，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、活性炭、介孔碳及其组合构成的群组。在一些实施方式中，基于电极层的总重量，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，阳极材料选自由天然石墨颗粒、合成石墨颗粒、Sn(锡)颗粒、Li4Ti5O12颗粒、Si颗粒、Si-C复合颗粒及其组合构成的群组。在一些实施方式中，至少一个阴极和至少一个阳极的各集流器独立地是不锈钢、钛、镍、铝、铜或导电树脂。在某些实施方式中，至少一个阴极的集流器是铝薄膜，以及其中至少一个阳极的集流器是铜薄膜。在一些实施方式中，基于至少一个阳极和至少一个阴极的总重量，在电极组件中的至少一个阳极和至少一个阴极的含水量按重量计小于20ppm。在某些实施方式中，基于至少一个隔膜的总重量，在电极组件中的至少一个隔膜的含水量按重量计小于20ppm。在另一方面中，本文提供了一种包括通过本文所公开方法所制备的电极组件的锂电池。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。具体实施方式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，基于所述电极组件的总重量，所述电极组件的含水量按重量计小于20ppm。

【技术特征摘要】
2016.09.22 US 15/2724941.一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，基于所述电极组件的总重量，所述电极组件的含水量按重量计小于20ppm。2.如权利要求1所述的电极组件，其中，所述至少一个阴极包括阴极集流器，和包括阴极材料、粘结剂材料和导电剂的阴极电极层；其中，所述至少一个阳极包括阳极集流器，和包括阳极材料、粘结剂材料和导电剂的阳极电极层；并且其中，基于所述电极层的总体积，所述阴极电极层和所述阳极电极层中的每一者独立地具有小于40％、小于35％、小于33％、小于30％、小于25％、小于20％或小于15％的空隙体积。3.如权利要求2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2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2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2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，所述至少一个隔膜由选自由聚烯烃、聚乙烯、高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯/聚乙烯共聚物、聚丁烯、聚戊烯、聚缩醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚砜、聚苯醚、聚苯硫醚、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、聚甲醛、聚乙烯吡咯烷酮、聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯及其组合构成的群组中的聚合物纤维制成。8.如权利要求1所述的电极组件，其中，所述隔膜的厚度是约1.0μm至约40μm。9.如权利要求1所述的电极组件，其中，所述隔膜的厚度是约1.0μm至约25μm。10.如权利要求2所述的电极组件，其中，在所述阴极电极层和所述阳极电极层中的所述粘结剂材料中的每一者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、...

【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