一种电化学装置制造方法及图纸

本发明专利技术一般涉及电化学电池材料，例如用于锂离子电池等电池的材料。例如，本发明专利技术的某些实施例提供了一种用于制备电化学电池电极的水性浆料或水性浆料组合物。某些实施例中，浆料包括离子交联聚合物，粘结剂，导电添加剂，电活性材料和水的组合。在一些实施例中，所述离子交联聚合物包括聚合物主链，一个或多个阴离子取代基(其可以位于主链和/或一个或多个侧基中)以及一个或多个阳离子。

【技术实现步骤摘要】
一种电化学装置
本专利技术一般涉及电化学电池材料及方法，用于锂离子电池等电池及其他用途
技术介绍
目前，电池电极制备需要将常规的锂离子粘结剂(例如聚偏二氟乙烯；(PVDF))用有机溶剂溶解，用粉末状电极材料和导电剂使溶液均匀化，然后将该浆料应用于金属集流体材料上，例如铝或铜。当溶剂蒸发时，有机溶剂可将粉末状电极颗粒彼此结合，并与集流体结合。最广泛应用的电极材料(例如钴酸锂，镍钴锰酸锂，镍钴铝酸锂和碳基阳极)在水性环境中不稳定，必须使用有毒且易燃的有机溶剂。电池工业上，最普遍应用的有机溶剂是N-甲基吡咯烷酮(NMP)。NMP具有高危险性，容易通过皮肤吸收，并且在暴露时会刺激眼睛，皮肤，鼻子和喉咙。毒理学研究表明，NMP损坏雄性和雌性实验动物的生殖系统，妊娠动物暴露于NMP后，表现出胎儿发育异常。长期过量接触NMP影响中枢神经系统，并且会导致疲劳，失眠，协调不良，注意力集中困难，短期记忆丧失以及抑郁，焦虑和易怒等精神/人格障碍等症状。由于它的致癌的和诱导有机体突变的特性，欧洲化学品局已经评定NMP的健康风险等级为“极高关注”。加州公共卫生部已经修订了“健康危害咨询准则”，为那些使用NMP的人们设定了允许的接触限值。作为有机溶剂，NMP是易燃的，闪点是95℃，这使它在生产过程中成为火灾隐患。考虑与使用NMP有关的的环境和安全问题，迫切需要避免使用有机溶剂的技术。水基技术被认为是电极制造中涉及NMP的步骤的一种替代方法。水被认为是最有前景的溶剂候选，因为它是环保的和极便宜的。用去离子水替代价格昂贵的NMP，将大大减少电极制造在材料和间接费用方面的成本，因为用水性系统制造电极时所需的安全预防措施较少。使用水作为溶剂/分散剂能够降低生产成本，在易燃性、环境影响和人类健康方面大大提高生产安全性。然而，不确定如何在水中成功的分散材料阻碍了电极生产的水处理的实施。由于粒子间相互作用很强，以及阴极分散在铝箔集流体上的润湿性差，水处理带来了团聚等问题。乳化剂和水溶性聚合物粘结剂已被建议使用，但是并没有成功实行。乳化剂在干燥后不能被移除，并且降低阴极材料的电导率，导致能量容量降低，循环性能不稳定。含羟基或羧基的水溶性聚合物在加工过程中会改变浆料的PH值，从而破坏阴极浆料的均匀性。因此，需要改进生产技术等等。
技术实现思路
本专利技术一般涉及电化学电池的材料和方法，例如用于锂离子电池等电池的材料和方法以及其他应用。本专利技术的主题在某些情况下涉及相互关联的产品、特定问题的备选解决方案和/或一个或多个系统和/或物品的多种不同用途。在某些方面，本专利技术一般提供一种浆料组合物，或者用于生产电化学电池电极的浆料。例如，某些实施例提供一种浆料，包括：x％的离子交联聚合物，y％的粘结剂和导电剂按照摩尔比a/(1-a)的混合物，a是从0到1范围内的数值(0<a<1)，以及(100-x-y)％的电活性材料的水溶液，其中，x％,y％,和(100-x-y)％都是重量百分比。在一些实施例中，离子交联聚合物控制的粘结剂可以用在水基浆料中，这样可能更容易处理，减少环境污染，和/或降低生产成本，同时保留粘结剂，导电剂和电活性材料的化学和电化学优点。在一些实施例中，a是从0到1范围内的数值(0<a<1)，x是在从0.01到49.99范围内的数值，y是在从0.01到49.99范围内的数值,100-x-y大于0。在某些实施例中，所述水溶液是去离子水。浆料的组成可能不一定需要有机溶剂，但这种溶剂可以在某些实施例中使用。这些浆料可能不含任何有机溶剂，而且不会价格昂贵、不会有强限制性。在某些情况下，在制造浆料的过程中，可以避免或减少复杂的有机溶剂处理。在许多情况下，在加入电解液之前，可能会有一种无水的有效电活性材料。因此，在一些实施例中，所述浆料或所制造的电极可以干燥。在另一方面，本专利技术包括电化学电池的电极的方法或生产方法。在某些情况下，所述方法可包括制备一种浆料，该浆料包含x％的离子交联聚合物，y％的粘结剂和导电剂按照摩尔比a/(1-a)的混合物，a是从0到1范围内的数值(0<a<1)，以及(100-x-y)％的电活性材料的水溶液，x％,y％和(100-x-y)％都是重量百分比。在一些实施例中，x是包含在从0.01到49.99范围内的数值，y是包含在从0.01到49.99范围内的数值，a是从0到1范围内的数值(0<a<1)，100-x-y大于0。另外，一些实施例涉及在集流体上涂覆或层压所述浆料，以及干燥所述浆料的方法。一些方法还可以包括在电极上加入非水电解质。在一方面，本专利技术一般是针对一种组合物。在一组实施例中，该组合物包括离子交联聚合物、粘结剂、导电剂和电活性材料。在另一组实施例中，所述组合物包括水性浆料，所述水性浆料包括少于50wt％的离子交联聚合物、小于50％的粘结剂和导电剂以及电活性材料。在另一个方面，本专利技术一般涉及制造用于电化学电池中的电极的方法。在一组实施例中，所述方法包括在集流体材料表面应用水性浆料，该水性浆料包含离子交联聚合物，粘结剂、导电剂和电活性材料。所述方法还可以包括从水性浆料中除去至少一部分水，在集流体材料上产生干燥的涂层。在另一组实施例中，所述方法包括：在集流体材料表面应用水性浆料，该水性浆料包含小于50wt％的离子交联聚合物，小于50wt％的粘结剂和导电剂，以及电活性材料；以及从水性浆料中除去至少一部分水，以在集流体材料上产生一干燥的涂层。根据另一个方面，本专利技术一般指电化学装置。在一组实施例中，电化学装置包括使用一种方法形成的电极，该方法包括：在集流体材料上应用水性浆料，该水性浆料包含小于50wt％的离子交联聚合物，小于50wt％的粘结剂和导电剂，以及电活性材料；并且从水性浆料中除去至少一些水以在集流体材料上产生干燥涂层，从而形成电极。在某些情况下，电化学装置包括使用一种方法形成的电极，该方法包括：在集流体材料表面应用水性浆料，该水性浆料包含离子交联聚合物，粘结剂、导电剂和电活性材料。该方法还可以包括，在某些情况下，从水性浆料中除去至少一些水以在集流体材料上产生干燥涂层，从而形成电极。另一个方面，本专利技术包括此处描述的一个或多个实施例的制备方法，例如，浆料。还是在另一个方面，本专利技术包括此处描述的一个或多个实施例的使用方法，例如，浆料。当结合附图考虑时，本专利技术的其他优点和新特征将从以下关于本专利技术的各种非限制实施例的详细描述中变得明显。附图说明本专利技术的非限制性实施例将通过参照附图来描述，这些图形是示意性的，不打算按比例绘制。在图中，每个相同的或几乎相同的组分用一个数字表示，为了清晰起见，并非每个组件在每个图形中都有标记，也不是本专利技术每个实施例的每个组分都显示，这些图示对本领域的普通技术人员理解本专利技术不是必须的图示。在图中，图1是用本专利技术一实施例制备的正电活性材料制备的电化学电池首次循环电压与容量的图；图2是本专利技术另一实施例制备的正电活性材料制备的电化学电池放电容量与循环次数的图；图3A-3B图示了用本专利技术的另一个实施例产生的阴极电极所获得的PLA的核磁共振谱；图4A-4G图示了本专利技术的某些实施例中有用的离子交联聚合物的非限制性示例。具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电化学装置，包括电极；所述电极的制造方法包括：将水性浆料应用于集流体材料，所述水性浆料含有小于50wt％的离子交联聚合物，小于50wt％的粘结剂、导电剂和电活性材料；以及从水性浆料中除去至少一部分水，在所述集流体材料上形成干燥的涂层，从而形成电极。

【技术特征摘要】
1.一种电化学装置，包括电极；所述电极的制造方法包括：将水性浆料应用于集流体材料，所述水性浆料含有小于50wt％的离子交联聚合物，小于50wt％的粘结剂、导电剂和电活性材料；以及从水性浆料中除去至少一部分水，在所述集流体材料上形成干燥的涂层，从而形成电极。2.如权利要求1所述的电化学装置，所述电极基本上不含有机溶剂。3.如权利要求1或2所述的电化学装置，包括在集流体材料上涂布水性浆料的步骤。4.如权利要求1至3任一项所述的电化学装置，包括通过蒸发除去水性浆料中的至少一些水。5.如权利要求1至4任一项所述的电化学装置，包括从水性浆料中除去至少90wt％的水。6.如权利要求1至5任一项所述的电化学装置，包括将应用于集流体材料的水性浆料暴露在至少40℃的温度下，从水性浆料...

【专利技术属性】
技术研发人员：黃沛屾，方艳，任东，李明慧，沈赟，于英超，
申请(专利权)人：浙江林奈新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33