包括基于Ti、C和H的材料的电化学电池电极用金属箔制造技术

一种在其至少一侧上包括材料的层的金属箔，该材料包括：金属或金属合金，碳，氢，以及任选地氧，材料中金属的或合金的金属的原子百分比范围为10％至60％，材料中碳的原子百分比范围为35％至70％，材料中氢的原子百分比范围为2％至20％，材料中氧存在时的原子百分比小于或等于10％。金属箔可以用于制造锂离子电化学电池的阴极。该层的沉积降低了电池的内部电阻。

【技术实现步骤摘要】
包括基于Ti、C和H的材料的电化学电池电极用金属箔
本专利技术的
是集流体的
，特别是旨在用于电化学电池(优选锂离子型电化学电池)的正极(或阴极)的那些集流体。
技术介绍
本文在下面所使用的术语“电池”是指电化学电池。在本说明书中，术语“电池”和“电化学电池”可互换使用。电化学电池通常包括电化学组件，该电化学组件包括围绕经电解质浸渍的隔离件的可交替的阴极和阳极。每个电极由如下金属集流体构成，该金属集流体在其至少一侧上支承活性材料膜，该活性材料膜包括至少一种活性材料以及通常的粘合剂和导电化合物。锂离子型电池的阴极由涂覆在集流体上的阴极活性材料组合物组成，该集流体通常由铝或铝基合金组成。该铝箔与空气接触轻微氧化，因此在其表面上具有氧化铝Al2O3层。在电池中，与电解质和该电解质中的盐接触，氧化铝层将氟化并转变为AlF3。这个新的AlF3层是电绝缘的。因此，倾向于通过增大阴极活性材料组合物与铝箔之间的接触电阻来阻止电子通过。可以看出，具有其集流体由铝制成的阴极的锂离子电池随着集流体与电解质接触，其内部电阻将随着时间的推移而增大。当以高电流(或状态)对电池进行充电或放电使用时，内部电阻的增大一方面导致电池的电性能下降，另一方面导致循环期间的较高发热。为了减少活性材料组合物与铝集流体之间的电导率的损失，可以在集流体的表面上沉积层。该层可以基于碳或基于诸如钨碳化物的金属碳化物。在这方面，US2011/0200884描述了一种用于减小铝箔与沉积在箔的表面上的活性材料组合物之间的接触电阻的工艺。该工艺在真空下进行，包括部分蚀刻铝箔的表面上的氧化铝氧化层的步骤，接着是在箔的部分蚀刻的表面上溅射金属或金属碳化物的步骤，通常是钨(W)或碳化钨(WC)。该现有技术的缺点在于使用钨或其碳化物带来许多问题。例如，钨是非常稀有的电池，以WC制造溅射靶是昂贵的并且其实施困难。另外，由于W原子的高质量，在包含钨的薄层中压缩应力高。这对涂覆有该材料的箔的老化和处理有害。由于这些原因，正在寻求减小铝箔与沉积在该箔的表面上的活性材料组合物之间的接触电阻的新颖的方法。
技术实现思路
为此目的，本专利技术提供了一种金属箔，该金属箔在其至少一侧上包括材料的层，所述材料的层包括：-金属或金属合金，-碳，-氢，以及任选的氧，材料中金属的或合金的金属的原子百分比范围为10％至60％，材料中碳的原子百分比范围为35％至70％，材料中氢的原子百分比范围为2％至20％，材料中氧存在时的原子百分比小于或等于10％。根据一个实施方案，该材料还包括氮。根据一个实施方案，材料中金属的或合金的金属的原子百分比范围为30％至50％，优选地为40％至50％。根据一个实施方案，材料中碳的原子百分比范围为40％至60％，优选地为45％至55％。根据一个实施方案，材料中氢的原子百分比范围为3％至15％，优选地为3％至8％。根据一个实施方案，该材料包括氧，并且材料中氧的原子百分比小于或等于5％，优选地小于或等于2％，以及更优选地小于或等于1％。根据一个实施方案，-材料中金属的或合金的金属的原子百分比范围为40％至50％，-材料中碳的原子百分比范围为40％至55％，-材料中氢的原子百分比范围为3％至8％，以及-材料中氧的原子百分比小于或等于5％。根据一个实施方案，材料的金属选自Ti、Cr、Zr、Fe、Ni，优选地Ti。根据一个实施方案，材料的合金由选自Ti、Zr、Fe、Cr和Ni的若干金属构成。根据一个实施方案，层厚度范围为30nm至200nm或50nm至150nm或50nm至100nm。根据一个实施方案，金属箔由铝或铝基合金、或铜或铜基合金制成。本专利技术还涉及包括如上所述的箔的电化学电池的阴极。沉积在箔上的导电层在锂离子电池的有机电解质中随时间稳定。该导电层的存在改善了阴极活性材料与箔之间的接触，这导致：-电池的内部电阻较低，-电池的放电容量较好，-电池的极化较低。由于电池的内部电阻较低，因此在很少或没有静置阶段的循环中使用时，电池升温较少。另外，箔上的导电层的存在保护其表面在水处理中免受碱腐蚀。本专利技术还涉及一种包括阴极和阳极的电化学电池，该阴极或阳极包括如上所述的金属箔。根据实施方案，电化学电池选自：-锂一次电化学电池，例如LiCFx型的，-液体电解质锂离子型二次电化学电池，-固体电解质锂离子型二次电化学电池，-钠离子型一次或二次电化学电池，-锂硫型二次电化学电池，以及-钠硫型电化学电池。本专利技术还涉及一种燃料电池，其包括至少一个双极板，该双极板包括至少一个如上所述的金属箔，其中，该金属箔在包括所述层的至少一侧上包括气体分配通道。本专利技术还涉及一种用于在金属箔上制造包括金属或金属合金、碳和氢的材料的层的工艺，所述方法包括以下步骤：a)提供由金属箔组成的基底，b)通过由惰性气体的电离而产生的离子的轰击来蚀刻基底的一侧，c)在基底的蚀刻侧上溅射沉积包括以下的材料：-金属或金属合金，-碳，-氢，以及任选的氧，溅射是在25℃的温度下，在惰性气体和碳氢化合物气体的混合物中利用由所述金属或所述金属合金组成的靶进行的，该混合物任选地包含氮。根据一个实施方案，步骤c)的材料的金属是钛。根据一个实施方案，该工艺仅在于步骤a)至c)。根据一个实施方案，该工艺不包括如下金属箔的退火步骤，所述金属箔涂覆有在步骤c)结束时获得的材料。根据一个实施方案，碳氢化合物是乙炔。最后，本专利技术涉及通过上述工艺获得的金属箔。附图说明[图1]示出了对于箔1至9中的每一个，将箔浸入保持在60℃的有机电解质中三周后的层中的碳损失。[图2]表示对于箔1至9中的每一个，将箔浸入保持在60℃的有机电解质中三周后的层中的钛的损失。[图3]表示对于约50％的放电深度，针对从2C至10C的不同放电状态测量的电池A至I的内部电阻的值。[图4]表示针对从C/5至10C的不同放电状态测量的电池A至I的放电容量的值。[图5]示出了电池A、C、E、F和G在状态C/5下的充电曲线以及在状态10C下的放电曲线。[图6]表示电池A、C、D、F、H和I的内部电阻在老化测试期间的变化，该老化测试由室温下的500个充电/放电循环(C充电，2C放电)，接着是将电池以100％充电状态(SOC)在60℃下存储组成。对于约50％的放电深度，通过在状态5C下施加放电脉冲10秒来测量内部电阻。具体实施方式a)箔的制造：根据本专利技术的工艺使得可以在金属箔上获得材料的层。它包括：a)真空蚀刻箔表面的步骤，然后b)通过溅射真空沉积材料的步骤。步骤a)和b)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属箔，所述金属箔在其至少一侧上包括材料的层，所述材料包括：/n-金属或金属合金，/n-碳，/n-氢，/n以及任选的氧，/n在所述材料中所述金属的或所述合金的金属的原子百分比范围为10％至60％，/n在所述材料中碳的原子百分比范围为35％至70％，/n在所述材料中氢的原子百分比范围为2％至20％，/n在所述材料中氧存在时的原子百分比小于或等于10％。/n

【技术特征摘要】
20190221 FR 19017471.一种金属箔，所述金属箔在其至少一侧上包括材料的层，所述材料包括：
-金属或金属合金，
-碳，
-氢，
以及任选的氧，
在所述材料中所述金属的或所述合金的金属的原子百分比范围为10％至60％，
在所述材料中碳的原子百分比范围为35％至70％，
在所述材料中氢的原子百分比范围为2％至20％，
在所述材料中氧存在时的原子百分比小于或等于10％。


2.根据权利要求1所述的金属箔，其中，所述材料还包括氮。


3.根据权利要求1或2所述的金属箔，其中，在所述材料中所述金属的或所述合金的金属的原子百分比范围为30％至50％，优选地为40％至50％。


4.根据前述权利要求中的一项所述的金属箔，其中，在所述材料中碳的原子百分比范围为40％至60％，优选地为45％至55％。


5.根据前述权利要求中的一项所述的金属箔，其中，在所述材料中氢的原子百分比范围为3％至15％，优选地为3％至8％。


6.根据前述权利要求中的一项所述的金属箔，其中，所述材料包括氧，且在所述材料中氧的原子百分比小于或等于5％，优选地小于或等于2％，更优选地小于或等于1％。


7.根据权利要求3至6中的一项所述的金属箔，其中：
-在所述材料中所述金属的或所述合金的金属的原子百分比范围为40％至50％，
-在所述材料中碳的原子百分比范围为40％至55％，
-在所述材料中氢的原子百分比范围为3％至8％，以及
-在所述材料中氧的原子百分比小于或等于5％。


8.根据前述权利要求中的一项所述的金属箔，其中，所述材料的金属选自Ti、Cr、Zr、Fe、Ni，优选Ti。


9.根据权利要求1至7中的一项所述的金属箔，其中，所述材料的合金由选自Ti、Zr、Fe、Cr和Ni的若干金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞利娜·拉沃，塞西尔·泰西耶，洛朗·迪博，米歇尔·约瑟夫·皮埃尔·马里·马丁，
申请(专利权)人：SAFT公司，HEF公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR