用于最小化阴极过渡金属溶解的电极添加剂和涂层制造技术

本申请涉及用于最小化阴极过渡金属溶解的电极添加剂和涂层。提供了包含电极活性材料和陶瓷氢氟酸(HF)清除剂的电极。所述陶瓷氢氟酸(HF)清除剂包括M

【技术实现步骤摘要】
用于最小化阴极过渡金属溶解的电极添加剂和涂层
本申请涉及包含电极活性材料和陶瓷氢氟酸(HF)清除剂的电极以及制造所述电极的方法。
技术介绍
本部分提供了与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。电化学能量存储装置，例如锂离子蓄电池(batteries)，可用于各种产品中，包括汽车产品，例如起停系统(例如12V起停系统)，蓄电池辅助系统("μBAS")，混合动力电动车辆("HEV")和电动车辆("EV")。典型的锂离子蓄电池包括两个电极、隔离件和电解质。锂离子蓄电池还可包括各种端子和封装材料。在电化学电池(cells)中，例如在锂离子蓄电池中，两个电极中的一个充当正电极或阴极，另一个电极充当负电极或阳极。常规可再充电锂离子蓄电池通过在负电极和正电极之间可逆地来回传递锂离子来工作。例如，锂离子可在蓄电池充电期间从正电极移动到负电极，并在蓄电池放电时以相反方向移动。隔离件和/或电解质可设置在负电极和正电极之间。电解质适于在电极之间传导锂离子(或在钠离子蓄电池的情况下传导钠离子)并且与两个电极一样可以是固体形式、液体形式或固-液杂化形式。在包括设置在固态电极之间的固态电解质的固态蓄电池的情况中，固态电解质物理地分离电极从而不需要单独的隔离件。锂离子蓄电池通常包括阴极活性材料和液体电解质，所述阴极活性材料包括过渡金属(例如LiMnO2)，所述液体电解质包括例如在碳酸酯基有机溶剂中的LiPF6。然而，尤其是在从约40℃到约60℃的升高的温度，电解质中的水可以与LiPF6反应生成HF、LiF和H3PO4。HF可以与阴极活性材料反应，引起过渡金属离子(例如Mn2+)的释放。这种过渡金属离子释放现象被称为过渡金属溶解。作为过渡金属溶解的结果，过渡金属离子可以沉淀回到阴极上或迁移到并变得沉积在阳极上，导致阴极活性材料损失、容量衰减、对固体电解质界面层的破坏和/或阻断锂嵌入到负电极中。因此，为了清除HF，已经用陶瓷材料SiO2和Al2O3涂覆隔离件。所述SiO2和Al2O3与HF反应分别生成水合物SiF4‧XH2O和AlF3‧XH2O。然而，在升高的温度，水分子从所述水合物释放，促进LiPF6的进一步水解。因此，需要在升高的温度不释放水的HF清除剂。
技术实现思路
本部分提供了本公开的一般概述，而不是其全部范围或其所有特征的全面公开。在各个方面中，本申请的技术提供了包含电极活性材料和陶瓷氢氟酸(HF)清除剂的电极，其中所述陶瓷HF清除剂包括M2SiO3、MAlO2、M2O-Al2O3-SiO2或其组合，其中M为锂(Li)、钠(Na)或其组合。在一个方面中，所述陶瓷HF清除剂包括Li2SiO3、LiAlO2、Li2O-Al2O3-SiO2或其组合。在一个方面中，所述陶瓷HF清除剂包括Na2SiO3、NaAlO2、Na2O-Al2O3-SiO2或其组合。在一个方面中，所述电极活性材料是阴极活性材料。在一个方面中，所述阴极活性材料是过渡金属氧化物或过渡金属聚阴离子(transitionmetalpolyanion)。在一个方面中，所述陶瓷HF清除剂嵌在所述电极活性材料内。在一个方面中，所述陶瓷HF清除剂为涂覆至少一部分所述电极活性材料的涂层的形式。在一个方面中，所述涂层具有大于或等于约1微米至小于或等于约20微米的厚度。在一个方面中，所述电极是阳极，所述电极活性材料是阳极活性材料，且所述陶瓷HF清除剂为涂覆至少一部分所述阳极活性材料的涂层的形式。在一个方面中，所述电极位于蓄电池中，所述蓄电池循环Li或Na离子并且包含能够与水反应以形成HF的液体电解质。在各个方面中，本申请的技术进一步提供了制造清除氢氟酸(HF)的电极的方法，所述方法包括将陶瓷氢氟酸(HF)清除剂粉末混合到包含溶解于溶剂中的粘合剂的溶液中以形成粘度大于或等于约5000cps至小于或等于约6000cps的浆料，所述陶瓷HF清除剂是M2SiO3、MAlO2、M2O-Al2O3-SiO2或其组合，其中M为锂(Li)、钠(Na)或其组合；将所述浆料的连续层流延(casting)到电极的表面上；从所述浆料除去所述溶剂以在所述电极上形成涂层，其中所述涂层具有第一孔隙率并清除HF。在一个方面中，包含溶解于所述溶剂中的所述粘合剂的所述溶液包含6重量%溶解于N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中的聚偏二氟乙烯(PVDF)。在一个方面中，所述浆料的所述连续层具有大于或等于约1微米至小于或等于约20微米的厚度。在一个方面中，所述浆料以大于或等于约70重量%至小于或等于约95重量%的浓度包含所述陶瓷HF清除剂粉末。在一个方面中，所述方法还包括压延涂覆的电极以在涂层中产生第二孔隙率，所述第二孔隙率低于所述第一孔隙率。在各个方面中，本申请的技术还提供了制造清除氢氟酸(HF)的电极的方法，所述方法包括将陶瓷氢氟酸(HF)清除剂的粉末混合到包含溶解于溶剂中的粘合剂的溶液中以形成粘度大于或等于约200cps至小于或等于约1000cps的浆料，所述陶瓷HF清除剂是M2SiO3、MAlO2、M2O-Al2O3-SiO2或其组合，其中M为锂(Li)、钠(Na)或其组合；将阴极活性材料混合到所述浆料中直到所述浆料具有大于或等于约4000cps至小于或等于约6000cps的粘度；将所述浆料的连续层流延到集流器上；和从所述浆料除去所述溶剂以产生清除HF的所述电极，所述电极具有第一孔隙率，其中所述清除HF的电极包含嵌在所述阴极活性材料内的所述陶瓷HF清除剂。在一个方面中，包含溶解于所述溶剂中的所述粘合剂的所述溶液包含6重量%溶解于N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中的聚偏二氟乙烯(PVDF)。在一个方面中，所述溶液还包含炭黑。在一个方面中，所述浆料以大于或等于约70重量%至小于或等于约95重量%的浓度包含所述阴极活性材料。在一个方面中，所述方法还包括压延所述电极以在所述电极中产生第二孔隙率，所述第二孔隙率低于所述第一孔隙率。其它适用领域由本文中提供的描述将变得显而易见。本概述中的描述和具体例子仅意在进行说明并且无意限制本公开的范围。附图说明本文中描述的附图仅用于说明所选实施方案而非所有可能的实施方式的目的，并且无意限制本公开的范围。图1是根据本申请的技术的各个方面的电化学电池的图示。图2是不包括陶瓷HF清除剂的电极的图示。图3是根据本申请的技术的各个方面具有嵌在电极活性材料内的陶瓷HF清除剂的电极的图示。图4A是根据本申请的技术的各个方面具有带有包含陶瓷HF清除剂的涂层的电极活性材料的电极的图示。图4B是示出被涂层掩藏的电极活性材料的图4A的电极的图示。图4C是去除由箭头4C指示的层或平面之后图4A的电极的视图，其暴露了之前掩藏的电极活性材料。图5是根据本申请的技术的各个方面包括阴极和阳极的示例性蓄电池的图示。图6是示出包括示例性阴极的纽扣电池的性能的曲线图，所述示例性阴极具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1. 电极，其包含：/n电极活性材料；和/n陶瓷氢氟酸(HF)清除剂，其中所述陶瓷HF清除剂包括M

【技术特征摘要】
20190917 US 16/5736051.电极，其包含：
电极活性材料；和
陶瓷氢氟酸(HF)清除剂，其中所述陶瓷HF清除剂包括M2SiO3、MAlO2、M2O-Al2O3-SiO2或其组合，其中M为锂(Li)、钠(Na)或其组合。


2.根据权利要求1所述的电极，其中所述陶瓷氢氟酸(HF)清除剂包括Li2SiO3、LiAlO2、Li2O-Al2O3-SiO2或其组合。


3.根据权利要求1所述的电极，其中所述陶瓷氟氢酸(HF)清除剂包括Na2SiO3、NaAlO2、Na2O-Al2O3-SiO2或其组合。


4.根据权利要求1所述的电极，其中所述电极活性材料是阴极活性材料。


5.根据权利要求4所述的电极，其中所述阴极活性材料是过渡金属氧化物或过渡金属聚阴离子。


6.根据权利要求1所述的电极，其中所述陶瓷氢氟酸(HF)清除剂嵌在所述电极活性材料内。

【专利技术属性】
技术研发人员：肖兴成，刘津，J徐，蔡梅，曾曙明，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US