用于可再充电储能设备的电极制造技术

本发明专利技术涉及一种用于可再充电储能设备的电极，包括置于两个外层之间的多个内层，所述内层包括由至少一种电极活性材料构成的多个电极材料ME层和由电导率大于或等于102S.cm

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于可再充电储能设备的电极


[0001]本专利技术涉及储能领域。
[0002]具体而言，本专利技术涉及一种用于可再充电储能设备如电池(电化学蓄电池(electrochemical accumulator))的电极，其包括以特定方式设置的多个电极材料层(“ME”)和多个多孔集流器层(“CC”)，该电极的特征在于其具有相对较大的总厚度(严格处于大于4mm
‑
10mm的范围内)。
[0003]本专利技术还涉及一种包括所述电极的储能设备，以及所述电极的用途。

技术介绍

[0004]电化学电池已成为固定和移动应用，如移动电子设备、电气或机械装置中必不可少的组件。它们还广泛研究用于电动汽车以及储能领域。技术和变体很多(铅
‑
酸、镉
‑
镍、金属
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氢化物
‑
镍、锂、钠
‑
硫、锌
‑
空气、锌
‑
镍等)。
[0005]目前的技术研究旨在开发更环保、更经济且原料丰富的电池，如含有锌制成的负极的电池，如锌
‑
空气电池(以下简称锌
‑
空气)或锌
‑
镍电池。
[0006]具体而言，金属
‑
空气，如锌
‑
空气，可再充电电池是由金属负极、与空气中的氧气反应的正极和电解质组成(在放电中)的系统。这些电池在负极方面具有类似于传统电池的构造，因为后者由用作负极活性材料的金属制成。在正极方面，金属
‑
空气电池类似于燃料电池，因为它们由包含能够通过电催化反应将空气中的氧气用作正极活性材料的材料的多孔结构组成。
[0007]对于“电池或蓄电池的容量”，应该理解为对于给定的放电电流状态、明确的截止电压和温度在接收完全充电之后能够提供电能的量。通常而言，它以安培
‑
小时(Ah)表示。
[0008]此外，在金属
‑
空气电池由两个正极组成的特殊情况下，一个用于充电，另一个旨在放电，该系统受到几何技术限制，即所述两个正极设置于独特(unique)负极的任一侧上。在这种情况下，提高电池容量的唯一方法是增加负极中存在的活性材料的量，从而会增大其体积。
[0009]尽管如此，本领域技术人员知道，由于各种物理化学现象，如所述电解质对电极的内部可及性(以下称为“浸渍”)，活性物质的量的增加是限制电化学性能的一个因素。
[0010]在现有技术中，可以提及的是文献US 2017/0098856。该文献描述了一种形成电池的方法，该电池至少包括：正极、负极、电解质和多孔隔离层。该文献的目的是提供一种特别具有大电极厚度的锂电池。电极厚度的范围可以最高达1mm并且优选处于10
‑
1000μm，具体而言100
‑
800μm范围内，并且通常处于200
‑
600μm范围内。
[0011]还可以提及的是文献US 9,692,056，该文献描述了通常基于锂的电池电极。该文献还描述了用于此类电极的集流器。
[0012]文献US 2011/0123866也描述了适用于锂电池的电极。具体而言，根据该专利技术的电极可以包括电极材料层，该电极材料层插入包含高导电材料含量的层。这些具有高导电材料含量的层并不对应于集流器层。
[0013]文献US 2014/0093769描述了一种用于可再充电电池的电极，其包括：
[0014]‑
导电基材；和
[0015]‑
活性材料层的堆叠体，具体而言包含基于碳纳米管的层。
[0016]虽然目前正在开发大量的可再充电电池，但现有技术中对于电池，具体而言所谓的更环保的电池，即有利地不含锂或铅或由其构成的电池，仍存需要。
[0017]因此，现有技术对于更环保的可再充电电池，如负极为锌
‑
基的电池，如具有更大容量的锌
‑
空气或锌
‑
镍电池，仍存需要。
[0018]现有技术对于具有更大容量的此类电池，而同时优选具有更好的内部导电性和良好的机械强度，并且还有可能优选具有良好的循环性，即更长的循环寿命(也就是说，每次新充电后电池可以呈现相同能量水平的次数)，仍存需要。
[0019]因此，本专利技术的一个目的是提供一种用于可再充电储能设备的新电极，其至少部分满足了现有技术的需要。
[0020]实际上，本专利技术的一个目的是提供一种用于可再充电储能设备如电池的电极，其允许增加其容量，并且有利地获得良好的机械强度，并且有可能获得良好的循环寿命，并且在这种情况下还考虑到电极固有的限制(即，其物理化学特性，如物质转移，孔隙率，电导率，电子渗滤或机械强度)。

技术实现思路

[0021]本专利技术提供了一种用于可再充电储能设备(如其负极是锌
‑
基的电池，如锌
‑
空气或锌
‑
镍电池)的电极，其包括插入两个外层之间的多个内层，所述内层包括多个由至少一种电极活性材料组成的电极材料层ME和多个由电子电导率大于或等于102S.cm
‑1，优选104S.cm
‑1的导电材料组成的多孔集流器层CC，所述电极材料ME和集流器CC的层交替设置，其特征在于，所述外层并不由所述多孔集流器层CC组成，并且所述电极具有范围严格大于4mm，优选范围严格大于4mm
‑
10mm，具体而言范围严格大于4mm
‑
8mm的总厚度。
[0022]根据本专利技术，该电极材料层ME不同于多孔集流器层CC。
[0023]具体而言，多孔集流器层CC具有比电极材料层ME更高的电子传导率。
[0024]在本专利技术的上下文中，对于“外层”，应该理解成是不构成该电极的内层并是该电极表面上的层(与电解质接触的层)的层。
[0025]根据本专利技术的一个特征，该外层并不由所述多孔集流器层CC组成。实际上，该外层旨在与该可再充电储能设备的电解质直接接触，而因此这些外层应该优选与该电解质相容。例如，在使用碱性电解质的可再充电储能设备(锌
‑
空气和锌
‑
镍)的情况下，该电解质在溶液中含有锌离子。然而，该电解质与构成所述多孔集流器层的导电材料并不相容。因此，有利的是对其覆盖上活性材料(电极材料层ME)，从而不经历用源自该电解质的锌的优选电镀，因此不会以不可控的方式形成枝晶。
[0026]优选的是，该电极具有范围严格大于4mm
‑
6mm的总厚度。
[0027]因此，本专利技术具有的优点是允许达到非常大的电极厚度，而同时保持良好的物理化学和电化学特性。
[0028]根据本专利技术，“范围严格大于4mm
‑
10mm的总厚度”包括以下这些值或介于这些值的任何一个之间的任何区间：4.5；5；5.5；6；6.5；7；7.5；8；8.5；9；9.5和10mm。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于可再充电储能设备的电极，包括置于两个外层之间的多个内层，所述内层包括由至少一种电极活性材料构成的多个电极材料层ME和由电子电导率大于或等于102S.cm
‑1的导电材料构成的多个多孔集流器层CC，所述电极材料层ME和所述集流器层CC交替设置，其特征在于，所述外层不由所述多孔集流器层CC构成，并且所述电极具有范围严格大于4mm，优选范围严格大于4mm
‑
10mm，具体而言范围严格大于4mm
‑
8mm的总厚度。2.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，其具有范围严格大于4mm
‑
6mm的总厚度。3.根据权利要求1或2所述的电极，其特征在于，所述多孔集流器层CC中的至少一部分或每一个是网格、穿孔板、毡、筛网、织物或泡沫的形式。4.根据前述权利要求中任一项所述的电极，其特征在于所述多孔集流器层CC是相同或不同的，并且由可选地包含选自铝、铜、镍、锌、锡及其混合物之一的金属M的导电材料层组成。5.根据前述权利要求中任一项所述的电极，其特征在于，所述电极材料层ME的每一个包含聚合物粘合剂和可选的电子传导性赋予剂。6.根据前述权利要求中任一项所述的电极，其特征在于，所述电极材料层ME的每一个具有范围为50μm
‑
1mm，优选范围100μm
‑
500μm的厚度。7.根据前述权利要求中任一项所述的电极，其特征在于，所述电极是连续层的组件的形式，其中所述电极的两个外层的每一个是具有以下结构的电极材料层ME：ME
‑
[CC
‑
ME]
n
或[ME
‑
CC
‑
ME]
n
其中ME是电极材料层，CC是多孔集流器层，《n》是重复模式，其介于3≤n≤200之间，优选介于3≤n≤100之间，并且通常介于3≤n≤20之间。8.根据前述权利要求中任一项所述的电极，其特征在于，所述电极是连续层的组件的形式，其中所述内层的至少一个是包含电惰性多孔材料的浸渍层MI，条件是当所述电极包括两个或更多个浸渍层时，这些浸渍层至少间隔100μm
‑
4mm，优选300μm
‑
3mm，具体而言500μm
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：文森特，
申请(专利权)人：国立科学研究中心，
类型：发明
国别省市：