制造包括捕获电解质的聚合物基质的电极的方法技术

本发明专利技术涉及用于制造包括捕获电解质的聚合物基质的电极的方法，该方法包括以下步骤：a)制造组合物的步骤，该组合物包括旨在包括在电极构成中的成分；b)由组合物在载体上形成电极的步骤；其特征在于：步骤a)中制造的组合物是膏状组合物，在0.1s

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制造包括捕获电解质的聚合物基质的电极的方法
[0001]描述


[0002]本专利技术涉及用于制造电极的方法，该电极包括捕获电解质的聚合物基质，更具体地，该电解质为能够与聚合物基质形成凝胶的液体电解质(在这种情况下，电极可称为离子凝胶电极)，提供该电极以结合在电化学蓄电池中。
[0003]本专利技术的一般领域可以定义为能量存储装置的领域，特别是电化学蓄电池的领域。
现有技术
[0004]电化学蓄电池的工作原理是适用于输送电流的电化学电池，因为它们中的每一个中都存在一对由电解质分开的电极(分别为正电极和负电极)，电极包含适合根据氧化还原反应进行反应的特定材料，由此在电流的起源处存在电子交换，以及通过电解质的媒介从一个电极传输到另一个电极的离子交换。
[0005]在采用该原理的蓄电池中，以在电极处(更具体地，在电极活性材料上)发生金属元素嵌入/解嵌的原理工作的蓄电池，并被称为金属离子蓄电池(例如，Li离子、Na离子、K离子、Ca离子、Mg离子或Al离子)已取代其他类型的蓄电池，例如铅酸蓄电池和Ni
‑
MH蓄电池，特别是它们在能量密度方面的性能。事实上，M离子蓄电池，例如Li离子蓄电池，特别是能够获得明显大于Ni
‑
MH和Ni
‑
Cd蓄电池(范围可为50至100Wh.kg
‑1)和铅酸蓄电池(范围可为30至35Wh.kg
‑1)更大的重量能量密度和体积能量密度(可大于180Wh.kg
‑1)。
[0006]从功能的角度来看，在金属离子蓄电池中，在产生电流的起源处(即当蓄电池处于放电模式时)的反应涉及通过传导金属离子的电解质传输来自负电极的金属阳离子，这些金属阳离子嵌入到正电极的受体网络中，而来自负电极处的反应的电子将供应外部电路，正电极和负电极连接到该外部电路。
[0007]更具体地，在Li离子蓄电池的情况下，正电极可包括锂基磷酸盐材料(例如，LiFePO4)、任选取代的锂化锰氧化物(例如LiMn2O4)、具有x+y+z＝1的锂镍锰钴基材料LiNi
x
Mn
y
Co
z
O2(也简称NMC)作为锂嵌入材料，如LiNi
0.33
Mn
0.33
Co
0.33
O2或LiNi
0.6
Mn
0.2
Co
0.2
O2，具有x+y+z＝1的锂镍钴铝基材料LiNi
x
Co
y
Al
z
O2(也简称NCA)，例如LiNi
0.8
Co
0.15
Al
0.05
O2。
[0008]作为锂嵌入材料，负电极可以包括含碳材料，比如石墨；硅基化合物，比如碳化硅SiC或氧化硅SiO
x
；锂化钛氧化物，例如Li4Ti5O
12
；锂
‑
锗合金；或例如这些锂嵌入材料中的几种的混合物，比如包括石墨和硅基化合物的混合物。
[0009]如上所述，在负电极和正电极之间设置有电解质，这将使离子(通常来自电解质中存在的金属盐)在充电时从正电极向负电极移动，放电时反之亦然。
[0010]该电解质可以采用液体形式并且通常包括一种或多种有机溶剂(例如碳酸酯溶剂的混合物)，其中溶解有一种或多种金属盐(当蓄电池是锂离子蓄电池时，例如一种或多种锂盐)。
[0011]然而，使用液体电解质具有以下若干缺点：
[0012]电解液从电池中泄漏的问题；
[0013]当包含该电解质的电池中发生热散逸时，液体电解质与正电极活性材料的氧发生化学反应的可能性，从而可能产生大量气体，其结果可能是电池着火，或者甚至爆炸。
[0014]为了克服这些缺点，一种替代方法包括通过替换液体电解质来放弃使用液体电解质，例如，使用以下解决方案：
[0015]采用纯固体形式的玻璃或陶瓷的锂离子导体，例如通过化学气相沉积(CVD)沉积的薄层，例如LIPON层，或包括聚合物基质(例如聚偏二氟乙烯)的复合材料层，和由锂化氧化物如Li7La3Zr2O
12
构成的填料；
[0016]由聚氧乙烯(POE)类的聚合物和锂盐组成的干聚合物固体电解质，例如双(三氟磺酰基)亚胺锂(LiTFSI)。
[0017]然而，目前这些不同的解决方案都具有一定数量的缺点。
[0018]关于玻璃或陶瓷锂离子导体的使用，这些需要在工业环境中开发的非常复杂的实施或合成技术，这可能证明对蓄电池的大规模生产是不利的。
[0019]关于固体干聚合物电解质，它们的离子电导率在环境温度下通常小于10
‑5S.cm
‑1，而对于常规的液体电解质，离子导电性约为10
‑3S.cm
‑1，甚至在环境温度下为10
‑2S.cm
‑1。因此，可能证明有必要在比环境温度更高的温度下使用包括干聚合物电解质的蓄电池，例如在60至80℃的温度下，以促进锂离子在电解质中的扩散。
[0020]为了缓解与使用液体电解质和上述固体电解质相关的缺点，WO2015169835中开发和阐释的新技术包括将液体电解质捕获在聚合物基质中，形成正电极和负电极的组成部分(这些电极可以称为离子凝胶电极)，该技术使得在环境温度下可以获得与锂离子蓄电池等效的电化学性能，该锂离子蓄电池包括未捕获在聚合物基质中的液体电解质。
[0021]这些电极通过依次包括以下步骤的方法以常规方式制造：
[0022]通过混合提供用于进入电极的构成的各种成分来制造油墨(即包括悬浮的电极固体成分的液体分散体)的步骤，这些成分是活性材料、电子导体添加剂或添加剂、能够捕获液体电解质的氟化(共)聚合物，该氟化共聚物的至少一种溶剂(例如丙酮)、锂盐、用于溶解锂盐的一种或多种电解质溶剂(例如碳酸酯溶剂)；
[0023]一旦获得油墨，沉积它的步骤，通常通过在形成集流体的基底上分散；
[0024]蒸发氟化(共)聚合物的一种或多种溶剂的步骤，任选地随后进行压延步骤，其中特定电极存在。
[0025]通常在常规混合器(例如分散机或行星混合器)中进行的油墨制造步骤需要高比例的溶剂，这限制了油墨中固体质量的百分比。更具体地说，固体质量相对于油墨总质量的百分比通常在35至49质量％之间，而液体电解质(盐+电解质溶剂)的质量占油墨总质量的6％至13％，氟化(共)聚合物的一种或多种溶剂占油墨总质量的45％至57％。
[0026]这种溶剂量的存在构成了实施这种方法的限制因素，特别是在工业规模上，因为它意味着无论在安全性(特别是由于所选择的一种或多种溶剂的潜在易燃性和/或所选择的一种或多种溶剂的毒性)和溶剂的消除方面，这都意味着对流出物(这里是大量使用的溶剂)进行管理，此外，这种方法会产生高昂的实施成本。
[0027]在本文中，专利技术人的目标是提供一种用于制造电极的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种包括聚合物基质的电极的制造方法，所述聚合物基质捕获电解质，所述方法包括以下步骤：a)制造组合物的步骤，该组合物包括提供用于进入所述电极的构成的成分；b)由所述组合物在基底上形成电极的步骤；其特征在于：步骤a)中制造的组合物是膏状组合物，其在0.1s
‑1的剪切速率和环境温度下测量的动态粘度大于5000Pa.s；且制造步骤包括将所述提供用于进入所述电极的构成的成分引入混合器内并混合，所述混合器具有在封闭套筒中旋转的两个同向旋转互穿螺杆，所述制造步骤在低于100℃的温度下进行。2.根据权利要求1所述的制造方法，其中，所述组合物包括作为构成所述电极的成分的：至少一种电极活性材料；提供用于进入所述聚合物基质的构成的至少一种聚合物；电解质；任选地，至少一种电子导体添加剂。3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其中，一种或多种聚合物选自适于在与所述电解质接触时凝胶并因此捕获所述电解质的凝胶聚合物。4.根据权利要求2或3所述的制造方法，其中，所述一种或多种聚合物选自氟化聚合物，所述氟化聚合物包括由氟化单体聚合产生的至少一种重复单元，优选地，由包括至少一种羧酸基团的单体聚合产生的至少一种重复单元的氟化聚合物，任选地以盐的形式。5.根据权利要求2至4中任一项所述的制造方法，其中，所述电解质是液体电解质，所述液体电解质包括至少一种有机溶剂、至少一种金属盐和任选的属于含碳化合物类别的添加剂。6.根据权利要求2至5中任一项所述的制造方法，其中，所述组合物进一步包括所述提供用于进入...

【专利技术属性】
技术研发人员：J萨洛蒙，J，
申请(专利权)人：索尔维公司，
类型：发明
国别省市：