具有至少一个凝胶化电极的电化学装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种电化学装置，其包括a)正极、b)负极、c)隔膜和d)液体电解质，其中所述正极和所述负极中的至少一个是凝胶化电极，该凝胶化电极包含电子导电基材和直接粘附到该电子导电基材上的至少一层凝胶化电极形成组合物，并且其中该d)液体电解质包含至少一种有机碳酸酯和/或至少一种离子液体、以及至少一种金属盐。本发明专利技术还涉及一种用于制造包括至少一个凝胶化电极的电化学装置的方法。个凝胶化电极的电化学装置的方法。个凝胶化电极的电化学装置的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有至少一个凝胶化电极的电化学装置
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年1月10日提交的欧洲专利申请号20151214.2的优先权，出于所有目的将该申请的全部内容通过援引方式并入本申请。


[0003]本专利技术涉及一种电化学装置，其包括a)正极、b)负极、c)隔膜和d)液体电解质，其中所述正极和所述负极中的至少一个是凝胶化电极，该凝胶化电极包含电子导电基材和直接粘附到该电子导电基材上的至少一层凝胶化电极形成组合物，并且其中该d)液体电解质包含至少一种有机碳酸酯和/或至少一种离子液体、以及至少一种金属盐。本专利技术还涉及一种用于制造包括至少一个凝胶化电极的电化学装置的方法。

技术介绍

[0004]二十多年来，锂电池由于其包括重量轻、能量密度合理以及循环寿命良好的多种优点而在可充电储能装置市场中保持着主导地位。
[0005]液体电解质是当其溶解在极性溶剂中时产生导电溶液的物质。溶解的电解质分裂成阳离子和阴离子，它们以均匀的方式分散在溶剂中。这种溶液是电中性的，并且是离子导电和电绝缘的。
[0006]对用于电化学电池单元的合适的电解质的基本要求包括高离子电导率、(电)化学稳定性和安全性。常规电解质是液体的，由于其高离子电导率和与电极的良好界面，几十年来在电化学储能领域发挥了重要和主导作用。然而，此类液体电解质由于其泄漏和固有的爆炸性质(例如有机溶剂的燃烧、产生可燃的易挥发的气态物质)而带来了安全问题。
[0007]也就是说，Li离子电池已受制于安全性差和能量密度相对较低(相对于高功率应用如电动汽车(EV)、混合动力汽车(HEV)、电网储能等所需的能量密度而言)，并且此类缺点的根源是液体电解质的存在。
[0008]因此，安全性是电池的先决条件。几种保护机制已被认为是确保电池安全性的措施。外部保护依赖于电子装置如温度传感器和压力排放口，这最终会增加电池的体积/重量，并且在热/压力滥用条件下不可靠。内部保护方案集中在将本质安全材料用于电池部件，并且因此被认为是更适合电池安全的解决方案。
[0009]随后，纳米尺度或分子水平的无机材料分散在有机聚合物中的混杂有机/无机聚合物复合材料由于它们具有独特的特性已引起广泛的科学、技术以及还有工业方面的兴趣。有机和无机化合物的混杂是制造聚合物结构(值得注意地提高机械特性)的一种改良的方式。在这方面，众所周知，使用金属烷氧基化合物的溶胶
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凝胶法是制备混杂有机/无机聚合物复合材料最有用且最重要的方法。特别地，在预成型的有机聚合物(起始于氟聚合物、特别是偏二氟乙烯(VDF)聚合物)的存在下，金属烷氧基化合物的水解和缩合可以得到适当的控制，以获得与原始有机和无机化合物相比具有改进特性的混杂有机/无机聚合物复合材料。作为有机化合物的聚合物可以提高无机材料的韧性和可加工性，该无机材料即金属
烷氧基化合物，它们通常是脆的，其中无机网络可以提高所得混杂有机/无机聚合物复合材料的耐刮擦性、机械特性和表面特性。
[0010]特别地，WO 2015/169834(索尔维公司(SOLVAY SA)和原子能和替代能源委员会(COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES))披露了一种通过使用溶胶
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凝胶技术可获得的氟聚合物混杂有机/无机复合膜，其表现出增强的电解质保持能力，适合用作电化学装置中的聚合物电解质膜。WO 2015/169835(索尔维公司和原子能和替代能源委员会)进一步披露了一种复合电极，其显示出对金属集电体的高粘附性和在电活性材料内的高内聚力，同时确保高离子电导率。
[0011]此外，US 2018/0123167(原子能和替代能源委员会)提出了一种Li离子电池，其包括正极、负极和包含锂盐的电解质，其中正极、负极和电解质所有三者都以凝胶的形式出现。
[0012]因此，对于本领域技术人员来说，将至少一个凝胶化电极与需要存在聚合物材料作为标准隔膜的液体电解质结合来生产电化学装置并不显而易见。
[0013]本专利技术的诸位专利技术人出乎意料地证明，至少一个凝胶化电极与液体电解质和标准隔膜的结合使得可以生产显示出高电容量的柔性/可折叠的电化学装置。根据本专利技术的方法还具有鉴于显著减少用液体电解质填充如所组装的电化学装置所需的时间的优点。

技术实现思路

[0014]本专利技术的第一个目的是一种电化学装置，其包括a)正极、b)负极、c)隔膜和d)液体电解质，其中所述正极和所述负极中的至少一个是凝胶化电极，该凝胶化电极包含电子导电基材和直接粘附到该电子导电基材上的至少一层凝胶化电极形成组合物，并且其中该d)液体电解质包含至少一种有机碳酸酯和/或至少一种离子液体、以及至少一种金属盐。
[0015]本专利技术的第二个目的是提供一种用于制造电化学装置的方法，该方法包括以下步骤：
[0016](I)至少组装
[0017]a)正极；
[0018]b)负极；以及
[0019]c)置于所述正极与所述负极之间的隔膜，
[0020]其中至少一个电极是通过以下方法获得的凝胶化电极
[0021]‑
提供电子导电基材；
[0022]‑
提供凝胶化电极形成组合物
[0023]‑
将该凝胶化电极形成组合物施加到该电子导电基材上；
[0024]‑
任选地，将涂覆有该凝胶化电极形成组合物的电子导电基材干燥；并且
[0025]‑
将其压延成膜，该膜具有在80μm与900μm之间、优选在100μm与800μm之间、并且更优选在200μm与600μm之间的厚度，以及
[0026](II)用包含至少一种有机碳酸酯和/或至少一种离子液体以及任选地至少一种金属盐的液体介质(II)填充如所组装的电化学装置。
[0027]在一方面，根据本专利技术的凝胶化电极形成组合物包含：
[0028]i)至少一种部分氟化的氟聚合物，该至少一种部分氟化的氟聚合物包含
[0029]‑
衍生自至少一种烯键式不饱和氟化单体的至少一种第一重复单元，以及
[0030]‑
衍生自至少一种包含至少一个羧基的氢化单体的至少一种第二重复单元；
[0031]ii)至少一种电活性化合物；
[0032]iii)液体介质(I)；
[0033]iv)任选地，至少一种导电添加剂；以及
[0034]v)任选地，至少一种不同于液体介质(I)的有机溶剂(S)。
附图说明
[0035]图1示出了实例1的棱柱形电池单元的照片。
[0036]图2示出了从组件中取出并展开后的实例1的棱柱形电池单元的阳极(a)和阴极(b)的照片。
[0037]图3示出了从组件中取出并展开后的对比实例1的棱柱形电池单元的阳极(a)和阴极(b)的照片。
具体实施方式
[0038]贯穿本说明书，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】1.一种电化学装置，其包括a)正极、b)负极、c)隔膜和d)液体电解质，其中所述正极和所述负极中的至少一个是凝胶化电极，该凝胶化电极包含电子导电基材和直接粘附到该电子导电基材上的至少一层凝胶化电极形成组合物，并且其中该d)液体电解质包含至少一种有机碳酸酯和/或至少一种离子液体、以及至少一种金属盐。2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中，凝胶化电极形成组合物包含i)至少一种部分氟化的氟聚合物，该至少一种部分氟化的氟聚合物包含
‑
衍生自至少一种烯键式不饱和氟化单体的至少一种第一重复单元，以及
‑
衍生自至少一种包含至少一个羧基的氢化单体的至少一种第二重复单元；ii)至少一种电活性化合物；iii)液体介质(I)；iv)任选地，至少一种导电添加剂；以及v)任选地，至少一种不同于液体介质(I)的有机溶剂(S)，其中，该液体介质(I)包含至少一种有机碳酸酯和/或至少一种离子液体。3.根据权利要求1或2所述的电化学装置，其中，将该c)隔膜和包含至少一种有机碳酸酯和/或至少一种离子液体的液体介质(II)放置在该a)正极与该b)负极之间，并且其中该d)液体电解质是该液体介质(I)和该液体介质(II)的混合物。4.根据权利要求1至3中任一项所述的电化学装置，其中，该液体介质(I)和该液体介质(II)相同或不同，并且该液体介质(I)和该液体介质(II)中的至少一种额外包含至少一种金属盐。5.根据权利要求1至4中任一项所述的电化学装置，其中，所述正极和所述负极中的至少一个具有在80μm与900μm之间、优选在100μm与800μm之间、并且更优选在200μm与600μm之间的厚度。6.根据权利要求1至5中任一项所述的电化学装置，其中，该c)隔膜是多孔聚合物材料。7.根据权利要求2至6中任一项所述的电化学装置，其中，该至少一种第一重复单元衍生自偏二氟乙烯(VDF)、三氟氯乙烯(CTFE)、六氟丙烯(HFP)、四氟乙烯(TFE)、三氟乙烯、及其组合，并且优选衍生自VDF。8.根据权利要求2至7中任一项所述的电化学装置，其中，该至少一种第二重复单元选自由具有式(I)的(甲基)丙烯酸类单体组成的组：其中R1、R2和R3中的每一个彼此相同或不同，独立地是氢原子或C1‑
C3烃基。9.根据权利要求2至8中任一项所述的电化学装置，其中，该i)部分氟化的氟聚合物额外包含不同于该第一重复单元的衍生自至少一种氟化单体的第三重复单元。10.根据权利要求2至9中任一项所述的电化学装置，其中，将该ii)至少一种电活性化
合物负载到该电子导电基材上，以具有在1.0mAh/cm2与9.0mAh/cm2之间、优选在4.0mAh/cm2与7.0mAh/cm2之间的面容量。11.根据权利要求1至10中任一项所述的电化学装置，其中，该金属盐选自由以下项组成的组：a)MeI、Me(PF6)
n
、Me(BF4)
n
、Me(ClO4)
n
、Me(二(草酸)硼酸盐)
n
(“Me(BOB)
n”)、MeCF3SO3、Me[N(SO2F)2]
n
、Me[N(CF3SO2)2]
n
、Me[N(C2F5SO2)2]
n
、Me[N(CF3SO2)(R
F
SO2)]
n
(其中R

【专利技术属性】
技术研发人员：MD，
申请(专利权)人：原子能与替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：