混合电极制造技术

本发明专利技术涉及一种包括至少一金属箔和至少两层的电极，每个层包括至少一种锂离子受体。每个层包括至少一种锂离子受体。

【技术实现步骤摘要】
混合电极


[0001]本专利技术涉及一种包括至少一金属箔和至少两层的电极，每个层包括至少一种锂离子受体。

技术介绍

[0002]大多数用于便携式应用的锂离子电池是金属氧化物或磷酸盐基的。系统通常由正极(阴极)所含有的金属氧化物或磷酸盐和负极(阳极)中的石墨碳组成。钴基电池的主要优点之一是其高能量密度。较长的运行时间使这种化学物质对手机、笔记本电脑和相机有吸引力。
[0003]然而，广泛使用的钴基锂离子电池也有缺点；它提供了相对较低的放电电流，因为电池设计和化学物质对离子的扩散引入了物理限制，从而增加了电阻并降低了功率容量。反过来，高充电负荷会使电池组过热，从而危及其安全性。钴基电池的安全电路通常被限制在大约1C的充电和放电速率。另一个缺点是随着循环和老化，内阻增加。使用2
‑
3年后，由于高内阻引起的负载下的大电压降，电池组经常变得无法使用。
[0004]电池驱动的设备的范围正在大幅增加，如今也涵盖了例如汽车和航空应用。显然，在这样的应用中使用的能量存储系统(ESS)的相应的能量和功率分布越来越苛刻。示例性地，汽车和航空应用中的电池既需要高功率，例如在加速、起动或着陆期间，也需要高能量密度，例如以增加这样的车辆的总续航里程。
[0005]由于常规锂离子电池只可以提供高功率或提供高能量，因此长期以来一直需要能同时提供高功率和高能量容量的能量存储系统(ESS)。已经进行了各种尝试来提高电化学电池(特别是锂离子电池)的功率和能量容量。然而，所用电解质的ESS设计变化仅限于容易获得的化学物质。研究人员考虑了几种提高电池性能的可能性。在改进的电解质(具有增强的稳定性或用于高性能的添加剂的新电解质)、阳极、阴极(厚度、孔隙率和/或材料优化)和固体电解质界面(SEI)层(化学改性)领域进行了大量研究。然而，现有技术不能克服上述高功率/低能量或高能量/低功率EES的困境。
[0006]此外，模块设计者旨在通过将高能量电池和高功率电池相结合，并针对所需的能量分布规划最佳的并联和串联配置，来提高ESS的功率/能量性能。然而，这种方法引入了更高的系统复杂性，并因此带来了更高的故障率。
[0007]因此，长期以来需要提供一种能量存储系统，它们能够提供高充(放)电速率，并且同时具有足够的能量密度。本专利技术令人惊讶地解决了这个问题。

技术实现思路

[0008]在第一方面，本专利技术涉及一种电极，包括：
[0009]a)至少一金属箔，和
[0010]b)至少两层，每层包括至少一种锂离子受体。
[0011]在优选实施例中，电极是阴极或阳极，更优选为阴极。
[0012]根据本专利技术的金属箔优选含有铝或铜，更优选含有铝。在优选实施例中，金属箔是铝箔。金属箔的厚度优选为5
‑
30μm，更优选为10
‑
20μm。
[0013]根据本专利技术，电极包括至少两层，特别是至少两个不同的层，各自包含至少一种锂离子受体。
[0014]锂离子受体是优选在放电过程中能够接受锂离子并且特别是在放电状态下储存锂离子的材料。锂离子受体优选在锂离子电池中用作电极(优选阴极)材料。优选地，锂离子受体也可以在充电过程中充当锂离子供体。锂离子受体在现有技术中是众所周知的，并且优选选自由LiCoO2、锂镍锰钴氧化物、锂镍钴铝氧化物、锂锰氧化物、LiFePO4及其混合物组成的组。
[0015]根据本专利技术，特别优选的锂离子受体是
[0016]·
LiCoO2，
[0017]·
LiCoO2和LiNiO2的混合氧化物，诸如LiNi1‑
x
Co
x
O2，其中x在0.01
‑
0.2范围内，
[0018]·
LiCoO2、LiNiO2和LiMnO2的混合氧化物，诸如LiNi
0.33
Co
0.33
Mn
0.33
O2，
[0019]·
LiCoO2、LiNiO2、LiCoO2和LiAlO2的混合氧化物，诸如LiNi1‑
x
‑
y
Co
x
Al
y
O2，诸如LiNi
0.85
Co
0.1
Al
0.05
O2，其中x和y独立地在0.01
‑
0.2的范围内，
[0020]·
LiMn2O4，
[0021]·
LiFePO4，
[0022]·
和其混合物。
[0023]在优选实施例中，除了锂离子受体之外，层还包括粘合剂和导电材料中的至少一者。更优选地，层包括如上定义的锂离子受体、至少一种粘合剂和任选的导电材料。粘合剂材料优选为聚偏二氟乙烯(PVDF)、羧甲基纤维素(CMC)或其混合物。导电材料优选为本领域已知的导电炭黑、碳纳米管或其混合物。优选的炭黑可以是超磷、乙炔黑。优选的碳纳米管是单壁碳纳米管。通过分别调整粘合剂和导电材料的数量和类型，可以分别根据它们的孔隙率和导电性来控制电极的特性。
[0024]在优选实施例中，第一层施加到金属箔的至少一侧，特别是直接施加到金属箔的至少一侧。在更优选的实施例中，第一层施加(优选直接施加)到金属箔的两侧。本专利技术中使用的“直接的施加(direct application)”或“直接施加(applied directly)”意味着在各个层之间没有夹层。
[0025]第二层可以施加到第一层，优选地，第二层直接施加到第一层。
[0026]电极包括至少两层，优选两层。其他实施例中，多于两个的层，例如3、4、5、6、7、8、9或10层用于根据本专利技术的电极。在这样的实施例中，电极被逐层组装，优选地使得第n+1层施加(更优选地直接施加)到第n层，其中n为例如1
‑
10，优选为1
‑
5。
[0027]每一层优选施加到金属箔或金属箔两侧上的下层，从而优选形成镜面对称的组件，其中金属箔用作镜像平面。
[0028]在一个实施例中，第一层可以施加(优选直接施加)到金属箔的一侧，其中第二层可以施加(优选直接施加)到金属箔的另一侧。
[0029]在一个实施例中，至少两层均与彼此不同。在一个实施例中，至少两层在其组成、孔隙率、质量负载和/或密度方面彼此不同。
[0030]在优选实施例中，至少两层各自含有相同的锂离子受体。
[0031]在另一实施例中，至少两层在锂离子受体的类型或比率、粘合剂的类型或比率以及任选的导电剂的类型或比率中的至少一个方面不同。
[0032]在本专利技术的一个方面，更靠近金属箔的层比距离金属箔更远的层具有更高的孔隙率(其中所有层优选在金属箔的同一侧)。更优选地，施加到金属箔的第一层比施加到第一层的第二层具有更高的孔隙率。
[0033]孔隙率可以根据本领域已知的技术来测量，诸如压汞法、密度法、热成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电极，所述电极优选为阴极，包括：a)至少一金属箔，优选含有铝或铜，和b)至少两层，每层包括至少一种锂离子受体，其中所述层还包括粘合剂和导电材料中的至少一者，并且其中所述至少两层在所述锂离子受体、所述粘合剂和任选的所述导电剂的类型或比率中的至少一个方面不同。2.根据权利要求1所述的电极，其中所述锂离子受体选自由LiCoO2、锂镍锰钴氧化物、锂镍钴铝氧化物、锂锰氧化物、LiFePO4及其混合物组成的组。3.根据前述权利要求中任一项所述的电极，其中所述粘合剂是聚偏二氟乙烯(PVDF)或羧甲基纤维素(CMC)，并且所述导电材料是炭黑、碳纳米管或其混合物。4.根据前述权利要求中任一项所述的电极，其中第一层直接施加到所述金属箔，和/或其中第二层施加到第一层，优选直接施加到第一层。5.根据前述权利要求中任一项所述的电极，其中所述至少两层在它们的组成、孔隙率、质量负载和/或密度方面彼此不同，优选在孔隙率方面彼此不同。6.根据前述权利要求中任一项所述的电极，其中所述至少两层含有相同的锂离子受体。7.根据前述权利要求中任一项所述的电极，其中更靠近所述金属箔的层比距离所述金属箔更远的层具有更高的孔隙率；优选地，其中施加到所述金属箔的第一层比施加到第一层的第二层具有更高的孔隙率。8.根据前述权利要求中任一项所述的电极，其中第一层的厚度与第二层的厚度之比为1∶5至5∶1，优选为1∶5至1∶3。9.根据前述权利要求中任一项所述的电极，其中第一层包括：75至95重量％的锂离子受体，1至10重量％的粘合剂，和5至20重量％的导电剂，和/或其中第二层包括90至98重量％的锂离子受体，0至5重量％的粘合剂，和0至5重量％的导电剂。10.一种用于生产根据权利要求1
‑
9中任一项所述的电极的方法，包括以下步骤：i)提供至少两种浆料，每种浆料包括至少一种锂离子受体、至少一种粘合剂、任选的至少一种导电剂和至少一种液体介质，...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：百合航空有限公司，
类型：发明
国别省市：