本文所描述的实施例总体上涉及半固体电极及其生产方法。在一些实施例中，形成半固体电极的方法可以包括将活性材料、导电材料和电解质溶剂混合以产生半固体材料。所述电解质溶剂不含电解质盐。所述方法进一步包括将所述半固体材料分配到集电器上并且用电解质溶液润湿所述半固体材料以形成所述半固体电极。在一些实施例中，所述润湿可以经由喷洒进行。在一些实施例中，所述电解质盐在所述电解质溶液中可以具有的浓度为至少约1M、至少约2M或至少约3M。在一些实施例中，所述溶剂可以包括碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、γ
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】经由在活性材料、导电材料和电解质溶剂的混合物中添加电解质进行的半固体电极的生产
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2021年1月22日提交的题为“经由在活性材料、导电材料和电解质溶剂的混合物中添加电解质进行的半固体电极的生产(PRODUCTION OF SEMI
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SOLID ELECTRODES VIA ADDITION OF ELECTROLYTE TO MIXTURE OF ACTIVE MATERIAL,CONDUCTIVE MATERIAL,AND ELECTROLYTE SOLVENT)”的美国临时专利申请第63/140,595号的权益，其内容在本文中以全文引用的方式并入。
[0003]本文所描述的实施例总体上涉及半固体电极及其生产方法。
技术介绍
[0004]电池制造方法通常包括用包括溶解或分散在溶剂中的活性材料、导电添加剂和粘结剂的浆料涂覆导电基材(即，集电器)。在将浆料涂覆到金属基材上之后，将浆料干燥(例如，通过蒸发溶剂)并且压延至指定厚度。电池电极的制造通常还可以包括材料混合、铸造、压延、干燥、切割和根据所构建的电池体系结构进行加工(例如，弯曲、轧制等)。由于在组装期间对电极进行操作，并且为了确保导电网络处于适当位置，例如通过使用粘结剂将所有部件压缩成粘性组件。
技术实现思路
[0005]本文所描述的实施例总体上涉及半固体电极及其生产方法。在一些实施例中，形成半固体电极的方法可以包括将活性材料、导电材料和电解质溶剂混合以形成半固体材料。该电解质溶剂不含电解质盐。该方法进一步包括将半固体材料分配到集电器上并且用电解质溶液润湿半固体材料以形成半固体电极。在一些实施例中，电解质溶液是浓缩的电解质溶液。在一些实施例中，润湿可以经由喷洒进行。在一些实施例中，电解质盐在电解质溶液中可以具有的浓度为至少约1M、至少约2M或至少约3M。在一些实施例中，溶剂可以包括碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、γ
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丁内酯(GBL)或其任何组合。在一些实施例中，电解质盐包括双(氟磺酰基)亚胺化锂(LiFSI)和六氟磷酸锂(LiPF6)中的至少一种。
附图说明
[0006]图1是根据实施例的用于生产半固体电极的方法的框图。
[0007]图2A至2E是根据实施例的用于生产半固体电极的方法的图示。
[0008]图3是在生产过程的不同点添加电解质盐的电化学电池的容量保持数据图。
[0009]图4A至4E是由用电解质溶剂预先浸泡的不同电极构成的电化学电池的初始容量损失(ICL)、直流内阻(DCIR)、放电容量和容量保持的图。
具体实施方式
[0010]本文所描述的实施例总体上涉及半固体电极及其生产方法。在一些实施例中，本文所描述的半固体电极可以包括半固体阴极。在一些实施例中，本文所描述的半固体电极可以包括阳极。在一些实施例中，本文所描述的半固体电极可以并入电化学电池中。本文所描述的方法包括在电解质溶剂中将活性材料与导电材料混合以产生半固体材料。该电解质溶剂不含电解质盐或基本上不含电解质盐。
[0011]通过在生产半固体材料之后用电解质溶液润湿该半固体材料，可以改进半固体电极性能的几个方面。首先，在电极生产期间将活性材料暴露于电解质盐可以导致活性材料的分解和/或电活性材料的质量的劣化。这对于作为盐的LiPF6可能是特别成问题的。通过使活性材料与电解质盐接触的时间量最小化，可以显著降低活性材料的劣化，从而使电化学电池的容量降低和总体性能劣化最小化。电解质盐也可以引起金属腐蚀，诸如在电化学电池的集电器或其它金属部件中发现的那些。类似于活性材料，通过使电解质盐暴露于电化学电池的集电器和其它金属部件的时间最小化，可以减轻性能劣化。
[0012]除了直接引起材料劣化之外，电解质盐还可以从环境空气中以水的形式捕获水分。水在并入非水性电解质的电极和电化学电池中尤其成问题。水可以参与与含锂电极材料的副反应，从而降低电化学电池的容量和整体质量。附加地，通过稍后在该过程中添加电解质溶剂，可以降低在隔膜(separator)表面处的超电势损失。不希望受任何特定理论的束缚，这可能是由于润湿表面处(即半固体电极和隔膜之间的界面处)的锂盐浓度比集电器和半固体电极之间的界面处的锂盐浓度高。在生产半固体材料之后添加电解质盐也可能具有安全益处。电解质溶液的闪点随着盐含量的增加而增加。因此，当将电解质溶液润湿或喷洒到半固体材料上时，润湿或喷洒液体中较高的盐浓度可以增加润湿或喷洒液体的闪点。闪点的这种增加可以降低电解质溶液在喷洒或润湿时自燃的可能性。在一些实施例中，润湿或喷洒液体的闪点可以为至少约80℃、至少约85℃、至少约90℃、至少约95℃、至少约100℃、至少约110℃、至少约120℃、至少约130℃、至少约140℃、至少约150℃、至少约160℃、至少约170℃、至少约180℃、至少约190℃、至少约200℃、至少约210℃、至少约220℃、至少约230℃、至少约240℃、至少约250℃、至少约260℃、至少约270℃、至少约280℃、至少约290℃，或至少约300℃。
[0013]附加地，在生产过程的后期添加电解质盐可以使活性材料和电解质溶剂的再循环过程变得容易。将盐添加到半固体电极材料中可以使得半固体电极材料更危险并且更难以从集电器去除。通过延迟盐的添加，不含盐的半固体材料可以在生产过程的较长的部分再循环。
[0014]本文所描述的半固体电极可以制成：(i)由于半固体电极的减小的曲折度和更高的电子导电性，所以更厚(例如，大于100μm至高达2,000μm或甚至更大)，(ii)具有更高的活性材料负载，和(iii)具有利用更少的设备的简化的制造过程。这些相对厚的半固体电极减小了非活性部件相对于活性部件的体积、质量和成本贡献，从而增强了由半固体电极制成的电池的商业吸引力。在一些实施例中，本文所描述的半固体电极是无粘结剂的和/或不使用常规电池制造中使用的粘结剂。相反，在常规电极中通常由粘结剂占据的电极体积现在由以下占据：1)电解质，其具有降低曲折度和增加可用于离子扩散的总盐的作用，从而抵消当以高速率使用时厚常规电极的典型盐耗尽效应，2)活性材料，其具有增加电池的充电容
量的作用，或者3)导电添加剂，其具有增加电极的电子导电性的作用，从而抵消厚常规电极的高内阻抗。本文所描述的半固体电极的减小的曲折度和更高的电子导电性导致由半固体电极形成的电化学电池的优异的倍率性能和充电容量。由于本文所描述的半固体电极可以制成比常规电极厚得多，因此相对于由包括常规电极的电化学电池堆形成的类似电池，由包括半固体电极的电化学电池堆形成的电池中活性材料(即半固体阴极和/或阳极)与非活性材料(即集电器和隔膜)的比率可能高得多。这显著增加了包括本文所描述的半固体电极的电池的总充电容量和能量密度。
[0015]在一些实施例中，本文所描述的电极材料可以为可流动的半固体或冷凝液体组合物。可流动的半固本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种方法，其包含：将活性材料、导电材料和电解质溶剂混合以产生半固体材料，所述电解质溶剂不含电解质盐；将所述半固体材料分配到集电器上；以及将电解质盐并入所述半固体材料中以形成半固体电极。2.根据权利要求1所述的方法，其中将所述电解质盐作为粉末直接添加到所述半固体材料中。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述电解质盐经由喷洒溶液来添加。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述电解质盐在电解质溶液中具有的浓度为至少约1M。5.根据权利要求3所述的方法，其中所述电解质盐在所述电解质溶液中具有的浓度为至少约2M。6.根据权利要求3所述的方法，其中所述电解质盐在所述电解质溶液中具有的浓度为至少约3M。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述电解质溶剂包括碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、γ
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丁内酯(GBL)或二甲氧基乙烷(DME)中的至少一种。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述电解质盐包括双(氟磺酰基)亚胺化锂(LiFSI)、双(三氟甲磺酰基)亚胺化锂(LiTFSI)，以及六氟磷酸锂(LiPF6)中的至少一种。9.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含：从所述半固体材料中去除所述电解质溶剂的至少一部分以增加所述半固体材料的能量密度。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述半固体电极是第一电极，所述方法进一步包含：将所述第一电极与第二电极组合，其中在所述第一电极与所述第二电极之间安置隔膜以形成电化学电池。11.根据权利要求10所述的方法，其进一步包含：在形成所述电化学电池之前将所述隔膜浸泡在电解质溶液中。12.一种方法，其包含：将活性材料粒子、导电材料粒子和电解质溶剂组合以形成半固体材料，所述半固体材料不含电解质盐；将所述半固体材料涂覆到集电器上；以及将电解质溶液添加到所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈君政，L，
申请(专利权)人：二四M技术公司，
类型：发明
国别省市：
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