【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电化学领域，更具体地，涉及薄层电化学装置。更具体地，本专利技术涉及可用于电化学装置的电极，所述电化学装置例如电容器、锂离子电池、微型电池或容量大于1mah的锂离子电池。本专利技术适用于负电极和正电极。它涉及可以用液相中的固体电解质或液体电解质浸渍的多孔电极。本专利技术还涉及用电极材料的纳米颗粒制备这样的多孔电极的方法，以及由此获得的电极。本专利技术还涉及一种制造包含这些电极中的至少一种的锂离子电池的方法以及由此获得的电池。
技术介绍
1、在市场上提出的各种电化学储存技术中，锂离子电池具有最佳的能量密度。各种结构和化学组成的电极使得生产这些电池成为可能。制造锂离子电池的方法出现在许多文章和专利中；2002年出版(kluever academic/plenum出版社)的著作"advances inlithium-ion batteries"(w.van schalkwijk和b.scrosati编辑)中给出了一份清单。
2、越来越需要能够集成在电子卡上的非常小的可再充电电池；这些电子电路可用于许多领域，例如用于安全交易的卡、电子标签、可植入医疗设备、各种微机械系统。
3、对大容量可再充电电池的需求也越来越大，特别是为运输设备(电动自行车、踏板车、电动摩托车、电动汽车、电动多用途车)提供动力和储存电能，例如储存由间歇性发电设备(风力涡轮机、光伏板)产生的电力或稳定受高度波动的供需影响的电网。
4、各种自动和便携式设备(例如移动电话、笔记本电脑、手持式电动工具、间歇使用的厨房电器)对中型
5、在所有这些应用中，电池快速再充电的可能性是非常受欢迎的特征。同样，这些电池不得存在短路或起火的风险。最后，希望它们能够在宽的温度范围内工作。
6、根据现有技术，锂离子电池的电极可以借助于覆盖技术，特别是通过涂覆制造。这些方法使得可以在基板表面上沉积油墨，该油墨由粉末形式的活性材料颗粒组成；构成这种粉末的颗粒的平均粒径通常为5μm至15μm的直径。
7、这些沉积技术，特别是通过涂覆，使得可以生产厚度为约50μm至约400μm的层。电池的功率和能量可以通过调整层的厚度和孔隙率、构成层的活性颗粒的尺寸以及层中存在的各种成分如粘合剂或电子导电材料来调节。为了生产微电池，希望微电池的每个构成层具有更薄的厚度。
8、除了与以低制造成本获得高性能电极的油墨制剂相关的问题之外，应该记住的是，电极的能量密度和功率密度之间的比率可以根据活性材料颗粒的尺寸来调节，并且间接根据电极层的孔隙率及其厚度来调节。j.newman的文章("optimization of porosityand thickness of a battery electrode by means of areaction-zone model",j.electrochem.soc.,142(1),第97-101页(1995))展示了电极厚度及其孔隙率对其放电(功率)速度和能量密度的各自影响。
9、用于锂离子电池的不含粘合剂的介孔电极层可以通过电泳沉积；这从wo 2019/215 407(i-ten)中已知。它们可以用液体电解质浸渍，但是它们的电阻率仍然相当高。
10、为了增加电极的低电子导电性，最重要的是，当这些电极具有显著的厚度或由不太具有电子导电性的电极活性材料制成时，通常向电极活性材料颗粒中添加一定量的电子导电性材料，例如炭黑。理想地，电子导电颗粒应该在电极活性材料颗粒表面的任何点上有效，以使得可以在整个表面上同时嵌入/嵌出电极活性颗粒，从而最大化电流密度并最小化由于不均匀电传输引起的局部应力和发热。
11、实践中，很难控制电极内炭黑的排列。此外，随着越来越小的活性材料颗粒的日益使用，这些问题甚至更加突出。电极中炭黑的不均匀分布导致电极的高得多的极化，这导致包括这样的电极的电池的串联电阻增加。如果电流密度很高，这些局部电荷态的不平衡将更加明显。这些不平衡因此导致循环性能的损失、安全风险和电池电芯(battery cell)的功率限制。当电极具有不均匀的孔隙率，即尺寸分布时，同样适用；这种不均匀性使得电极孔的润湿更加困难。
12、在这种情况下，为了降低介孔电极的电阻率，申请人开发了一种介孔电极，其包括至少一种电极活性材料的介孔层，在该介孔层的孔上和孔内具有碳涂层；这从wo 2021/220174(i-ten)中已知。电极上这种电子导电碳涂层的存在使得可以降低其电阻率，但是不能显著提高其耐压性、耐温性和电化学稳定性。此外，在电极上生产导电碳涂层成本高且难以实施。
13、随着对超小型可再充电电池的需求日益增长，电极必须满足日益严格的规格要求。它们必须具有高的化学和电化学稳定性、坚固性和耐腐蚀性，以使包含它们的电池具有高的循环性能、储存稳定性、温度稳定性和长期可靠性。本专利技术试图至少部分地弥补上述现有技术的缺点。
14、更准确地，本专利技术试图解决的技术问题是提供一种制造具有均匀、高电子电导率和可控的孔密度的多孔电极的方法，该方法简单、安全、快速、易于实施、成本低。
15、本专利技术还旨在提出一种安全的多孔电极，其具有高的电子导电性、稳定的机械结构、良好的热稳定性(尤其是在高温下)、具有可观的使用寿命，并且这与电极的厚度无关。
16、本专利技术的另一个目的是提出一种用于能够在高温下工作而没有可靠性问题并且没有火灾风险的电池的电极。
17、本专利技术的另一个目的是提出除了上述特征之外，还可以容易地被离子液体润湿和浸渍的多孔电极。
18、本专利技术的另一个目的是提供一种用于制造包括根据本专利技术的多孔电极的电化学装置(例如电池、电容器、超级电容器)的方法。
19、本专利技术的另一个目的是提供一种用于制造包括根据本专利技术的多孔电极的容量不超过1mah的电池(本文称为“微电池”)的方法。
20、本专利技术的另一个目的是提出电化学装置，例如电池，特别是锂离子电池和微电池、电容器、超级电容器，该电化学装置能够储存高能量密度，能够以非常高的功率密度恢复该能量(特别是在电容器或超级电容器中)，能够耐高温，具有优异的循环使用寿命以及改善的安全性。
技术实现思路
1、为了提高可用于传统锂离子电池的电极的性能，特别是通过降低它们的电阻率，同时显著提高它们的耐电压性、耐温性和电化学稳定性，本专利技术人试图找到wo 2021/220174(i-ten)的申请中提出的电子导电碳涂层的替代物。
2、根据本专利技术，通过用于锂离子电池的电极解决了该问题，该电极完全是陶瓷的、介孔的、不含有机粘合剂，其孔隙率为25％至50％，其通道和孔的尺寸是均匀的，以确保电池的完美动态平衡。根据本专利技术的电极包括至少一种电极活性材料的多孔层、优选介孔层，其孔隙率为25％至50％，其通道和孔的尺寸是均匀的，以确保电池的完美动态平衡，并且在多孔层的孔上和孔内具有电子导电氧化物涂层。
3、这种多孔的、优选介孔本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种制造多孔电极的方法，所述多孔电极特别地用于电化学装置，所述多孔电极包括沉积在基板上的至少一种电极活性材料P的多孔层以及存在于所述多孔层的孔上和孔内的电子导电性氧化物材料层，所述多孔电极不含粘合剂，具有20体积％至60体积％，优选25体积％至50体积％的孔隙率以及平均直径小于50nm的孔，所述制造方法的特征在于：
2.根据权利要求1所述的制造多孔电极的方法，其特征在于，在步骤(d)中，在步骤(d1)期间，在所述多孔层的孔上和孔内沉积电子导电性氧化物材料的前体层，并且在步骤(d2)期间，进行在步骤(d1)期间沉积在所述多孔层上的电子导电性氧化物材料的前体向电子导电性材料的转化，以使得所述多孔层在孔上和孔内具有所述电子导电性氧化物材料层。
3.根据权利要求2所述的制造多孔电极的方法，其特征在于，步骤(d1)通过将多孔层浸入包含所述电子导电性氧化物材料的前体的液相中来进行，且通过热处理如煅烧来进行步骤(d2)期间电子导电性氧化物材料的前体向电子导电性材料的所述转化，优选在空气或氧化气氛中进行。
4.根据权利要求3所述的制造多孔电极的方法，其特征
5.根据权利要求1至4中任一项所述的制造多孔电极的方法，其特征在于，所述电子导电性氧化物材料选自：
6.根据权利要求1至5中任一项所述的制造多孔电极的方法，其特征在于，在步骤(c)结束时获得的所述多孔层具有10m2/g至500m2/g的比表面积和/或4μm至400μm的厚度。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的制造多孔电极的方法，其特征在于，当所述基板是中间基板时，所述层在其干燥之前或之后在步骤(c)中与所述中间基板分离，以形成多孔板。
8.制造多孔电极的方法，其特征在于，当步骤(a)中提供的所述胶体悬浮液或糊状物包含有机添加剂如配体、稳定剂、粘合剂或残留有机溶剂时，对根据权利要求1至6中任一项的步骤(c)中干燥的所述层或根据权利要求7的所述多孔板进行热处理，优选在氧化气氛中进行。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的制造多孔电极的方法，其中所述电极活性材料P选自由以下形成的组：
10.根据权利要求1至8中任一项所述的制造多孔电极的方法，其中所述电极活性材料P选自由以下形成的组：
11.一种多孔电极，其能够根据权利要求1至10中任一项所述的方法获得，其特征在于，所述多孔电极包括沉积在基板上的至少一种电极活性材料P的多孔层，和设置在所述多孔层的孔上和孔内的电子导电性氧化物材料层，所述多孔电极不含粘合剂，具有20体积％至60体积％，优选25体积％至50体积％的孔隙率和平均直径小于50nm的孔。
12.一种多孔电极，尤其用于电化学装置，所述多孔电极包括沉积在基板上的至少一种电极活性材料P的多孔层，和设置在所述多孔层的孔上和孔内的电子导电性氧化物材料层，所述多孔电极不含粘合剂，具有20体积％至60体积％，优选25体积％至50体积％的孔隙率和平均直径小于50nm的孔。
13.根据权利要求12所述的多孔电极，其特征在于，所述电子导电性氧化物材料选自：
14.根据权利要求12或13之一所述的多孔电极，其特征在于，所述电极活性材料P选自由以下形成的组：
15.根据权利要求12至14中任一项所述的多孔电极，其特征在于，所述电极活性材料P选自由以下形成的组：
16.一种制造电子或电化学装置的方法，其实施根据权利要求1至10中任一项所述的制造多孔电极的方法或实施根据权利要求11至15中任一项所述的多孔电极。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述电子或电化学装置选自由以下形成的组：锂离子电池，尤其是容量大于1mA h的锂离子电池和容量大于1mAh的锂离子电池、电容器、超级电容器、光伏电池、光电化学电池。
18.一种制造根据权利要求12或13中任一项所述的电池的方法，其中实施根据权利要求9所述的制造多孔电极的方法以制造阴极或实施根据权利要求10所述的方法以制造阳极。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的制造电池的方法，其中所述多孔电极用电解质浸渍，所述电解质优选为选自由以下形成的组的锂离子载体相：
20.一种电子或电化学装置，其能够通过根据权利要求16至17中任一项所述的方法获得。
21.根据权利要求20所述的电化学装置，其特征在于所...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种制造多孔电极的方法，所述多孔电极特别地用于电化学装置，所述多孔电极包括沉积在基板上的至少一种电极活性材料p的多孔层以及存在于所述多孔层的孔上和孔内的电子导电性氧化物材料层，所述多孔电极不含粘合剂，具有20体积％至60体积％，优选25体积％至50体积％的孔隙率以及平均直径小于50nm的孔，所述制造方法的特征在于：
2.根据权利要求1所述的制造多孔电极的方法，其特征在于，在步骤(d)中，在步骤(d1)期间，在所述多孔层的孔上和孔内沉积电子导电性氧化物材料的前体层，并且在步骤(d2)期间，进行在步骤(d1)期间沉积在所述多孔层上的电子导电性氧化物材料的前体向电子导电性材料的转化，以使得所述多孔层在孔上和孔内具有所述电子导电性氧化物材料层。
3.根据权利要求2所述的制造多孔电极的方法，其特征在于，步骤(d1)通过将多孔层浸入包含所述电子导电性氧化物材料的前体的液相中来进行，且通过热处理如煅烧来进行步骤(d2)期间电子导电性氧化物材料的前体向电子导电性材料的所述转化，优选在空气或氧化气氛中进行。
4.根据权利要求3所述的制造多孔电极的方法，其特征在于，所述电子导电性氧化物材料的前体选自含有一种或多种金属元素的有机盐，所述有机盐能够在热处理如煅烧后形成电子导电性氧化物，并且向电子导电性材料的所述转化是热处理如煅烧，优选在空气或氧化气氛中进行，这些有机盐优选选自：
5.根据权利要求1至4中任一项所述的制造多孔电极的方法，其特征在于，所述电子导电性氧化物材料选自：
6.根据权利要求1至5中任一项所述的制造多孔电极的方法，其特征在于，在步骤(c)结束时获得的所述多孔层具有10m2/g至500m2/g的比表面积和/或4μm至400μm的厚度。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的制造多孔电极的方法，其特征在于，当所述基板是中间基板时，所述层在其干燥之前或之后在步骤(c)中与所述中间基板分离，以形成多孔板。
8.制造多孔电极的方法，其特征在于，当步骤(a)中提供的所述胶体悬浮液或糊状物包含有机添加剂如配体、稳定剂、粘合剂或残留有机溶剂时，对根据权利要求1至6中任一项的步骤(c)中干燥的所述层或根据权利要求7的所述多孔板进行热处理，优选在氧化气氛中进行。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的制造多孔电极的方法，其中所述电极活性材料p选自由以下形成的组：
10.根据权利要求1至8中任一项所述的制造多孔电极的方法，其中所述电极活性材料p选自由以下形成...
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