纳米复合电极（１００），该电极包含集流体（１１０）、电活性层（１５０）、接触集流体表面的导电粘合剂（１３０）、以及与集流体和电活性材料电连通的中间层区域（１４０）。所述中间层区域介于集流体和电活性层之间并且包括与一部分电活性层相混合的一部分导电粘合剂。所述电活性层包括表面积为至少约１０ｍ↑［２］／ｇ的电活性材料。所述导电粘合剂可至少部分溶于电极浇注溶剂。还提供了包含具有中间层区域的电极的电化学装置例如锂二次电池、以及制备这些电极和电化学装置的方法。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及非水电解质二次电池和电极。特别地，本专利技术涉及含锂电极，该电极具有纳米级电活性材料和涂有导电粘合刑的集流体。
技术介绍
在电化学电池的电极例如用于可再充电电池的那些电极的构造中的挑战，是在电极的导电元件和相应集流体之间实现良好的电连接.集流体典型地由金属例如铝的薄片制成，作为形成电极的一部分，使用压延处理，其中将电极材料压到集流体中。压延过程的高机械力导致电极材料的颗粒机械地附着到集流体上，本质上使金属片变形并在集流体与电极的其余部分之间形成机械互锁(interlock)。美国专利No. 11/396， 515(标题为"Nanoscale Ion StorageMaterials"，通过引用将其整体并入本文中)公开了用于电化学电池的纳米级材料.这些材料比常规的粗粒电极材料具有小得多的颗粒尺寸和相应更髙的表面积.高的表面/体积比或比表面积，以及它们较小的晶体尺寸，提供了与它们的粗粒相应物相比根本不同的物理性能.然而，用纳米级材料制成的电极在制造中提出新挑战。例如，高压力压延处理自身不足以获得纳米级电极材料对集流体的机械附着.由纳米级材料制备的用于制备复合电极层的浆料的材料性能由于较小的颗粒尺寸而改变.这种差异以及纳米级材料的较高表面积，在压延期间抑制颗粒与臬流体之间形成机械互锁.因此，由于纳米级组合物的改变的材料性能以及材料的独特尺寸(即，缺乏常规电极材料的宏观边缘和点)，这些颗粒不能被压入到集流体内形成较大尺度常规材料所实现的机械互锁.此外，为获得对集流体表面进行涂覆所需的流变能力，纳米级电极材料的浆料必须比由较大尺度电极材料制成的浆料更加稀(即，具有更高的溶刑分数).当这些浆料干燥时，存在粘结刑与集流体分离的倾向，导致电极对集流体的锚固较不有效，进而损害集流体与电极材料之间的电连接.另外，这些浆料在干燥期间的体积变化比由常规较大尺度材料制备的浆料更髙，从而增加了干燥期间所不期望的电极开裂和剥落的可能.集流体的处理例如通过涂层，集中在不溶于电极制造过程中所用溶剂的材料。在本文所述的专利技术之前，认为可溶涂层或粘合剂是不期望的，因为据认为在集流体-电极界面处的溶解作用导致这两种材料之间的附着力的损失.此外，集流体涂层具有降低集流体与电极活性材料之间的电连接性的可能.〖0006]美 国专利No. 5, 554， 459提供了用于电极集流体的涂层组合物.该涂层组合物包括聚烯烃基组合物例如聚(乙烯-共-丙烯酸)共聚物，所有这些均不溶于普通电极浇注溶刑(例如NMP),所述涂层组合物将电极的活性材料与集流体隔开，潜在地导致集流体与电极活性材料之间的降低的电连接性.专利技术概述〖0007]在一方面，提供纳米复合电极.该电极包括集流体、电活性层、接触集流体表面的导电粘合剂、和介于导电粘合剂层与电活性层之间的中间层区域，所述电活性层包括具有至少约10 mVg表面积的电活性材料.所述中间层区域与集流体和电活性层电连通并且包括与 一部分电活性材料相混合的 一部分导电粘合刑.在另一方面，纳米复合电极包括集流体、电活性层、和接触集流体表面的导电粘合刑.所述电活性层包括具有至少约10 m7g表面积的电活性材料并且以溶剂基复合物浇注成.所迷导电粘合刑至少可部分溶于电极浇注溶剂.还提供了包含具有中间层区域的电极的电化学装置，例如锂二次电池和Li离子蓄电池.还提供了用于制造这些电极和电化学装置的方法。附图简述通过参考下面的详细描述并结合下面的附图，可更加全面地理解本专利技术及其许多优点，给出这些附图仅出于说明目的而不意欲限制所附权利要求书的范围，其中图l是本文所述纳米级复合电极的图示，其包括中间层区域，该中间层区域具有与 一部分电活性材料相混合的 一部分导电粘合剂.图2是显示具有螺旋巻绕电极的示例性锂二次电池的橫截面视图.专利技术详述本文所述电化学电池包括纳米级电极材料.通过施用到集流体表面的导电粘合剂实现纳米级电极材料与集流体之间的电连通.本文描述的电化学电池包括与涂覆集流体和电活性层电连通的中间层区域.电活性层包括纳米级电活性材料、聚合物粘结剂、和任选的导电添加剂.在一些实施方案中，导电粘合剂包括导电材料和聚合物.中间层区域包括与一部分粘合剂层相混合的一部分电活性层.例如，中间层区域包括与导电粘合剂的聚合物和/或导电材料密切接触的一部分纳米级电活性材料.在一些实施方案中，电活性层的粘结刑和/或导电添加刑与中间层内的一部分导电粘合剂密切接触.在一些实施方案中，中间层区域介于涂覆集流体与电活性层之间.本专利技术人意外地且与直觉相反地发现，可溶于电极浇注溶刑的导电粘合刑导致改良的电极材料对集流体的附着性，并且导致改良的电连接.如上所示，可溶于电极組件(assembly)所用溶剂中的材料通常不用作涂褒材料，因为担心粘合层及最终装置的稳定性.在制备本文所述电极的一个或多个实施方案中，当导电粘合剂与电极浆料接触时，粘合剂软化，从而允许纳米级电活性材料以及其它电极組分与导电粘合剂相混合，形成中间层区域，该中间层区域的特征在于电极材料与导电粘合剂密切接触，该过程导致电极材料和集流体之间的化学-机械连接，这种连接至今不可能使用常规压延技术产生，中间层区域与集流体和电极其余部分内的电活性材料电连通，因此导致意想不到地改善的电性能。本专利技术人还发现，电极性能由于中间层区域的形成而得到改善.特别地，本专利技术人意外地发现，当导电粘合剂可部分溶于电极浇注溶剂时，形成中间层区域，从而导致装置的阻抗随着对集流体的附着性的改善而降低。不受具体理论束繂，认为导电粘合剂的部分溶解性允许粘合剂与中间层区域内阴极的导电材料之间的密切连接.对于电极及其相关装置，这种密切连接导致较低的电阻并相应导致较低的阻抗.特别地，当阴极活性材料由纳米级材料或高表面积材料构成时，粘合刑与中间层区域内的电活性材料之间的连接得到进一 步改善，导致甚至更低的电阻抗.特别对于纳米级材料，在该材料中存在产生阻抗的更多接触点(通过高表面积)，由导电粘合剂的溶解性产生的髙接触面积改善电极的总电阻.在一个或多个实施方案中，本专利技术的电极通过制备如下电极层制成，所述电极层允许锂快速扩散到整个该层.在一些实施方案中，导电添加剂与电极的活性材料包括在一起.本专利技术的电极和电池结构以及材料依照于美国专利申请No. 11/052， 971中所述的一般方法和材料，该专利申请的标题为"Lithium secondary cell with highcharge and discharge rate capability"(对应于美国专利公开No. 2005/0233219 )，通过引用将其并入本文中.〖0017]在一个或多个实施方案中，通过制备半液态糊料(paste)制造电极，所述糊料包含均匀分散于聚合物粘结刑在合适的浇注溶刑中的溶液中.将糊料施用至已涂有导电性粘合剂的集流体箔片或栅板的两侧.然后千燥施用的正电极组合物，形成电活性层.示例性的浇注溶刑包括但不限于下面的一种或多种n-甲基吡咯烷酮(nmp) 、 y-丁内酯(Y-BL) 、 二甲基甲酰胺、丙酮或发现使用本领域技术人员公知的方法可溶解或部分溶解导电粘合刑的任何其它溶刑.金属基材例如铝箔或金属网板用作集流体.为改善活性层对集流体的附着，将导电粘合剂例如薄的碳聚合本文档来自技高网...
【技术保护点】
纳米复合电极，包含： 集流体； 电活性层，其包含表面积为至少约１０ｍ２／ｇ的电活性材料；和 接触集流体表面的导电粘合剂层；和 介于导电粘合剂层和电活性层之间并与集流体和电活性层电连通的中间层区域，所述中间层区域包括与 一部分电活性层相混合的一部分导电粘合剂层。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：R威尔金斯，AS古兹德兹，HC什奥，
申请(专利权)人：A一二三系统公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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