用于锂电池的电极的制作方法

用于锂电池的电极的制作方法
【专利摘要】阴极或阳极，其中所述阴极粘合剂或阳极粘合剂包含只溶于离子液体中的纤维素和/或纤维素衍生物或由其组成，其制备方法和纤维素和/或只溶于离子液体中的纤维素衍生物作为粘合剂用于制备阴极和阳极，特别是电池电极的用途。
【专利说明】用于锂电池的电极
[0001]本申请要求了 DE 10 2010 061 485.8的优先权。该优先权文件通过参考全部引入本申请公开内容中。
[0002]本申请中引用的所有文件通过参考全部引入本申请公开内容中。
[0003]本发明涉及提高电池电极的环境友好性和使用这些电极的锂电池，用于制备电池阴极和阳极的环境友好的的方法以及含有一个或多个这些组件(Komponenten)的电池。
[0004]本发明特别涉及用于锂电池的电极，所述电极包含纤维素、优选天然纤维素、和/或可溶于离子液体的纤维素衍生物，用于制备这些电极的方法和它们的用途。
[0005]现有抟术:
对于便携式电子器械例如个人数字辅助设备(PDA)、蜂窝电话和笔记本电脑的需求一直不断增加。设计这些便携式器械使得它们更加紧凑、更薄和更轻的需要同样也日益增加。除了这一已经非常广泛且连续增长的市场之外，基于混合动力驱动的车辆看起来也处于非常先进的开发状态并将持续增长使用。相应地，为这些器械供应电源的电池是这些器械中更加重要的组成部分。迄今为止特别使用锂电池作为用于该类便携式器械的主要电源并被认为是向混合动力、插电(plug-1n)混合动力(电池也在电源处充电)和完全电动车辆供应电源的唯一可能，因为它们非常轻且具有高的能量密度。
[0006]锂电池尤其包含活性阴极材料、活性阳极材料和隔膜。例如，可以用于锂电池的活性阴极材料和活性阳极材料由US 5，837，015、US 5，635，151已知。用于锂电池的活性阴极材料可以由含锂过渡金属氧化物构成，例如LiCo02、LiMn02、LiNiO2和二元或三元化合物(LiCo(1_x_y)NixMny02)、硫属元素化合物如MoS2、和金属磷酸盐如LiFeP04。由于这些化合物具有层状晶体结构，锂离子可以可逆地嵌入这些结构中/从这些结构中解脱。为此，常常使用这些化合物作为用于锂电池的活性阴极材料。
[0007]所述活性阳极材料可以是金属锂，但是针形锂枝状体(Dendriten)可以接着在锂表面生长。这种情况会发生，因为锂在电池充电/放电过程中反复溶解和再沉淀。由此，针形枝状体对放电/充电效率会具有不利影响并通过与阴极接触甚至可能引起内部短路。为了对抗这些问题，可以使用可逆地嵌入和解脱锂离子的材料作为阳极材料。这种材料可以是锂合金、金属粉末、石墨或含碳材料、金属氧化物或金属硫化物。
[0008]需要粘合剂以便将粉末电极材料与电流输出弓I线(Stromableiter )粘合在一起和形成片状电极。
[0009]迄今为止，使用合成制备的聚合物制造锂电池电极和隔膜，所述聚合物如PE (聚乙烯)、PP (聚丙烯)、ΡΕ0 (聚环氧乙烷)、ΡΡ0 (聚环氧丙烷)、PTFE (聚四氟乙烯),PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)、PAN(聚丙烯腈)、PS (聚苯乙烯)、SBR(苯乙烯-丁二烯橡胶)和许多其它聚合物，分别单独或以这些材料的混合物使用。尽管如此，PVdF (聚偏二氟乙烯，原样或作为共聚物，则通常为PVdF-HFP，其中HFP是六氟丙烯)迄今为止已经是最广泛使用的粘合齐U。这些粘合剂中的大多数要求使用挥发性的有机溶剂如N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，这些有机溶剂对人类是有毒的并且根本不是环境友好的。结果是制备方法非常复杂并且需要非常高的装置费用。为了对抗这些问题，日本公开的说明书JP 05-074461公开了使用苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)-基粘合剂和羧甲基纤维素(CMC)-基粘合剂用于制备活性阳极材料的含水淤浆的方法。在此情况下，使用水作为溶剂。另外，US 2005 074669 Al公开了 CMC粘合剂中羧基取代对使用已经用此粘合剂制备的阳极制成的锂电池的性能的影响。
[0010]羧甲基纤维素或CMC，S卩:具有结合在纤维素骨架的某些羟基上的羧甲基基团(-CH2-COOH)的纤维素衍生物，通过纤维素与氯乙酸的碱催化反应制备。然而，此方法较昂贵且要求使用有毒的化学品。
[0011]另一方面，纤维素是环境友好的粘合剂，它不要求另外的化学处理(除了除去其植物源的残余物之外)。纤维素是地球上最丰富的有机化合物。所有植物材料的大约33%是纤维素(棉花中高达90%，木材中高达50%)。另外，基本上可以由任何植物得到。
[0012]目的:
因此，本发明目的是克服现有技术的所述缺点。特别地，应当发现用于粉末阳极和/或阴极材料的更环境友好的粘合剂和使用这些粘合剂制备阳极和阴极的方法。
[0013]目的的实现:
通过阴极或阳极、用于制备它们的方法和天然纤维素作为粘合剂用于制备阴极和阳极、特别是电池电极的用途实现了此目的，其中所述阴极或阳极粘合剂包含纤维素、优选天然纤维素、和/或可溶于离子液体的纤维素衍生物或由其组成。
[0014]术语的定义:
在本发明中，所有指明的量都是以重量计，除非另外说明。
[0015]在本发明中，术语“室温”是指20°C的温度。所述温度为摄氏度(°C )，除非另外说明。
[0016]除非另外说明，所述反应或方法步骤在常压/大气压下，即在1013mbar下进行。
[0017]在本发明中，术语“复合物”是指材料的物理和/或化学混合物或化合物。
[0018]在本发明中，术语“离子液体”是指单独由阳离子和阴离子组成的液体。这些液体具有100°C以下的低熔点。该离子液体在室温下基本上不具有蒸气压。参与离子的尺寸和对称性防止形成强的晶格。即使小的热能也足以克服晶格能和破坏固体晶体结构。特别地，对本发明来说，离子液体是在10-80°C范围的温度下，特别是在室温下为液态的材料。
[0019]在本发明中，与根据本发明也可以使用的完全合成制备的纤维素不同，术语“天然纤维素”指的是来自各种天然源的纤维素，特别是来自棉花、亚麻、苎麻、竹子、秸杆、细菌、木材、甘蔗渣。
[0020]详细描沭:
本发明涉及用于制备阴极和阳极的环境友好的方法，在该方法中使用纤维素作为粘合齐U，和涉及含有这些组件的全部或部分的锂电池。本发明特别涉及天然纤维素作为粘合剂用于制备电池电极的用途。为此将天然纤维素溶解于完全可再循环的离子液体中。在纤维素基电极淤浆已经被施涂到传导电子的基材上之后，使用水(或C1-C5-醇)作为共溶剂通过转相法除去离子液体。由此，可以不需要使用环境污染的易挥发性有机化合物(VOC)来制备电池电极。这些组件可以用于制备具有优异特性的锂电池。
[0021]本发明相应地提供阴极和阳极，其中使用天然纤维素作为粘合剂，优选电池电极，和含有这些组件的全部或部分的电池，特别是锂电池。
[0022]本发明相应地也提供制备阴极和阳极、特别是电池电极的方法，其中a)将天然纤维素溶解于
i)完全可再循环的离子液体，或
ii)完全可再循环的离子液体混合物，或
iii)至少一种完全可再循环的离子液体和水的混合物，
b)然后将纤维素基电极淤浆施涂到传导电子的基材、特别是电源输出箔上，或糊到电源输出网或泡沫体中，
c)用水(或天然的醇)作为共溶剂通过转相法除去所述离子液体。
[0023]在本发明中，完全可再循环意味着离子液体可以通过本领域常规的措施例如过滤、蒸馏等与其它材料分离，并且以至少90%，优选至少95%，特别是至少98%的纯度回收至至少90重量％，优选至少95%，特别是至少98重量％的程度，其中所述纯度是基于离子液体相对于不是离子液体的其它材料的含量。
[0024]本发明进一步提供天然纤维素作为粘合剂用于制备阴极和阳极，特别是电池电极的用途。
[0025]已经令人惊奇地发现，在本发明的情况下其中使用天然纤维素作为粘合剂的电池阴极和阳极产生与使用常规粘合剂制备的电池阴极和阳极一样好的作用，即使纤维素具有更多OH基团，这 被认为在锂电池电压范围内相对是不稳定的。
[0026]本发明的阳极和阴极可以用于制备电池，特别是锂电池，所述电池具有现有技术状况(state-of-the-art)特征但是另外具有更容易再循环性的优点。因为粘合剂可以在电池寿命周期结束时通过电极的简单热解而除去。纤维素热解在制备时仅仅导致产生二氧化碳和水，这是对环境没有损害的。
[0027]本发明的实施方案包括含有纤维素作为粘合剂的锂电池阴极和阳极。另外，在另外的实施方案中，本发明包括含有上述锂电池组件中的一种或两种的锂电池。
[0028]在本发明优选的一个方面，锂电池组件中使用的纤维素粘合剂通过溶解在离子液体(或离子液体的混合物或离子液体与水的混合物)中制备和通过使用水(或醇)作为共溶剂的转相法进行沉淀。
[0029]在本发明的实施方案中，使用阴极形成材料和纤维素制备锂电池阴极。
[0030]根据本发明的阴极板可以通过将天然纤维素溶解在离子液体或离子液体混合物或离子液体与水的混合物中制备。
[0031]粘合剂溶解后，加入活性阴极材料和任选地导电材料并通过搅拌得到阴极淤浆。然后将淤浆施加到电源输出箔片上，其中该箔片可以是金属箔片、导电塑料(Kunststoff)膜或用碳涂覆的金属箔片或导电塑料膜，优选选自铝箔、镍箔、钛箔、不锈钢箔、碳涂覆的铝箔、碳涂覆的镍箔、碳涂覆的钛箔、碳涂覆的不锈钢箔。施涂到箔片上的淤浆接着用水作为共溶剂经历转相法以便从阴极涂层中除去离子液体。离子液体是非常亲水的并且当涂覆的电极浸入时离子液体迁移到水相中。
[0032]另外，在本发明的变型中，可以使用C1-C5-醇替代或与水一起作为共溶剂，所述醇优选选自甲醇、乙醇、丙醇的所有异构体、丁醇的所有异构体、戊醇的所有异构体和它们的混合物。
[0033]转相法包括将涂覆的阴极导入去离子水中。
[0034]在此将涂覆的电极浸入水相中，其中由于其高的亲水性，离子液体迁移到水中。[0035]转相法通常是已知的，在此不必做详细描述；使用实例可例如在Du Pasquier等，2000，Solid State 1nics 135，249-257 或 DE 10 2008 041 477 Al 中找到。[0036]此方法可以多次重复。离子液体可以通过将水溶液过滤(以便除去在转相过程中可能形成的固体颗粒)并随后特别是通过使用旋转蒸发器蒸发出水而从水溶液中完全回收。
[0037]除去离子液体后，将涂覆的阴极干燥以便形成阴极板。
[0038]特别地，阴极形成材料可以含有活性阴极材料和导电材料，所述活性阴极材料含有磷酸锂铁(LiFePO4)但不局限于此。
[0039]作为导电材料，可以使用本领域熟练技术人员已知和通常在电池中使用的所有导电材料，优选基于导电炭黑、石墨或金属的材料，特别优选选自石墨、镍、铝、钛和它们的混合物。
[0040]在本发明中，活性阴极材料可优选选自:
锂复合氧化物，优选为通式LiwAxByCzOv,其中A、B、C选自Mn、Co、N1、Mg、Zn、Cu、Ga、Al、Cr、Ge、Sn、Nb、Ta、V 和 Ti，W、X、y、z = 0_l，x + y + z = l 且 v = 0_3,
锂复合磷酸盐，优选为通式LiwAxByCz(PO)4，其中A、B、C选自Fe、Co、N1、Mn、Mg、Zn、Cu、Ga、Al、Cr、Ge、Sn、Nb、Ta、V 和 Ti，W、X、y、z = O - 1，x + y + z = I,
锂复合硅酸盐，优选为通式Li2wAxByCz(SiO)4，其中A、B、C选自Co、N1、Mn、Mg、Zn、Cu、Ga、Al、Cr、Ge、Sn、Nb、Ta、V 和 Ti，W、X、y、z = O - 1，x + y + z = I,
单质硫(元素硫)、
阴极电解质，其中溶解有Li2Sn，其中η >= 1，优选选自Li2S、Li2S2、Li2S4、Li2S6、Li2S8和它们的混合物，
有机硫，优选CxH2xS，其中11x15，
和(C2Sx)y，其中 2.5〈= X <= 20 和 y >= 2，
溴、碘和它们的混合物。
[0041]在本发明特别优选的变型中，活性阴极材料是LiFeP04。
[0042]在本发明的变型中可以使用的另外的阴极材料是现有技术中常规使用的那些。
[0043]因此，例如，M.Pasquali, S.Passerini and G.Pistoia 在 Science andTechnology of Lithium batteries, Kluwer Academic Publishers 311,第 11 章中，下列:
LiMn2_xMx04,其中 x = 0.5，LiNi02、LiCo02、LiCo^ryNixMyO2、LiMn204、Li1+yMn2_xMx04、LiMnO2, LixMn1^yMyO2, Li [LixMyMn1^y] O2, LiFePO4, Mn 尖晶石、LixMn02、LixVyOz、硫、多硫化物、FeS20
[0044]根据本发明的锂电池阴极电流收集器(阴极板)可以由在电池中不是化学反应性的任何电子导体构成。例如，所述电流收集器可以由不锈钢、N1、Al、Ti或C构成。不锈钢表面可以用C、N1、Ti或Ag涂覆。
[0045]阴极电流收集器可以优选由铝或铝合金组成，优选由铝组成。
[0046]纤维素粘合剂的量可以在0.1 - 40重量％，优选1-35重量％，特别优选5 - 25重量％范围内变化，基于完全的阴极组合物计。在此情况下，完全的阴极组合物可以包含活性阴极材料、导体材料和纤维素粘合剂。[0047]在本发明另外的实施方案中，使用阳极形成材料和纤维素制备锂电池阳极。
[0048]阳极板可以通过将天然纤维素溶解到离子液体或离子液体与水的混合物中制备。
[0049]粘合剂溶解后，加入活性阳极材料和任选地导电材料以通过搅拌制备阳极淤浆。然后将淤浆施加到箔片上，其中该箔片可以是金属箔片、导电塑料膜或用碳涂覆的金属箔片或塑料膜，优选选自铜箔、镍箔、不锈钢箔、碳涂覆的铜箔、碳涂覆的镍箔、碳涂覆的不锈钢箔。
[0050]施涂的淤浆接着用水作为共溶剂经历转相法以便从阳极涂层中除去离子液体。
[0051]另外，在本发明的变型中，可以是C1-C5-醇替代或与水一起作为共溶剂，优选所述醇选自甲醇、乙醇、丙醇的所有异构体、丁醇的所有异构体、戊醇的所有异构体和它们的混合物。
[0052]转相法包括将涂覆的阳极导入去离子水中。
[0053]在此将涂覆的电极浸入水相中，其中由于其高的亲水性，离子液体迁移到水中。
[0054]此方法可以多次重复。离子液体可以通过过滤(以便除去在转相过程中可能形成的固体颗粒)并随后特别是借助旋转蒸发器蒸发出水而从水溶液中完全回收。除去离子液体后，将涂覆的阳极干燥以便形成阳极板。
[0055]特别地，阳极形成材料可以包含活性阳极材料，所述阳极活性材料可包含含碳材料和导电材料，但并不局限于此。
[0056]作为导电材料，可以使用本领域熟练技术人员已知和通常在电池中使用的所有导电材料，优选基于导电炭黑、石墨或金属粉末或金属须的材料，特别优选选自石墨、镍、铝、钛和它们的混合物。
[0057]在本发明中，活性阳极材料优选选自:
-含碳材料如天然石墨、合成石墨、焦炭、碳纤维，
-选自Al、S1、Sn、Ag、B1、Mg、Zn、In、Ge、Pb、Ti和它们的混合物的元素，该元素可以与Li形成合金，
-含有至少一种选自Al、S1、Sn、Ag、B1、Mg、Zn、In、Ge、Pb、Ti和它们的混合物的元素的化合物，所述化合物可以与锂形成合金，
-复合化合物，由至少两种或更多种选自Al、S1、Sn、Ag、B1、Mg、Zn、In、Ge、Pb、T1、碳
的元素组成，
-含锂的亚硝酸盐，
-锂复合氧化物，优选为通式LiwAxByCzOv，其中A、B、C选自Al、S1、Sn、Ag、B1、Mg、Zn、In、Ge、Pb、Ti 和混合物，W，x, y, z = 0-1, x+y+z=l 和 V = 0-3,
-锂复合钒酸盐，优选为通式LiwAxByCz(VO)4，其中A、B、C选自Al、S1、Sn、Ag、B1、Mg、Zn、In、Ge、Pb、Ti 和混合物，W，x, y, z = O -1, x + y + z = I,
或其混合物。
[0058]根据本发明的锂电池阳极电流收集器可以由在电池中不是化学反应性的任何电子导体构成。例如，所述电流收集器可以由不锈钢、N1、Cu、Ti或C构成。不锈钢表面可以用C、N1、Ti或Ag涂覆。
[0059]特别地，阳极电流收集器可以由铜或铜合金制成，特别是由铜制成。纤维素粘合剂的量可以在0.1 - 40重量％，优选1-35重量％，特别优选5-25重量％范围内变化，基于全部的阳极组合物计。在此情况下，总的阳极组合物可以包含活性阳极材料、导体材料和纤维素粘合剂。
[0060]特别地，在本发明中，用于纤维素的溶剂可以是1-乙基-3-甲基咪唑鎗乙酸盐(本发明中也缩写为EMIAc)，但并不局限于此。可以用于此目的的其它离子液体特别是EMI+H2PCV和所有1-烷基-3-甲基咪唑鎗乙酸盐化合物。
[0061]在本发明的一个变型中可以使用的化合物的实例可见于DE 10 2005 017 715Al, DE 10 2005 062 608 Al, DE 10 2006 042 892 Al, WO 2008/119770 Al。
[0062]下面将描述根据本发明制备锂电池的方法。
[0063]根据本发明的锂电池中使用的锂盐可以由溶解在有机溶剂中形成锂离子的任何锂化合物组成。
[0064]在本发明中，锂化合物优选选自高氯酸锂(LiClO4)、四氟硼酸锂(LiBF4)、六氟磷酸锂(LiPF6)、三氟甲磺酸锂(LiCF3SO3)、双(三氟甲磺酰基)胺化锂(LiN(CF3SO2)2)和它们的混合物。
[0065]在本发明中，锂盐的浓度可以在0.5_2mol/l的范围内变化。如果锂盐浓度超出此范围，离子导电性会令人不希望地降低。含该类无机盐的有机电解质溶液可以起到路径(Pfad)作用，通过它锂离子在电流方向上流动。
[0066]用于适合于本发明目的的电解质溶液的有机溶剂可以优选选自聚二醇醚、氧杂戊环、碳酸酯、2-氟苯、3-氟苯、4-氟苯、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷和它们的混合物。
[0067]聚二醇醚可以选自二甘醇二甲醚(C3(OCH2CH2)2OCH3)、二甘醇二乙醚(C2H5 (OCH2CH2) 20C2H5)、三甘醇 二甲醚(CH3 (OCH2CH2) 30CH3)、三甘醇 二乙醚(C2H5 (OCH2CH2) 30C2H5)和它们的混合物。
[0068]二氧杂戊环可以选自1，3_二氧杂戊环、4，5-二乙基二氧杂戊环、4，5-二甲基二氧杂戊环、4-甲基-1，3- 二氧杂戊环、4-乙基-1，3- 二氧杂戊环和它们的混合物。
[0069]碳酸酯选自碳酸亚甲酯、碳酸亚乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、Y-丁内酯、碳酸亚丙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲基乙基酯、碳酸二乙酯、碳酸亚乙烯酯和它们的混合物。
[0070]在本发明的一个变型中，有机溶剂可以是碳酸亚乙酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)的混合物。
[0071]在本发明的一个变型中，使用的溶剂的量可以相当于常规锂电池中使用的量；锂盐的浓度优选为0.5-2.0mol/1溶剂。
[0072]在本发明中，隔膜可以由通常用于锂电池中的任何常规隔膜组成。隔膜应当在电解质中对离子迁移具有低的阻力和具有高的电解质保留能力。例如，隔膜可以选自玻璃纤维、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、羧甲基纤维素和这些材料的组合，所述隔膜可以以纺织物或无纺物形式存在。特别地，该隔膜可以由聚乙烯和/或聚丙烯多孔膜制成，所述多孔膜由对有机溶剂具有相对低的反应性组成。
[0073]隔膜也可以是聚电解质，在电池装配之前将其以任意方式施涂到一个或两个电极上。特别地，聚电解质由基质形成聚合物树脂组成，所述树脂通常用作用于电极板的粘合齐U。例如，基质形成聚合物树脂可以由羧甲基纤维素、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚环氧乙烷和这些材料的任何组合。
[0074]基质形成聚合物树脂也可以含有填料以便增加聚合物电解质的机械强度。填料优选可以由二氧化硅、高岭土或铝组成。另外，如果需要，基质形成聚合物树脂可以含有常规的增塑剂。
[0075]根据本发明可以使用的电极(阴极、阳极)可以在常规的锂电池如原电池、二次电池和硫电池中使用。根据本发明的电极可以在任何形状的锂电池中使用，例如圆柱状、长方形、圆盘形或其它构造类型，但并不局限于此。
[0076]本发明使得可以使用天然纤维素作为粘合剂用环境友好的、价廉的方法制备电池组件(阴极、阳极)。与使用合成粘合剂如PVdF或CMC制备的相应的电池相比，使用这些组件制备的锂离子二次电池显示了突出的性能。
[0077]根据本发明，在常规锂电池生产中使用的环境有害的有机溶剂和方法用非挥发性的完全可回收的离子液体和环境友好的水替代。
[0078]相应地根据本发明制备的锂电池可以作为用于便携式电子器械如蜂窝电话、PDA和笔记本电脑以及电动车辆的电源广泛应用。
[0079]另外，使用锂电池保证了器械的安全性和长寿命。
[0080]根据本发明，已经找到了用于具有锂离子电池已知构成部分的本身已知的二次电池的新的粘合剂。用于已知的粉末状电极混合物(由用于阴极和阳极的已知活性材料和导电性改进剂组成以及用于粘合到已知载体材料上)的唯一的粘合剂，所述粘合剂在带有已知的隔膜材料和已知的电解质的已知的电池构型中使用，由纤维素和/或仅仅可溶于离子液体中的纤维素衍生物组成，优选纤维素，特别优选天然纤维素，所述纤维素以已知的方式溶解于离子液体中。用这些溶液制备电极糊料并将其施涂到载体材料上。然而，用转相法代替常规蒸发有机溶剂从电极中除去离子液体。
[0081]本发明的各种实施方案，举例但不是唯一地各从属权利要求的那些方案，可以以任意方式相互结合。
[0082]图1说明了如实施例1和2中所述制备纤维素基电池组件的方法。
[0083]图2说明了如实施例1中制备的纤维素基阴极在锂金属电池中的性能。上面的曲线说明了 20个循环时间内电极的电容。下面的曲线说明了在一般的锂化/去锂化循环期间电压曲线。
[0084]图3说明了如实施例2中所述制备的纤维素基阳极在锂金属电池中的性能。上面的曲线说明了 20个循环时间内电极的电容。下面的曲线说明了在一般的锂化/去锂化循环期间电压曲线。
[0085]图4说明了使用实施例1和2的组件制备的锂电池单元的性能。上面的曲线说明了 20个循环时间内电池的电容。下面的曲线说明了在一般的充电/放电循环期间电压曲线。
[0086]现在将参考下面的非限制性实施例举例说明本发明。
[0087]实施例:
实施例1:
下面的实施例涉及用于制备根据本发明的锂电池阴极的方法。将0.04 g纤维素溶解于
1.56 g 的 EMIAc (BASF)中。将 1.0 g 的 LiFePO4 (Sud Chemie)和 0.107 g 的导电碳(导电炭黑)Ketjen Black (AKZO Nobel)加入到纤维素在EMIAc中的溶液中。搅拌此混合物，形成均匀的淤浆。通过刮涂将此淤浆施涂到铝箔上。施涂的淤浆厚度设定为0.05mm，施涂速度设定为IOOmm/秒。得到200 cm2的涂覆面积。将该涂敷的铝箔置入水中并在其中放置30分钟以萃取EMIAc。然后将该铝箔在空气中在20°C下干燥2小时，接着在60°C下干燥6小时以得到阴极板。过滤该水溶液并蒸发出水以便回收所有的EMIAc。
[0088]实施例2:
下面的实施例举例说明用于制备根据本发明的锂电池阳极的方法。使用纤维素作为粘合齐U。将0.05 g纤维素溶解于1.95 g的EMIAc中。将1.0 g的石墨SLP30 (TiMCAL)作为活性阳极材料和0.05 g的导电碳(导电碳黑)Super P (TIMCAL)加入到纤维素在EMIAc中的溶液中。搅拌此混合物，形成均匀的淤浆。通过刮涂将此淤浆施涂到铜箔上。施涂的淤浆厚度设定为0.05mm，施涂速度设定为IOOmm/秒。得到200 cm2的涂覆面积。将该涂敷的铜箔置入水中并在其中保持30分钟以萃取EMIAc。然后将该箔片在空气中在20°C下干燥2小时，接着在60°C下干燥6小时以得到阳极板。过滤该水溶液，蒸发出水并回收所有的EMIAc。
[0089]实施例3:
下面的实施例举例说明使用根据本发明的纤维素基阴极制备锂金属电池的方法。从如实施例1制备的阴极箔片上切割阴极圆盘(12mm直径，也称作阴极板)。
[0090]从商品锂箔片(Chemetall)上切割锂金属阳极。
[0091]使用12mm的无纺玻璃纤维圆盘(Whatman)作为隔膜。该隔膜布置在阴极板和阳极板(锂)之间。将该电极结构放置在T形的电池壳体中，接着注入非水性电解质溶液并接着将壳体密封以得到二次锂离子电池。
[0092]该非水性电解质溶液由溶解在重量比为50:50的碳酸亚乙酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)的混合物中的I摩尔浓度的LiPF6溶液组成。
[0093]实施例4:
下面的实施例举例说明使用如实施例1和2中描述得到的本发明的电池组件制备锂离子电池的方法。从如实施例1所述的阴极箔片上切下阴极圆盘(12_直径，也称作阴极板)。以类似的方式，从如实施例2所述的阳极箔片上切割阳极板。将两个电极在烘箱中在90°C干燥10小时。
[0094]使用12mm的无纺玻璃纤维圆盘(Whatman)作为隔膜。该隔膜放置在阴极板和阳极板之间。将该电极排列放置在T形的电池壳体中，接着注入非水性电解质溶液并接着将壳体密封以得到二次锂离子电池原型。
[0095]该非水性电解质溶液由溶解在重量比为50:50的碳酸亚乙酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)的混合物中的I摩尔浓度的LiPF6溶液组成。
【权利要求】
1.阴极或阳极，其中所述阴极粘合剂或阳极粘合剂包含纤维素和/或只溶于离子液体中的纤维素衍生物或由其组成。
2.如权利要求1所述的阴极或阳极，其特征在于所述粘合剂是纤维素，优选是天然纤维素。
3.如权利要求1或2所述的阴极或阳极，其特征在于纤维素粘合剂的量在0.1-40重量％，优选1-35重量％，特别优选5-25重量％范围内变化，以完全的阴极或阳极组合物为基础计。
4.制备阴极和阳极的方法，其中 a)将纤维素和/或只溶于离子液体中的纤维素衍生物溶解于
i)离子液体，优选完全可再循环的离子液体，或
ii)离子液体混合物，优选完全可再循环的离子液体的混合物，或
iii)离子液体，优选完全可再循环的离子液体，和水的混合物， b)接着将所述纤维素基的电极淤浆施加到适合的基材上， c)用水(或醇)作为共溶剂通过转相法除去所述离子液体。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于所述粘合剂是纤维素，优选是天然纤维素。
6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于使用选自EMIAc、EMI+H2PO2'1-烷基-3-甲基咪唑鎗乙酸盐化合物和它们的混合物的离子液体作为离子液体。
7.纤维素和/或只溶于离子液体中的纤维素衍生物作为粘合剂用于制备阴极和阳极，特别是电池电极的用途。
8.如权利要求7所述的用途，其特征在于所述粘合剂是纤维素，优选是天然纤维素。
【文档编号】H01M4/62GK103534850SQ201180068153
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2011年12月20日 优先权日:2010年12月22日
【发明者】M.温特, S.杰安格, S.帕塞里尼 申请人:罗克伍德锂有限责任公司, 大众汽车有限公司, 赢创利塔里安有限责任公司