用于电化学能量储存装置的含有交联粘合剂的电极的制作方法

本公开内容涉及包含电极活性材料和交联粘合剂的电极，以及用于生产其的方法。二次电池是可再充电的并且能够储存能量，以及反复充电和放电。现有市售可得的二次电池包括例如镍镉电池、镍氢电池、锌电池和锂电池，其中锂电池的特征在于低自放电倍率和高能量密度。锂二次电池(本文中也称为“锂离子”或“li离子”电池，并且缩写为“lib”)包括(composed of)布置在两个集流体(current collectors，集电器)之间的两个电极(阴极和阳极)，以及布置在所述电极之间并且配置为将所述电极彼此电隔离、同时提供其间的离子连接的隔板(separator，隔膜)。二次锂离子电池的阴极通常含有锂基氧化物或锂基磷酸盐作为活性材料，而阳极活性材料一般选自碳基材料和硅基材料中的一种或多种。隔板通常通过含有解离的锂导电盐的离子导电电解质(电解液，electrolyte)填充。锂离子在充电和放电期间在锂离子电池的电极之间迁移，并嵌入到各自的活性材料中。通常，锂二次电池的电极通过如下形成：将包含分散在合适的溶剂中的阳极或阴极活性材料的电极浆料形式的电极组合物施加至集流体，然后蒸发所述溶剂并干燥所述活性材料。电极可进一步含有一种或多种非活性(惰性，inactive)材料，其尤其可辅助涂布过程，在延长的电池循环期间改善电极完整性(integrity)，并增强(提高，enhance)电极的导电性和/或离子导电性。例如，通常需要粘合剂来确保电极颗粒的良好的内聚力和对集流体的足够的粘附性。

背景技术：

技术实现思路

1、如下呈现所公开方面的简化概述以提供对这些方面的基本理解。本
技术实现要素：
不是对所述方面的全面概述。其并非旨在识别关键或重要要素或标示(标明，delineate)本公开内容的范围。

2、本公开内容的方面涉及用于电化学能量储存装置的一个或多个电极中的交联粘合剂。交联粘合剂可增强电极活性材料对集流体的粘附性，增加活性材料颗粒之间的内聚力，减弱电极的物理和化学劣化，并改善电极性质，例如比容量和li离子导电性。进一步的方面涉及用于电化学能量储存装置的电极，所述电极包含所述交联粘合剂。在进一步的方面，提供包含所述交联粘合剂的电极浆料以及形成包含所述交联粘合剂的电极的方法。进一步的方面涉及二次锂电池，其包括包含所述交联粘合剂的阳极或包含所述交联粘合剂的阴极或两者。

3、所述交联粘合剂包含聚电解质和交联剂，其中所述聚电解质通过所述交联剂交联。聚电解质由单体单元组成(composed of monomer units，包含单体单元)，其中所述单体单元的至少一部分具有每单元至少一个羧基。根据本发明的一些方面和实施方式，所述交联粘合剂包含聚电解质和多磷酸根化合物(polyphosphate，多磷酸盐，多磷酸酯，多磷酸根,多磷酸根物质)，其中所述聚电解质通过所述多磷酸根化合物交联。根据本发明的进一步的方面和实施方式，所述交联粘合剂包含聚电解质以及乙二胺四乙酸(ethylenedinitrilotetraacetic acid)(edta)和钠离子的组合，其中所述聚电解质通过edta和钠离子交联。

4、用于电化学能量储存装置的电极包含电极活性材料；和交联粘合剂，其中所述电极活性材料通过所述交联粘合剂保持在一起。

5、用于电化学能量储存装置的电极浆料包含电极活性材料；交联粘合剂；和一种或多种溶剂。

6、形成用于电化学能量储存装置的电极的方法包括将包含交联粘合剂和电极活性材料的混合物加热至预定温度和/或对所述混合物施加压力。

7、二次锂电池包括壳体、正极端子、阴极、隔板、电解质、负极端子和阳极，其中所述阴极和所述阳极中的至少一个包含电极活性材料和交联粘合剂，其中所述电极活性材料通过所述交联粘合剂保持在一起。

技术特征：

1.用于电化学能量储存装置的电极，其包含：

2.根据权利要求1所述的电极，其中所述聚电解质选自聚(丙烯酸)(paa)、羧甲基纤维素(cmc)、藻酸盐、黄原胶、阿拉伯胶及其任意组合。

3.根据权利要求1或2任一项所述的电极，其中所述多磷酸根化合物选自三聚磷酸根化合物、焦磷酸根化合物及其任意组合。

4.根据权利要求1-3任一项所述的电极，其中所述聚电解质和所述多磷酸根化合物之间的重量比范围为约100:1至约4:1。

5.根据权利要求1至4任一项所述的电极，其中所述交联粘合剂进一步包含选自如下的阳离子：钠离子、锂离子、钾离子、咪唑鎓、铵、吡啶鎓、吡咯烷鎓、哒嗪鎓、嘧啶鎓、吡嗪鎓、吡唑鎓、哌啶鎓、噻唑鎓、1,2,3-三唑鎓、1,2,4-三唑鎓、噁唑鎓、异喹啉鎓、喹啉鎓及其任意组合。

6.根据权利要求5所述的电极，其中所述聚电解质通过所述多磷酸根化合物经由所述阳离子静电交联。

7.根据权利要求5所述的电极，其中所述多磷酸根化合物和所述阳离子之间的摩尔比范围为约5:1至约1:5；所述聚电解质的所述至少一个羧基基团和所述多磷酸根化合物之间的摩尔比范围为约30:1至约1:1；和/或所述聚电解质的所述至少一个羧基基团和所述阳离子之间的摩尔比范围为约30:1至约1:1。

8.根据权利要求1所述的电极，其中所述交联粘合剂进一步包含包括钙离子的二价金属阳离子。

9.根据权利要求1至7任一项所述的电极，其中所述聚电解质为聚(丙烯酸)；和/或其中所述电极活性材料为石墨。

10.根据权利要求1所述的电极，其包含约50至约99.5重量％的所述电极活性材料、约0.5至约10重量％的所述聚电解质、约0.05至约10％重量的所述多磷酸根化合物和约0.2至约25重量％的导电添加剂。

11.二次锂电池，其包括壳体、正极端子、阴极、隔板、电解质、负极端子和阳极，其中所述阴极和所述阳极中的至少一个包含根据权利要求1至10任一项所述的电极。

12.形成根据权利要求1至10任一项所述的电极的方法，所述方法包括将包含所述交联粘合剂和所述电极活性材料的混合物加热至预定温度和/或对所述混合物施加压力。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述混合物通过如下获得：

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述多磷酸根化合物以干形式添加，或其中所述多磷酸根化合物作为包含所述多磷酸根化合物的溶液添加。

15.根据权利要求12所述的方法，其中所述混合物通过如下获得：

技术总结
提供用于电化学能量存储装置的电极，其包含电极活性材料和交联粘合剂。所述交联粘合剂包括交联剂和由单体单元组成的聚电解质，其中所述单体单元的至少一部分具有每单元至少一个羧基基团，其中所述聚电解质通过所述交联剂交联。所述交联剂选自多磷酸根化合物以及乙二胺四乙酸(EDTA)和钠离子的组合。电极活性材料通过所述交联粘合剂保持在一起。进一步提供用于形成电极、包含所述交联粘合剂的电极浆料以及使用所述电极作为阳极、阴极或两者的电化学能量储存装置的方法。

技术研发人员：D·布尔什坦,L·夏皮罗,Y·达马托夫,E·阿布特夫
受保护的技术使用者：太阳能安吉科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25