[發明專利]電聚合涂層至電極材料上

在審

• 申請號: 201380066523.X
• 申請日: 2013-10-21
• 公開（公告）號: CN104937146A
• 公開（公告）日: 2015-09-23
• 發明（設計）人: D·C·約翰遜;A·L·普列托;M·羅爾斯;D·J·貝茨;C·M·埃利奧特
• 申請（專利權）人: 科羅拉多州立大學研究基金會;普列托電池公司
• 主分類號: C25D13/04
• 分類號: C25D13/04;C25D13/08;H01M2/16
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 苗征;于輝

相關申請的交叉引用

本申請要求美國臨時專利申請號61/715,943的Methods?For?Electropolymerizing?A?Solid?Polymer?Electrolyte?And?Use?Within?Lithium-Ion?Batteries的權益，所述申請由Daniel?J.Bates等人于2012年10月19日提交，所述申請所有公開和教導的內容通過援引明確地并入本文中。

發明領域

本發明的實施方案一般地涉及固態涂料電沉積到導電材料上，更具體地，涉及固態電解質電聚合到有效地用于固態鋰離子電池單元的電極上。

發明背景

實現鋰離子電池的高功率密度要求提高充放電速率。限制這些速率的兩個主要傳輸特性是鋰離子向負電極和正電極內的緩慢固態擴散以及電極之間的緩慢擴散。電極內緩慢的固態擴散過程可以通過減小兩個電極特征至納米級來減輕，并且最佳選擇的電極形態(electrode?morphologies?of?choice)具有高表面積/體積比，例如納米顆粒和納米線。雖然降低電池電極至納米級已導致增量改進，但減小電極之間的特征鋰離子擴散長度并保持微納米級電極的形態卻不能如此，因此已經提出三維(3D)電池形貌。為了制備固態3D鋰離子電池單元，將合適的電極材料沉積到3D集流體上，可調整的集流體的結構確立整體電池形貌，并且作為其他電池組件的構件。可調整的結構提供基于性能指標(例如成本、功率密度、能量密度、安全性以及電池壽命)而為具體的應用調整電池特性的能力。

在3D結構中，叉指電極(interdigitated?electrodes)被薄的共形固態電解質分隔，電極中的一個被直接施加到固態電解質上，并且叉指電極要求制備控制以便制成均勻的、薄的無針孔電解質涂層。電沉積為這種固態電解質材料提供了合適的涂布工藝，因為已經充分了解，所述方法允許厚度控制，提供復雜的3D表面的均勻涂層，并已被證明具有成本效益。

發明概述

通過提供均勻、薄的、無針孔的、鋰離子可滲透的固態電解質電沉積到導電材料上的方法，本發明的實施方案克服了現有技術的缺點和局限性。

本發明的實施方案的另一個目的是提供電沉積固態電解質到3D互穿電極上的方法。

本發明的實施方案的另一個目的是提供電沉積固態電解質到有效地用于鋰離子電池的電極上的方法。

部分本發明的其他的目的、優點和新穎特征將在隨后的說明書中闡述，并且部分將在本領域技術人員審視下文后變得顯而易見，或者可以通過實施本發明而習得。本發明的目的和優點可以通過所附權利要求書具體指出的方法及其組合而實現與獲得。

為了實現上述以及其他目的，并且根據如本文所體現和概括描述的本發明的實施方案的目的，將離子電導性電絕緣涂層電化學沉積到電極材料的表面上的方法包括：將所述電極材料浸入溶液中，所述溶液包含溶解在溶劑中的至少一種引發劑物質，其中當從所述電極材料向所述引發劑物質注入電子時，所述至少一種引發劑物質能夠被還原形成自由基物質，所述至少一種被還原的引發劑物質被化學吸附到電極材料的表面上；以及至少一種其上具有至少一個乙烯基或乙烯基衍生物的單體物質；將第二電極浸入所述溶液中；并且在所述電極材料和第二電極之間施加電位，以有效地還原所述至少一種引發劑物質；由此，由所述引發劑物質的還原引發所述至少一種單體物質的聚合，形成結合到所述電極材料表面上的涂層。

在本發明的實施方案的另一個方面中，并且根據其目的和用途，本文中用于制備鋰離子電池的方法包括：將包含電沉積的Cu₂Sb活性材料的電極浸入溶液中，所述溶液包含溶解在包含水的溶劑中的至少一種引發劑物質，其中當從所述Cu₂Sb活性材料向所述引發劑物質注入電子時，所述至少一種引發劑物質能夠被還原形成自由基物質，并且至少一種被還原的引發劑物質被化學吸附到Cu₂Sb活性材料的表面上；以及至少一種其上具有至少一個乙烯基或乙烯基衍生物的單體物質；將第二電極浸入所述溶液中；在所述電極材料和第二電極之間施加電位，以有效地還原所述至少一種引發劑物質；由此，由所述引發劑物質的還原引發所述至少一種單體物質的聚合，形成結合到所述活性材料的表面上的傳導Li⁺且電絕緣的涂層；制備基于溶液的漿料，其包含至少一種陰極材料；將所述涂層與所述漿料接觸；干燥所述涂層材料，在所述涂層材料上已經沉積所述至少一種陰極材料；并且設置與所述至少一種陰極材料電連通的集流體。