[發(fā)明專利]復(fù)合材料、用于制造復(fù)合材料的方法、由復(fù)合材料制成的系統(tǒng)及其應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380072854.4
• 申請日: 2013-12-11
• 公開（公告）號: CN105122504A
• 公開（公告）日: 2015-12-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: B.布蘭特
• 申請（專利權(quán)）人: 瓦爾達微電池有限責(zé)任公司
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;C23C24/00;H01M4/13;H01M4/139;H01M4/66;H01G11/30;H01M4/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 朱君;劉春元

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合材料，其具有含有涂裝材料的顆粒以及待涂裝的基礎(chǔ)材料。顆粒可結(jié)合到粘合劑中。

在第一實施方式中，本發(fā)明涉及：用于電化學(xué)系統(tǒng)的復(fù)合材料，其例如可由導(dǎo)電體（Stromableiter）和含有顆粒的電極構(gòu)成；用于制造復(fù)合材料的方法以及復(fù)合材料在電化學(xué)系統(tǒng)和其他的涂裝系統(tǒng)中的應(yīng)用。此外，該實施方式的對象為電化學(xué)系統(tǒng)-電池組、燃料電池、電解電池-和含有上述復(fù)合材料的其他的系統(tǒng)。

在第二實施方式中，本發(fā)明涉及復(fù)合材料，其具有含有涂裝材料的顆粒以及待涂裝的基礎(chǔ)材料，其中，基礎(chǔ)材料可在如金屬、玻璃、木材、建筑材料或其他的無機或有機材料或生物材料的任意材料中選擇。此外，這樣的基礎(chǔ)材料可設(shè)有無機的覆蓋層(例如玻璃)以及金屬涂層。本發(fā)明還涉及用于制造復(fù)合材料的方法。

背景技術(shù)

利用含有顆粒的材料涂裝所有類型的表面應(yīng)用于日常生活的非常多的領(lǐng)域。

有特別的經(jīng)濟意義的是電化學(xué)系統(tǒng)和工藝，其在最近幾年中越來越重要。尤其電池組(例如鋰離子電池組有很好的機會應(yīng)用在移動領(lǐng)域中，例如以便完全或部分地儲存油箱的能量或在機動車中供電。此外，這種系統(tǒng)還適合于靜態(tài)能量應(yīng)用，例如暫存過量的再生能量(例如風(fēng)能和太陽能)或緊急供電。此外，考慮應(yīng)用于移動設(shè)備的供電，例如筆記本。此外，用在例如燃料電池、電解工藝或電化學(xué)工藝中是沒有限制的。

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，用于此類系統(tǒng)和工藝的電極(即，陽極和陰極)通常是多孔的并且含有以下成分和物質(zhì)，例如參見文獻“Streng,Birgit:WasserstoffelektrodenintechnischenElektrolyseprozessenunterEinsatzvonWolframcarbidalsElektrokatalysator,Dissertation,TechnicalUniversityofDresden,1988”。

(a)“電化學(xué)活性材料”，下文稱成“活性材料”，在其表面處存在電化學(xué)活性中心，在電化學(xué)活性中心處進行電化學(xué)反應(yīng)。在開始電極制造時，活性材料以顆粒狀的粉末狀態(tài)存在。典型的粒度可為2μm。也可考慮小于或大于2μm的其他粒度，例如10μm。可考慮的電化學(xué)活性材料例如可為：鋰化合物(例如磷酸鐵鋰、鈦酸鋰、鈮酸鋰)鉑和鉑化合物、鉛、氧化鉛、硫酸鉛、鉛化合物、鎳、氧化鎳、鎳化合物、鎘、氧化鎘、鎘化合物、銀、氧化銀、銀化合物、有機化合物，其可還為聚合物。

(b)含碳的材料(例如“炭黑”和/或“石墨”和/或“石墨烯”和/或碳納米管)用于吸收電化學(xué)活性材料和改善最終的電極材料的電子導(dǎo)電性。炭黑和/或石墨至少在開始電極制造時以顆粒狀的粉末狀態(tài)存在。關(guān)于炭黑成分的典型的粒度可<100nm。石墨可以10至25μm的粒度供使用。然而，炭黑和石墨的粒度還可在上述粒度之外。

(c)“粘合劑”(其例如可包含聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HEP)或羧甲基纖維素或羧甲基纖維素的堿金屬鹽，例如羧甲基纖維素鈉、鉀羧基纖維素或鋰羧基纖維素(DE102010008782))以及對此事和的液態(tài)介質(zhì)(其使粘合劑轉(zhuǎn)變成液態(tài)或膠狀狀態(tài))引起包含含碳材料(例如炭黑和/或石墨和活性材料)的所有電極材料的機械穩(wěn)定性。因此，粘合劑在單獨的顆粒之間具有粘接和機械穩(wěn)定作用。

(d)成分a)和/或b)以及c)可混合成“電極混合物”。

(e)在鋰離子電池組中，通常面狀的“導(dǎo)電體”(其還被稱為容納材料并且用來穩(wěn)定用于電極混合物的機械內(nèi)聚性)可例如由鋁箔以及銅箔構(gòu)成。還可考慮由金屬板或金屬柵極或纖維狀的材料構(gòu)成的導(dǎo)電體(DE4019092)。尤其在文獻WO2004/053200和DE10257186中說明了由金屬板網(wǎng)構(gòu)成的導(dǎo)電體。此外，還可使用包含或含有碳、碳纖維材料、玻碳、石墨烯的、由含有石墨烯的材料(例如含有石墨烯的塑料)構(gòu)成的或涂有碳的金屬箔(其中，金屬例如可為鋁)的導(dǎo)電體(例如WO2011/141486)。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在鉛蓄電池中通常使用鉛柵極或包含鉛-銻合金的柵極(參見用于密封式Gel型鉛電池組的手冊，http://www.solarlink.de/PDF-Files/Exide/GelHandbuchTeil1.pdf)。金屬板網(wǎng)是在表面中具有開口的柵欄狀的材料并且還以表達金屬網(wǎng)(Streck柵格)為人所知。