[發明專利]復合電極和包括復合電極的鋰離子電池組以及復合電極的制備方法

有效

• 申請號: 201680004014.8
• 申請日: 2016-01-19
• 公開（公告）號: CN107004827B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: T·赫夫勒;S-J·金;J-O·羅特;S·沙爾內爾;M·切希;J·費特爾;M·瓦格納;T·韋爾勒;T·蔡林格
• 申請（專利權）人: 寶馬股份公司
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/139;H01M4/36;H01M10/0525
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 鄒智弘

本發明涉及復合電極，所述復合電極具有導體，所述導體用包含活性電極材料、粘結劑和導電炭黑的電極物料涂布，其中電極物料在電極厚度的方向具有關于電極材料和導電添加劑的濃度梯度，活性電極材料的濃度梯度在導體的方向上增大，導電添加劑和粘合劑的濃度梯度在導體的方向減小。此外給出包括所述復合電極的鋰離子電池組和用于制備所述復合電極的兩種替代性方法。

本發明涉及復合電極、包括復合電極的鋰離子電池組和復合電極的制備方法。

在如下說明中，術語“鋰離子-電池組”、“可重復充電的鋰離子-電池組”和“鋰離子-二次電池組”以同義方式使用。所述術語還包括術語“鋰-電池組”、“鋰-離子-蓄電池”和“鋰-離子-電池”以及所有鋰-電池組或合金-電池組，尤其還有鋰-硫體系、鋰-空氣體系或合金體系。因此使用術語“鋰離子-電池組”作為現有技術中常見的上述術語的總稱。其不僅表示可重復充電的電池組(二次電池組)而且表示不可充電的電池組(一次電池組)。尤其是，在本發明的意義上，“電池組”還包括單獨或唯一的“電化學電池”。

在普遍情況下，鋰-離子-電池組的工作方式如下：在伴隨物質變化的化學過程中，電能儲存在鋰-離子(在負電極處)和(多數)過渡金屬-氧化物(在正電極處)中。在此，鋰-離子可以以離解和溶劑化形式(Li⁺)通過通常包含六氟磷酸鋰(LiPF₆)作為鋰傳導性鹽的電解質在兩個電極之間來回移動。不同于鋰-離子，陰極上存在的過渡金屬-離子的位置固定。

在充電和放電時需要鋰-離子-流來抵消外部電流，因此電極本身保持電中性。在放電時，負電極處的類鋰-原子(或包含類鋰-原子的負電極活性材料)各自交出電子，所述電子通過外部電路(用電器)流向正電極。同時，同樣多的鋰-離子通過電解質從負電極移動至正電極。但是在正電極處鋰-離子不再接收電子，而是存在于該處的過渡金屬-離子接收電子。根據電池組的類型，其可以是鈷離子、鎳離子、錳離子、鐵離子等。鋰在電池的放電狀態下存在于正電極處，因此繼續以離子形式(Li⁺)存在。

WO 2011/109815 A1公開了復合電極，所述復合電極在電極厚度方向上具有關于化學、物理和性能的序列的梯度。

本發明所基于的目的是提供復合電極，所述復合電極具有更好的離子傳導性和大電流耐受能力以及電極物料在導體上的良好附著。

根據本發明在第一方面通過根據本發明的復合電極，在第二方面通過根據本發明的鋰離子電池組，和在第三方面通過根據本發明的用于制備復合電極的兩種替代性方法實現了所述目的。具體地，本發明提供以下技術方案：

第1項.復合電極，所述復合電極具有導體，所述導體用包含活性電極材料、粘結劑和導電炭黑的電極物料涂布，其中電極物料在電極表面的方向上具有關于電極材料、電極粘合劑和導電添加劑的濃度梯度，活性電極材料的濃度梯度向導體的方向增大，和導電添加劑和粘合劑的濃度梯度向導體的方向減小。

第2項.第1項所述的復合電極，其中電極物料基于體積計具有5至50％的孔隙度，并且近表面層中的孔隙度與近導體層中的孔隙度的比例為1.2至5，優選1.5至4，尤其優選1.5至2.5。

第3項.根據前述任一項所述的復合電極，其中在電極物料中，導電添加劑優選導電炭黑以1至4重量％的量存在，并且粘結劑以1至4重量％的量存在。

第4項.根據前述任一項所述的復合電極，其中在電極物料中，近導體層中的導電添加劑優選導電炭黑的以重量計的量與近表面層中的導電添加劑優選導電炭黑的以重量計的量的比例為1.2至5，優選1.5至4，尤其優選1.5至2.5。

第5項.根據前述任一項所述的復合電極，其中活性電極材料是選自合成石墨、天然石墨、碳、鈦酸鋰及其混合物的陽極材料。

第6項.根據前述任一項所述的復合電極，其中活性電極材料是選自鋰-過渡金屬氧化物、層狀氧化物、尖晶石、橄欖石化合物、硅酸鹽化合物、高能-NCM及其混合物的陰極材料。