[發明專利]具有含線電極的鋰離子電池組

在審

• 申請號: 201680086948.0
• 申請日: 2016-06-21
• 公開（公告）號: CN109314223A
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發明（設計）人: 吁志強;闕小超;劉海晶;W.古;M.吳
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 王琳;楊思捷

通過混合導電線（金屬線、碳纖維等，包括化學還原的金屬氧化物顆粒）與活性電極材料顆粒改善由活性電極材料顆粒形成的鋰電池組電極的電性能和結構完整性。例如，銅線可以在樹脂粘合至銅集電器箔側面的多孔陽極層中與陽極顆粒緊密混合。并且鋁線可以在樹脂粘合至鋁集電器的多孔陰極層中與陰極顆粒混合。當電極中滲入鋰鹽電解質溶液時，所述線可以用于提高電子和鋰離子的傳導性以及電極層的適應性。各電極層的可工作的厚度因此能夠提高并且其性能得到改善以產生更低的成本和更好形成的電池組。

技術領域

本公開涉及用于鋰電池組的電極材料的組合物。所述組合物包含活性電極材料顆粒與合適尺寸和形狀的傳導性金屬線、管、帶或棒混合，或與碳纖維或管（全部稱為線）混合的混合物。顆粒/線混合物，通常包括導電填料顆粒，作為多孔層樹脂粘合至電極集電器。每個電池組電池的陽極或陰極（或兩者）活性材料層由這種顆粒和線的混合物構成。線的存在允許在電極中使用具有較高的能量容量和改進的電子和離子傳導性的較厚的電極層。

背景技術

在說明書的這一部分作為背景信息存在的材料不一定是現有技術。

鋰離子電池組適于在電力驅動機動車輛中和在同時利用內燃機和電動機為車輛供能的混合動力車輛中的應用。其他非車輛應用還使用具有各種電極材料組合的鋰電池組用于提供電力。

在鋰離子電池組的電池的一個共同的設計中，電極由粘合至薄的導電金屬箔的一側或兩側的活性陽極材料或活性陰極材料的微米尺寸的顆粒的多孔層形成。金屬箔用作電極的集電器。在一組電池組結構中，電極形成為相對薄的矩形構件。類似尺寸的陽極和陰極與每組面向的微粒陽極和陰極材料的多孔層之間的薄的多孔隔離件層交替堆疊。每個隔離件層和每個電極材料層的孔填充有溶解在非水溶劑中的一種或多種鋰鹽的電解質溶液。每個電池的DC電位通常在約2至4伏的范圍內。電池的產生能量的電流（Wh）在很大程度上取決于可以適應于(accommodated in)每個電極的制備和功能的電極材料的組成和量。持續需要能夠以較低成本提供提高的電能和功率的鋰電池組的電極組合物。

發明內容

本發明涉及用于電化學電池的陽極和陰極的電極材料的組合物和制備，其中鋰離子在滲入一種或多種鋰鹽的非水電解質溶液的多孔電極處嵌入和脫嵌。例如，微米尺寸的石墨顆粒可以用作活性鋰離子電池組陽極材料并且類似尺寸的鋰鎳錳鈷氧化物(LiNi_xMn_yCo_(1-x-y)O₂, NMC)顆粒可以用作活性鋰離子電池組陰極材料。為了提高各電極的容量和其離子和電子傳導性，各活性電極材料顆粒與微米級直徑的導電金屬線和/或碳纖維（在本文中稱為線）混合，并且該混合物作為基本上均勻厚度的多孔層粘合至相容的金屬箔集電器。陽極電極材料可以例如由石墨顆粒和小直徑銅線的混合物形成，并且該混合物作為多孔層樹脂粘合至銅集電器箔。類似地，陰極材料可以由NMC顆粒和小直徑鋁線的混合物形成，并且該混合物作為多孔層樹脂粘合至鋁集電器箔。導電填料的顆粒，例如導電碳顆粒也優選包含在電極材料的樹脂粘合的混合物中。

常規的鋰離子電池的電極通常通過具有約0.5至30微米范圍內的最大尺寸的活性電極材料顆粒粘合至具有約5至30微米厚度的相容的金屬集電器箔而形成。如所述地，集電器的形狀通常為矩形，其邊長提供能夠使其支承用于鋰離子電池組電池的預定量的電極材料的表面積。集電器箔的每側都可以涂布有電極材料顆粒的多孔層，但各層的可承受厚度通常限制成約15μm至150μm。這個對這種類型的電極結構上可承受的電極材料的量的限制也使用此類電極設計限制了各電池的功率和能量密度能力。小的金屬或碳線適當地與活性電極材料顆粒互混的使用，能夠在集電器箔的每側上使用較厚的多孔電極涂層（例如最高達約2毫米）。并且添加至陽極和陰極材料的一個或兩個的小塊導電線改善了這種新電池組電池的產能性能。