[發(fā)明專利]纖維增強(qiáng)的燒結(jié)電極

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201780056789.4
• 申請(qǐng)日: 2017-07-19
• 公開（公告）號(hào): CN109690832B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: D·安德烈;S·施奈德;S·尼恩貝格爾;J-O·羅特;D·許內(nèi)曼;B·什蒂亞斯尼;C·施廷納;N·齊烏瓦拉斯;T·韋爾勒;T·蔡林格;S·楚格曼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寶馬股份公司
• 主分類號(hào): H01M4/04
• 分類號(hào): H01M4/04;H01M4/38;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/052;H01M10/0562;H01M4/13;H01M4/139;H01M4/1391;H01M4/1393;H01M4/1395;H01M4/525;H01M4/58;H01M4/4
• 代理公司: 中國貿(mào)促會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 11038
• 代理人: 宓霞

本發(fā)明涉及燒結(jié)電極，其包含經(jīng)燒結(jié)的復(fù)合材料，以及涉及使用所述燒結(jié)電極的固體鋰離子電池組。復(fù)合材料包含(A)活性材料顆粒；(B)無機(jī)鋰離子導(dǎo)體的固體電解質(zhì)顆粒；(C)導(dǎo)電性材料的導(dǎo)電添加劑顆粒；和(D)纖維材料，其中對(duì)于復(fù)合材料中的組分(A)至(D)的重量份額N(A)至N(D)適用：N(A)N(B)N(C)，N(D)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及纖維增強(qiáng)的燒結(jié)電極和包括所述纖維增強(qiáng)的燒結(jié)電極的鋰電池。

在以下說明書中，同義地使用術(shù)語“鋰離子電池組”、“可再充電的鋰離子電池組”和“鋰離子二次電池”。所述術(shù)語還包括術(shù)語“鋰電池組”、“鋰離子電池堆”和“鋰離子電池”以及所有鋰或者合金電池組。因此，將術(shù)語“鋰離子電池組”用作現(xiàn)有技術(shù)中使用的前述術(shù)語的總稱。尤其是，“電池組”在本發(fā)明的意義上還包括單個(gè)或唯一的“電化學(xué)電池”。

背景技術(shù)

目前主要使用具有液體電解質(zhì)的鋰離子電池組，其基本上包括負(fù)極(陽極)、正極(陰極)和處于其間的隔膜，用非水性液體電解質(zhì)浸漬所述隔膜。陽極或者陰極各自包含陽極活性材料或者陰極活性材料，將其任選地使用粘結(jié)劑和/或用于改進(jìn)導(dǎo)電性的添加劑施加在集電體上。作為液體電解質(zhì)，使用極性非質(zhì)子溶劑，主要是導(dǎo)電鹽如六氟磷酸鋰(LiPF₆)溶于其中的有機(jī)碳酸酯的混合物。這樣的電池的電極結(jié)構(gòu)通常是多孔的，從而使得液體電解質(zhì)與活性材料顆粒接觸并且能夠交換鋰離子。對(duì)于關(guān)于鋰離子電池的現(xiàn)有技術(shù)，參見Handbuch Lithium-Ionen-Batterien,Verlag Springer(2013)，第9章。

然而，這樣的具有液體電解質(zhì)的電池收到一定的限制。因此由于電解質(zhì)的有限的穩(wěn)定性，最大電池電壓目前被限制在約4.3至4.4V。電解質(zhì)溶液與電極或者正極活性材料和負(fù)極活性材料之間的不可逆反應(yīng)可能隨著增加的循環(huán)數(shù)另外導(dǎo)致容量損失。此外，所使用的電解質(zhì)溶液為易燃的有機(jī)化合物，這在故障情況下，例如在電池過熱時(shí)，由于內(nèi)部短路而意味著火險(xiǎn)。此外，作為導(dǎo)電鹽通常使用的LiPF₆在火災(zāi)的情況下可以分解成高毒性的、腐蝕性的物質(zhì)，如HF和POF₃。

使用固體電解質(zhì)(例如基于無機(jī)或陶瓷)能夠一方面避免這些風(fēng)險(xiǎn)并且另一方面還進(jìn)一步提高能量密度和耐久性或者可靠性。一方面將固體電解質(zhì)理解為具有對(duì)鋰離子的傳導(dǎo)性的玻璃狀或陶瓷無機(jī)化合物。此外，固體電解質(zhì)還包括基于聚氧化乙烯(PEO)的經(jīng)典聚合物電解質(zhì)。

在現(xiàn)有技術(shù)中，已知呈具有無機(jī)固體電解質(zhì)和容量在幾μAh至mAh范圍內(nèi)的薄膜構(gòu)造形式的固體鋰離子電池組，例如可以將其用于向微型用電器，例如智能卡或醫(yī)學(xué)細(xì)分應(yīng)用供應(yīng)能量。這樣的電池通常是單層的，并且可以例如通過氣相沉積技術(shù)制備。與固態(tài)電解質(zhì)相關(guān)的困難，鑒于有限的鋰離子傳導(dǎo)性和界面效應(yīng)，在這種情況下至少部分地由超薄層厚度補(bǔ)償。然而對(duì)于更高的容量，例如為了驅(qū)動(dòng)車輛必需的容量，這樣的構(gòu)造是不可行的。相反，為此需要具有一定的最低限度活性材料負(fù)載量的電極(“厚膜技術(shù)”)，以提供必需或需要的標(biāo)稱容量。在薄膜電池的情況下雖然實(shí)際上所有的活性材料既與集電體又與電解質(zhì)直接接觸，并且可以在很大程度上忽略層厚度的影響，但是在相應(yīng)更大的層厚度的情況下，層內(nèi)部(“本體”)的電導(dǎo)率和鋰離子傳導(dǎo)性是相關(guān)因素。

當(dāng)需要時(shí)，固體電極內(nèi)的導(dǎo)電性能夠如也在具有多孔電極的常規(guī)液體電解質(zhì)電池的情況下通過添加導(dǎo)電性添加劑，例如導(dǎo)電炭黑或?qū)щ娛珌肀ＷC。然而與液體電解質(zhì)電池相反，鋰離子傳導(dǎo)性必須通過電極結(jié)構(gòu)本身來提供。

這可以通過使用由活性材料、固體電解質(zhì)和任選的導(dǎo)電性添加劑或者電極粘結(jié)劑組成的復(fù)合電極(復(fù)式電極)來實(shí)現(xiàn)。以顆粒形式存在的固體電解質(zhì)或在聚合物電解質(zhì)或玻璃狀無極固體電解質(zhì)的情況下也可以形成均勻的基質(zhì)，在復(fù)合材料內(nèi)提供鋰離子傳導(dǎo)性。因此在常規(guī)電池的情況下，其承擔(dān)滲入孔結(jié)構(gòu)中的液體電解質(zhì)的作用。這樣的復(fù)合材料可以根據(jù)所使用的材料例如通過燒結(jié)和/或壓制來制備，并且優(yōu)選具有盡可能低的孔隙率，因?yàn)榭瘴坏拇嬖趯?dǎo)致活性材料和固態(tài)電解質(zhì)之間的接觸劣化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明待解決的任務(wù)