[發明專利]用于鋰離子電池電極的多孔纖維素基質

在審

• 申請號: 201810012628.1
• 申請日: 2018-01-05
• 公開（公告）號: CN108306000A
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: A·D·鮑里克;姜萌;G·R·高厄德;R·科
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司;麥克馬斯特大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/62;H01M10/0525;H01M10/058
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 徐舒

提供了一種用于電化學電池的電極材料。電極包括多孔親水基底、電活性材料和粘合劑。多孔親水基底包括多個空隙并且可由纖維素或纖維素衍生物材料形成。電活性材料分散在多孔親水基底的空隙的至少一部分中。在其它方面中，提供了另一種用于電化學電池的電極材料。電極包括多孔親水基底、電活性材料、導電顆粒和粘合劑。多孔親水基底包括多個空隙并且可由纖維素或纖維素衍生物材料形成。電活性材料和導電顆粒分散在親水性基底的空隙的至少一部分中。在其它方面中，多孔親水基底包括導電的涂層。

背景技術

本節提供與本公開有關的背景信息且不一定是現有技術。

本公開涉及具有包括形成電極的改進型多孔基底框架(包括纖維素或其衍生物)的電化學電池(諸如鋰離子電池)以及形成這種電極的方法。

高能量密度的電化學電池(諸如鋰離子電池)可用于各種消費產品和車輛，諸如混合動力電動車輛(HEV)和電動車輛(EV)。典型的鋰離子電池包括第一電極(例如，陰極)、極性相反的第二電極(例如，陽極)、電解質材料和隔膜。常規的鋰離子電池通過在負電極與正電極之間可逆地傳遞鋰離子而操作。隔膜和電解質設置在負電極與正電極之間。電解質適合于傳導鋰離子并且可為固體或液體形式。在電池充電期間鋰離子從陰極(正電極)移動至陽極(負電極)，且在電池放電時鋰離子以相反方向移動。為方便起見，負電極將與陽極同義使用，但是如本領域技術人員所認識的，在鋰離子循環的某些階段期間，陽極功能可與正電極而不是負電極相關聯(例如，負極在放電時可為陽極且在充電時可為陰極)。

在各個方面，電極包括電活性材料。負電極通常包括這樣的電活性材料，其能夠充當用作鋰離子電池的負極端子的鋰基質材料。常規的負電極包括電活性鋰基質材料和任選的另一種導電材料(諸如炭黑顆粒)以及一種或多種聚合物粘合劑材料以將鋰基質材料和導電顆粒保持在一起。

用于在鋰離子電化學電池中形成負電極(例如，陽極)的典型電活性材料包括鋰-石墨層間化合物、鋰-硅層間化合物、鋰-錫層間化合物和鋰合金。雖然石墨化合物是最常見的，但是最近，具有高比容量(與常規石墨相比)的陽極材料越來越受到關注。例如，硅具有鋰的最高已知理論充電容量，從而使其成為取代石墨作為可再充電鋰離子電池的負電極材料的一種最有吸引力的替代物。然而，目前的硅陽極材料具有明顯的缺點。在鋰插入/提取(例如，嵌入和脫嵌)期間，含硅材料經歷大的體積變化(例如，體積膨脹/收縮)。因此，在常規的含硅電極的循環期間，經常觀察到負電極(例如，陽極)的開裂、電化學循環性能的下降和大的庫侖電荷容量損失(容量衰減)，以及非常有限的循環壽命。這種性能下降在很大程度上被認為是由于鋰離子循環期間電極體積大幅變化引起的硅顆粒與導電填料之間的物理接觸的破壞。

開發包括硅或在大功率鋰離子電池的使用期間具有大幅容積變化的其它電活性材料的高性能負電極材料將是合乎需要的，這克服了目前存在的妨礙大功率鋰離子電池具有廣泛商業用途、尤其是在車輛應用的缺點。為了長期和有效地使用，電極材料因此理想地能夠最小化容量衰減并且最大化電荷容量以在鋰離子電池中長期使用。

發明內容

本節提供本公開的一般概述，并且并非是本公開的全部范圍或其全部特征的全面公開。

本公開涉及鋰離子電化學電池，并且更具體地涉及用于電化學電池的改進型電極(例如，負電極或陽極)材料。

在各個方面中，本公開提供了一種用于電化學電池的電極材料。電極材料包括多孔親水基底、電活性材料和粘合劑。多孔親水基底包括多個空隙。電活性材料分散在多孔親水基底的至少一些空隙中。

在各個其它方面中，本公開提供了一種用于電化學電池的電極材料。電極材料包括多孔親水基底、電活性材料、導電顆粒和粘合劑。多孔親水基底包括多個空隙。電活性材料和導電顆粒分散在多孔親水基底的至少一些空隙中。

在某些變型中，多孔親水基底包括纖維素(C₆H₆O₅)_n或其衍生物。