[發明專利]帶有具有化學附著至其的電活性材料的聚合物網絡的高性能電極

有效

• 申請號: 201910441824.5
• 申請日: 2019-05-24
• 公開（公告）號: CN110718677B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 黃曉松;N·埃里森
• 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: H01M4/139
• 分類號: H01M4/139;H01M4/62
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 楊思捷

公開了用于電化學設備的高性能電極，其具有帶有化學附著到交聯的聚合物基質的電活性材料的聚合物網絡。一種方法包括混合電極漿料并在電極漿料內形成聚合物網絡。電極漿料包括電活性材料、導電性填料、多個聚合物鏈、以及多種化學交聯前體。每種化學交聯前體都配置成(i)使多個聚合物鏈進行化學交聯并且(ii)將電活性材料化學附著到多個聚合物鏈。

引言

本公開涉及用于鋰離子電化學設備的高性能電極，并且更具體地涉及將電活性材料化學附著到用于優化鋰離子電化學設備中的電極性能的化學交聯聚合物。

諸如鋰離子電池的高能量密度電化學電池可以用于各種消費產品，諸如包括膝上型電腦、平板電腦和蜂窩電話的移動設備和諸如混合動力電動車(HEV)和電動車(EV)等的車輛。

用于電化學電池的高性能電極具有明顯的缺點。例如，具有含硅電活性材料的電極在充電-放電循環期間會經歷大量的庫侖衰減。充電-放電循環期間的體積變化可以限制蓄電池的性能和/或壽命。

發明內容

雖然不受理論束縛，但是據信蓄電池的縮減性能和/或壽命通常是由于導電性填料和粘合劑與電活性材料和集電器的物理接觸的破壞，這是由電活性顆粒在充電-放電循環期間經歷的體積變化引起的。

根據本公開的系統和方法通過使用具有化學附著到化學交聯聚合物基質的粘合劑提供了蓄電池的優化性能和/或壽命。有利地，具有化學附著到化學交聯聚合物基質的電活性材料的粘合劑優化了電極的機械堅固性并增強了粘合劑與電活性材料之間的界面粘合性。再者，如本文中所述，化學交聯基質和電活性材料的化學附著兩者的同時形成優化了電極的加工和形成、以及機械和電氣特性。

根據本公開的方面，一種方法包括混合電極漿料并在電極漿料內形成聚合物網絡。電極漿料包括電活性材料、導電性填料、多個聚合物鏈、以及多種化學交聯前體。每種化學交聯前體都配置成(i)使多個聚合物鏈進行化學交聯并且(ii)將電活性材料化學附著到多個聚合物鏈。

根據本公開的進一步方面，該方法進一步包括將其中懸浮有聚合物網絡的電極漿料涂敷到集電器，并且干燥電極漿料，從而形成電極。

根據本公開的進一步方面，該方法進一步包括將多種化學交聯前體接枝到多個聚合物鏈。接枝包括將多個化學交聯前體與多個聚合物鏈混合，從而形成接枝溶液，并且在形成聚合物網絡之前使接枝溶液靜置至少約10min，使得將基本上所有的多種化學交聯前體都接枝到多個聚合物鏈上。

根據本公開的方面，電極包括聚合物網絡和分散在聚合物網絡內的導電性填料。聚合物網絡包括具有化學附著至其的電活性材料的多個聚合物鏈。多個聚合物鏈的每個都與多個聚合物鏈的另一個進行化學交聯。電活性材料是在蓄電池單元的充電和放電期間經歷體積變化的材料。聚合物網絡通過混合電極漿料并形成聚合物網絡來形成。電極漿料包括電活性材料、導電性填料、多個聚合物鏈、以及多種化學交聯前體。多種化學交聯前體配置成(i)使多個聚合物鏈進行化學交聯并且(ii)將電活性材料化學附著到多個聚合物鏈。導電性填料配置成從電活性材料中輸送電能。

根據本公開的方面，用于蓄電池單元的粘合劑包括聚合物網絡。聚合物網絡包括具有化學附著至其的電活性材料的多個聚合物鏈。每個聚合物鏈的每個都與多個聚合物鏈的另一個進行化學交聯。電活性材料是在蓄電池單元的充電和放電期間經歷體積變化的材料。聚合物網絡通過混合電極漿料并在電極漿料內形成聚合物網絡來形成。電極漿料包括電活性材料、導電性填料、多個聚合物鏈、以及多種化學交聯前體。多種化學交聯前體配置成(i)使多個聚合物鏈進行化學交聯并且(ii)將電活性材料化學附著到多個聚合物鏈。

根據本公開的進一步方面，化學交聯前體選自由異氰酸酯-硅烷、環氧化物-硅烷、和聚異氰酸酯構成的組。

根據本公開的進一步方面，將電活性材料化學附著到多個化學交聯前體包括在電活性材料上形成羥基基團并且使羥基基團與多種化學交聯前體之一進行反應。