[發(fā)明專利]鋰離子電化學(xué)電池的電極和具有定制的孔隙率的組合物

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011296604.7
• 申請(qǐng)日: 2020-11-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112820850A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: N·希門(mén)尼斯;I·C·哈拉萊;M·P·巴羅;R·克
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H01M4/13
• 分類號(hào): H01M4/13;H01M4/36;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張琦璐;楊思捷

本發(fā)明公開(kāi)了鋰離子電化學(xué)電池的電極和具有定制的孔隙率的組合物。鋰離子電化學(xué)電池的電極包括集流體和由設(shè)置在集流體上的第一電極組合物形成的第一層。第一電極組合物包含粘合劑組分；分散在粘合劑組分中的導(dǎo)電填料組分；以及分散在粘合劑組分和導(dǎo)電填料組分中的活性材料組分。第一電極組合物具有第一表面和與第一表面間隔開(kāi)并平行于第一表面的第二表面。第一電極組合物限定了在第一表面與第二表面之間的具有定制的孔徑分布的多個(gè)孔隙，所述定制的孔徑分布至少包括第一孔徑和大于第一孔徑的第二孔徑。第一電極組合物具有至少60%的第一孔隙率。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)涉及鋰離子電化學(xué)電池的電極，并涉及形成所述電極的方法。

背景技術(shù)

電化學(xué)電池或電池組可用于將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，并可以是一次或二次的。一次電池組通常是不可再充電的，而二次電池組可以容易地再充電，并可以在使用后恢復(fù)到完全充電態(tài)。由此，二次電池組可用于諸如為電子設(shè)備、工具、機(jī)械和車輛供電的應(yīng)用。

一種類型的二次電池組——鋰離子二次電池組——可以包括負(fù)極或陽(yáng)極、正極或陰極、和設(shè)置在正極與負(fù)極之間的隔離件。負(fù)極可以由能夠在鋰離子二次電池組的充電和放電過(guò)程中并入和釋放鋰離子的材料形成。在鋰離子二次電池組的充電過(guò)程中，鋰離子可以從正極移動(dòng)到負(fù)極，并例如通過(guò)嵌入、插入、置換固溶強(qiáng)化或其它手段包埋在該材料中。相反，在電池組放電過(guò)程中，鋰離子可以從該材料中釋放，并從負(fù)極移動(dòng)到正極。

發(fā)明內(nèi)容

鋰離子電化學(xué)電池的電極包括集流體和由設(shè)置在集流體上的第一電極組合物形成的第一層。第一電極組合物包含粘合劑組分；分散在粘合劑組分中的導(dǎo)電填料組分；以及分散在粘合劑組分和導(dǎo)電填料組分中的活性材料組分。第一電極組合物具有第一表面和與第一表面間隔開(kāi)并平行于第一表面的第二表面。第一電極組合物限定了在第一表面與第二表面之間的具有定制的孔徑分布的多個(gè)孔隙，所述定制的孔徑分布至少包括第一孔徑和大于第一孔徑的第二孔徑。第一電極組合物具有至少60%的第一孔隙率。

在一方面，所述多個(gè)孔隙可以在第一電極組合物中在第一表面與第二表面之間形成孔隙率梯度，所述孔隙率梯度配置成在鋰離子電化學(xué)電池的循環(huán)過(guò)程中使電極的膨脹最小化并且適應(yīng)硅粒子生長(zhǎng)。

在另一方面，所述多個(gè)孔隙可以隨機(jī)布置在第一表面與第二表面之間。

在又一方面，所述第一電極組合物可以具有從第一表面到第二表面基本上均勻的厚度。

在一個(gè)附加方面，所述粘合劑組分可以以第一量存在于第一電極組合物中；所述導(dǎo)電填料組分可以以第二量存在于第一電極組合物中；并且所述活性材料組分可以以大于第一量和第二量的第三量存在于第一電極組合物中。

在再一方面，所述電極可以進(jìn)一步包括由第二電極組合物形成并與第一層相鄰設(shè)置的第二層。

在一方面，所述第二電極組合物可以包含以不同于第三量的第四量存在于第二電極組合物中的第二活性材料組分。

在另一方面，所述第二電極組合物可以具有不同于第一孔隙率的第二孔隙率。

形成鋰離子電化學(xué)電池的電極的方法包括將導(dǎo)電填料組分；活性材料組分；流變改性劑組分；以及包含粘合劑組分和溶劑的粘合劑溶液混合在一起，以便將導(dǎo)電填料組分、活性材料組分和流變改性劑組分分散在粘合劑溶液中并形成漿料。該方法還包括將所述漿料鑄塑到集流體上以形成濕工件，并使?jié)窆ぜc非溶劑接觸，以便由此引發(fā)相轉(zhuǎn)化并形成濕電極組合物。該方法進(jìn)一步包括干燥所述濕電極組合物以形成設(shè)置在集流體上的第一電極組合物并由此形成電極。第一電極組合物具有第一表面和與第一表面間隔開(kāi)并平行于第一表面的第二表面。第一電極組合物限定了在第一表面與第二表面之間的具有定制的孔徑分布的多個(gè)孔隙，所述定制的孔徑分布至少包括第一孔徑和大于第一孔徑的第二孔徑。第一電極組合物具有至少60%的第一孔隙率。

在一方面，接觸和引發(fā)相轉(zhuǎn)化可以包括隨著非溶劑進(jìn)入所述漿料在所述濕電極組合物中形成類液態(tài)聚合物稀相和類固態(tài)聚合物濃相。