[發明專利]制造包括捕獲電解質的聚合物基質的電極的方法

在審

• 申請號: 202080065408.0
• 申請日: 2020-09-16
• 公開（公告）號: CN114424359A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: J.薩洛蒙;J·阿布斯利姆;B·阿梅斯泰;M-D·布拉伊達;H·魯奧;D·巴斯庫爾
• 申請（專利權）人: 法國原子能源和替代能源委員會;索爾維公司
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/139;H01M4/62
• 代理公司: 北京市鑄成律師事務所 11313
• 代理人: 呂艷英;賈慧娜

本發明涉及用于制造包括捕獲電解質的聚合物基質的電極的方法，該方法包括以下步驟：a)制造組合物的步驟，該組合物包括旨在包括在電極構成中的成分；b)由組合物在載體上形成電極的步驟；其特征在于：步驟a)中制造的組合物是膏狀組合物，在0.1s^?1的剪切梯度和環境溫度下測得的動態粘度大于5000Pa.s；制造步驟包括將旨在包括在電極構成中的成分引入混合器中，其中兩個同向旋轉的互穿螺桿在封閉的套筒中旋轉，并混合其中的成分，制造步驟在低于100℃的溫度下進行。

描述

技術領域

本發明涉及用于制造電極的方法，該電極包括捕獲電解質的聚合物基質，更具體地，該電解質為能夠與聚合物基質形成凝膠的液體電解質(在這種情況下，電極可稱為離子凝膠電極)，提供該電極以結合在電化學蓄電池中。

本發明的一般領域可以定義為能量存儲裝置的領域，特別是電化學蓄電池的領域。

現有技術

電化學蓄電池的工作原理是適用于輸送電流的電化學電池，因為它們中的每一個中都存在一對由電解質分開的電極(分別為正電極和負電極)，電極包含適合根據氧化還原反應進行反應的特定材料，由此在電流的起源處存在電子交換，以及通過電解質的媒介從一個電極傳輸到另一個電極的離子交換。

在采用該原理的蓄電池中，以在電極處(更具體地，在電極活性材料上)發生金屬元素嵌入/解嵌的原理工作的蓄電池，并被稱為金屬離子蓄電池(例如，Li離子、Na離子、K離子、Ca離子、Mg離子或Al離子)已取代其他類型的蓄電池，例如鉛酸蓄電池和Ni-MH蓄電池，特別是它們在能量密度方面的性能。事實上，M離子蓄電池，例如Li離子蓄電池，特別是能夠獲得明顯大于Ni-MH和Ni-Cd蓄電池(范圍可為50至100Wh.kg^-1)和鉛酸蓄電池(范圍可為30至35Wh.kg^-1)更大的重量能量密度和體積能量密度(可大于180Wh.kg^-1)。

從功能的角度來看，在金屬離子蓄電池中，在產生電流的起源處(即當蓄電池處于放電模式時)的反應涉及通過傳導金屬離子的電解質傳輸來自負電極的金屬陽離子，這些金屬陽離子嵌入到正電極的受體網絡中，而來自負電極處的反應的電子將供應外部電路，正電極和負電極連接到該外部電路。

更具體地，在Li離子蓄電池的情況下，正電極可包括鋰基磷酸鹽材料(例如，LiFePO₄)、任選取代的鋰化錳氧化物(例如LiMn₂O₄)、具有x+y+z＝1的鋰鎳錳鈷基材料LiNi_xMn_yCo_zO₂(也簡稱NMC)作為鋰嵌入材料，如LiNi_0.33Mn_0.33Co_0.33O₂或LiNi_0.6Mn_0.2Co_0.2O₂，具有x+y+z＝1的鋰鎳鈷鋁基材料LiNi_xCo_yAl_zO₂(也簡稱NCA)，例如LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂。

作為鋰嵌入材料，負電極可以包括含碳材料，比如石墨；硅基化合物，比如碳化硅SiC或氧化硅SiO_x；鋰化鈦氧化物，例如Li₄Ti₅O₁₂；鋰-鍺合金；或例如這些鋰嵌入材料中的幾種的混合物，比如包括石墨和硅基化合物的混合物。

如上所述，在負電極和正電極之間設置有電解質，這將使離子(通常來自電解質中存在的金屬鹽)在充電時從正電極向負電極移動，放電時反之亦然。