[發(fā)明專(zhuān)利]具有高結(jié)構(gòu)炭黑的電極、組合物、以及設(shè)備

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211016842.7
• 申請(qǐng)日: 2017-05-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115411268A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-11-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A.科爾切夫;A.L.杜帕斯奎爾;M.奧爾加卡;G.D.莫瑟
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 卡博特公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/62
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/62;H01M4/13
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 金擬粲

用于儲(chǔ)能設(shè)備的電極，其包括具有以下性質(zhì)的炭黑顆粒：(a)70～120m²/g的Brunauer?Emmett?Teller(BET)表面積；(b)180～310mL/100g的吸油值(OAN)；(c)小于或等于15mJ/m²的表面能；和(d)小于或等于的L_a微晶尺寸、或者小于或等于24nm的初級(jí)粒度。

本申請(qǐng)是基于申請(qǐng)日為2017年5月4日，申請(qǐng)?zhí)枮?01780032447.9，發(fā)明名稱(chēng)為：“具有高結(jié)構(gòu)炭黑的電極、組合物、以及設(shè)備”的專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

相關(guān)申請(qǐng)

本申請(qǐng)根據(jù)35 U.S.C.§119(e)要求2016年5月5日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.62/332,142的優(yōu)先權(quán)，其在此引入作為參考。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及包括高結(jié)構(gòu)炭黑的電極、組合物、以及設(shè)備。

背景技術(shù)

鋰離子電池(battery)是用于各種應(yīng)用(例如電子設(shè)備和電動(dòng)車(chē)輛)的常用的電能來(lái)源。鋰離子電池典型地包括負(fù)極(例如石墨)和正極(其在下面描述)，其允許鋰離子和電子在充電和放電期間移向電極和移出電極。與電極接觸的電解液提供了離子可以在其中移動(dòng)的傳導(dǎo)性介質(zhì)。為了防止電極之間的直接反應(yīng)，使用能夠透過(guò)離子的分隔物來(lái)物理地和電學(xué)地隔離電極。當(dāng)將電池用作設(shè)備的能量來(lái)源時(shí)，與電極電接觸，允許電子流過(guò)設(shè)備以提供電能，且允許鋰離子穿過(guò)電解質(zhì)從一個(gè)電極移動(dòng)到另一個(gè)電極。

正極典型地包括傳導(dǎo)性基材，所述傳導(dǎo)性基材承載至少具有電活性材料、粘合劑和傳導(dǎo)性添加劑的混合物(例如，作為糊劑施用)。電活性材料(例如鋰過(guò)渡金屬氧化物)能夠接收和釋放鋰離子。粘合劑(例如聚偏二氟乙烯)用于為電極提供機(jī)械完整性和穩(wěn)定性。典型地，由于電活性材料和粘合劑在電學(xué)上的傳導(dǎo)性或絕緣性是差的，因此，加入傳導(dǎo)性添加劑(例如，石墨和炭黑)以增強(qiáng)電極的導(dǎo)電性。然而，傳導(dǎo)性添加劑和粘合劑通常不參與產(chǎn)生電能的電化學(xué)反應(yīng)，因此，這些材料可對(duì)電池的某些性能特性(例如，容量和能量密度)產(chǎn)生不利影響，因?yàn)樗鼈冇行У亟档土苏龢O中所能含有的電活性材料的量。

發(fā)明內(nèi)容

在一個(gè)方面中，本發(fā)明的特征在于高度結(jié)構(gòu)化的炭黑顆粒(或炭黑)、以及這樣的炭黑在儲(chǔ)能應(yīng)用(例如鋰離子電池)中的應(yīng)用。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這樣的炭黑能夠以相對(duì)低的加載量(即，濃度)用于電極(例如，鋰離子電池的正極)中。結(jié)果，對(duì)于給定的電極體積，能夠引入相對(duì)更多的電活性材料，從而改善電池的性能(例如，容量、體積能量、及能量密度)。

此外，本文所述的高度結(jié)構(gòu)化的炭黑能夠提供可加工性的益處，所述可加工性的益處能夠增強(qiáng)用于制造電極的工藝。例如，高度結(jié)構(gòu)化的炭黑易于分散。在制造工藝中，需要較少的能量來(lái)將易分散的炭黑結(jié)合到電極配制物中，從而增強(qiáng)工藝的成本效能和效率。本文所述的高度結(jié)構(gòu)化的炭黑還能夠提供具有相對(duì)低粘度的配制物。因此，配制物可被制成具有高的固含量，這意味著，對(duì)于給定的配制物批料，能夠形成更多的電極，且利用率提高。

在另一方面中，本發(fā)明的特征在于用于儲(chǔ)能設(shè)備的電極，其包括具有以下的炭黑顆粒：(a)70～120m²/g的Brunauer-Emmett-Teller(BET)表面積；(b)180～310mL/100g的吸油值(OAN)；(c)小于或等于15mJ/m²的表面能；和(d)小于或等于的L_a微晶尺寸、或者小于或等于24nm的初級(jí)粒度。所述電極可包含在儲(chǔ)能設(shè)備中，所述儲(chǔ)能設(shè)備例如鋰離子電池、一次堿性電池、一次鋰電池、鎳金屬氫化物電池、鈉電池、鋰硫電池、鋰空氣電池、混合式電池-超級(jí)電容器設(shè)備、金屬-空氣電池、液流電池、或超級(jí)電容器。