本发明专利技术涉及复合电极，所述复合电极具有导体，所述导体用包含活性电极材料、粘结剂和导电炭黑的电极物料涂布，其中电极物料在电极厚度的方向具有关于电极材料和导电添加剂的浓度梯度，活性电极材料的浓度梯度在导体的方向上增大，导电添加剂和粘合剂的浓度梯度在导体的方向减小。此外给出包括所述复合电极的锂离子电池组和用于制备所述复合电极的两种替代性方法。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】复合电极和包括复合电极的锂离子电池组以及复合电极的制备方法本专利技术涉及复合电极、包括复合电极的锂离子电池组和复合电极的制备方法。在如下说明中，术语“锂离子-电池组”、“可重复充电的锂离子-电池组”和“锂离子-二次电池组”以同义方式使用。所述术语还包括术语“锂-电池组”、“锂-离子-蓄电池”和“锂-离子-电池”以及所有锂-电池组或合金-电池组，尤其还有锂-硫体系、锂-空气体系或合金体系。因此使用术语“锂离子-电池组”作为现有技术中常见的上述术语的总称。其不仅表示可重复充电的电池组(二次电池组)而且表示不可充电的电池组(一次电池组)。尤其是，在本专利技术的意义上，“电池组”还包括单独或唯一的“电化学电池”。在普遍情况下，锂-离子-电池组的工作方式如下：在伴随物质变化的化学过程中，电能储存在锂-离子(在负电极处)和(多数)过渡金属-氧化物(在正电极处)中。在此，锂-离子可以以离解和溶剂化形式(Li+)通过通常包含六氟磷酸锂(LiPF6)作为锂传导性盐的电解质在两个电极之间来回移动。不同于锂-离子，阴极上存在的过渡金属-离子的位置固定。在充电和放电时需要锂-离子-流来抵消外部电流，因此电极本身保持电中性。在放电时，负电极处的类锂-原子(或包含类锂-原子的负电极活性材料)各自交出电子，所述电子通过外部电路(用电器)流向正电极。同时，同样多的锂-离子通过电解质从负电极移动至正电极。但是在正电极处锂-离子不再接收电子，而是存在于该处的过渡金属-离子接收电子。根据电池组的类型，其可以是钴离子、镍离子、锰离子、铁离子等。锂在电池的放电状态下存在于正电极处，因此继续以离子形式(Li+)存在。WO2011/109815A1公开了复合电极，所述复合电极在电极厚度方向上具有关于化学、物理和性能的序列的梯度。本专利技术所基于的目的是提供复合电极，所述复合电极具有更好的离子传导性和大电流耐受能力以及电极物料在导体上的良好附着。根据本专利技术在第一方面通过根据权利要求1所述的复合电极，在第二方面通过根据权利要求9所述的锂离子电池组，和在第三方面通过根据权利要求10和11所述的用于制备复合电极的两种替代性方法实现所述目的。优选的实施方式描述在从属权利要求中。只要可用，根据本专利技术的所有方面都适用如下定义。锂离子电池组根据本专利技术，术语“锂离子电池组”具有引文中限定的含义。尤其是，根据本专利技术，所述术语还包括单独或唯一的“电化学电池”。优选地，在“电池组”中两个或多个所述电化学电池串联(即前后连接)或并联。电极根据本专利技术的电化学电池具有至少一个正电极和至少一个负电极，即正电极(阴极)和负电极(阳极)。在此，两个电极各自具有至少一种电化学活性材料。电化学活性材料能够接收或交出锂离子，同时接收或交出电子。术语“正电极”表示当电池组与用电器(例如电动马达)接通时能够接收电子的电极。其在命名法中被称为阴极。术语“负电极”表示在工作时能够交出电子的电极。其在命名法中被称为阳极。电极具有无机材料或无机化合物或物质，所述无机材料或无机化合物或物质可以用于电极或用在电极中或用在电极上或用作电极。由于其化学特性，这些化合物或物质可以在锂离子电池组的工作条件下接收(插入)并且重新交出锂离子或金属锂。在本说明书中，这种材料被称为“活性阴极材料”或“活性阳极材料”或统称为“活性材料”或“活性电极材料”。为了用于电化学电池或电池组，优选将所述活性材料施加至载体上，优选施加至金属载体(对于阴极优选为铝，对于阳极优选为铜)上。所述载体也被称为“导体”或“集电器”或集电膜。阴极(正电极)作为正电极的活性材料或活性阴极材料，可以使用所有由相关现有技术已知的材料。其中包括例如LiCoO2、NCM、NCA、高能NCM(HE-NCM)(英文：“High-EnergyNCM”)、磷酸铁锂或锂锰尖晶石(LiMn2O4)或高电压尖晶石(例如LiMn1.5Ni0.5O4)。关于本专利技术意义上的正电极，不存在任何限制。在一个优选的实施方式中，可以使用选自如下的材料作为活性阴极材料：锂-过渡金属氧化物(下文也被称为“锂-金属氧化物”)、层状氧化物、尖晶石、橄榄石化合物、硅酸盐化合物及其混合物。这些活性阴极材料例如描述于BoXu等人的“Recentprogressincathodematerialsresearchforadvancedlithiumionbatteries”，MaterialsScienceandEngineeringR73(2012)51-65中。另一种优选的阴极材料为HE-NCM。层状氧化物和HE-NCM也描述于阿贡国家实验室的专利文献US6,677,082B2、US6,680,143B2和US7,205,072B2。橄榄石化合物的实例为通式LiXPO4的锂磷酸盐，其中X＝Mn、Fe、Co或Ni或其组合。锂-过渡金属氧化物、尖晶石化合物和层状过渡金属氧化物的实例为锰酸锂(优选LiMn2O4)、钴酸锂(优选LiCoO2)、镍酸锂(优选LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(NCA))或两种或多种所述氧化物的混合物，或其混合氧化物。活性材料还可以包含两种或多种所述物质的混合物。为了升高导电性，活性材料中可以存在其它化合物(下文也被称为导电添加剂)，优选含碳化合物，或碳，优选炭黑或石墨形式的碳。碳还可以以碳纳米管或石墨烯的形式引入。基于施加在载体上的正电极的物料(不具有载体溶剂)计，这种添加物优选以0.1至6重量％，优选1至3重量％的量施加。阳极(负电极)作为负电极的活性材料或活性阳极材料，可以使用所有由相关现有技术已知的材料。关于本专利技术意义上的负电极，不存在任何限制。活性阳极材料可以选自锂-金属氧化物例如锂钛氧化物、金属氧化物(例如Fe2O3、ZnO、ZnFe2O4)、含碳材料例如石墨(合成石墨、天然石墨)、石墨烯、中间相碳、经掺杂的碳、硬质碳、软质碳、硅和碳的混合物、硅、锡、金属锂和可与锂成合金的材料及其混合物。作为负电极的电极材料，还可以使用五氧化二铌、锡合金、二氧化钛、二氧化锡、硅或其相应混合物。还有可能的是，对于活性阳极材料使用可与锂成合金的材料。其可以是金属锂、锂合金或未锂化或部分锂化的前体，在化成时由所述前体产生锂合金。优选的可与锂成合金的材料为选自如下的锂合金：硅基合金、锡基合金和锑基合金。这些合金例如描述于W.-J.Zhang的综述论文JournalofPowerSources196(2011)13-24中。电极粘结剂用于正电极或用于负电极的材料(例如活性材料)通过一种或多种粘结剂结合在一起，所述一种或多种粘结剂将所述材料保持在电极上或导体上。所述一种或多种粘结剂可以选自聚偏氟乙烯(PVdF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯-共聚物(PVdF-HFP)、聚氧化乙烯(PEO)、聚四氟乙烯、聚丙烯酸酯、苯乙烯-丁二烯-橡胶和羧甲基纤维素(CMC)及其混合物和共聚物。基于正电极或负电极中使用的活性材料的总量计，所述苯乙烯-丁二烯-橡胶和任选的羧甲基纤维素和/或其它粘结剂(如PVdF)优选以0.5-10重量％的量存在。隔膜根据本专利技术的电化学电池具有使正电极和负电极彼此分开的材料。所述材料可以被锂离子穿透，即传导锂离子，但是对于电子来说为非导体。这种用在锂离子电池组中的材料也被本文档来自技高网...
【技术保护点】
复合电极，所述复合电极具有导体，所述导体用包含活性电极材料、粘结剂和导电炭黑的电极物料涂布，其中电极物料在电极表面的方向上具有关于电极材料、电极粘合剂和导电添加剂的浓度梯度，活性电极材料的浓度梯度向导体的方向增大，和导电添加剂和粘合剂的浓度梯度向导体的方向减小。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.01.20 DE 102015200758.81.复合电极，所述复合电极具有导体，所述导体用包含活性电极材料、粘结剂和导电炭黑的电极物料涂布，其中电极物料在电极表面的方向上具有关于电极材料、电极粘合剂和导电添加剂的浓度梯度，活性电极材料的浓度梯度向导体的方向增大，和导电添加剂和粘合剂的浓度梯度向导体的方向减小。2.根据权利要求1所述的复合电极，其中电极物料基于体积计具有5至50％的孔隙度，并且近表面层中的孔隙度与近导体层中的孔隙度的比例为1.2至5，优选1.5至4，尤其优选1.5至2.5。3.根据前述权利要求任一项所述的复合电极，其中在电极物料中，导电添加剂优选导电炭黑以1至4重量％的量存在，并且粘结剂以1至4重量％的量存在。4.根据前述权利要求任一项所述的复合电极，其中在电极物料中，近导体层中的导电添加剂优选导电炭黑的以重量计的量与近表面层中的导电添加剂优选导电炭黑的以重量计的量的比例为1.2至5，优选1.5至4，尤其优选1.5至2.5。5.根据前述权利要求任一项所述的复合电极，其中活性电极材料是选自合成石墨、天然石墨、碳、钛酸锂及其混合物的阳极材料。6.根据前述权利要求任一项所述的复合电极，其中活性电极材料是选自锂-过渡金属氧化物、层状氧化物、尖晶石、橄榄石化合物、硅酸盐化合物、高能-NCM及其混合物的阴极材料。7.根据前述权利要求任一项所述的复合电极，其中粘结剂选自聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯和六氟丙烯的共聚物、苯乙烯和丁二烯的共聚物、纤...
【专利技术属性】
技术研发人员：T·赫夫勒，SJ·金，JO·罗特，S·沙尔内尔，M·切希，J·费特尔，M·瓦格纳，T·韦尔勒，T·蔡林格，
申请(专利权)人：宝马股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE
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