将电池连接片附接结构自支撑电极的方法技术

本发明专利技术涉及将电池连接片附接结构嵌入电极活性材料与碳纳米管的复合材料中的方法以及所得到的自支撑电极，其没有粘合剂且没有集电极箔。这些方法和所得到的自支撑电极能够有利于在电池和电力应用中使用这种复合材料。

A Method of Attaching Battery Connectors to Self-supporting Electrodes

The invention relates to a method for embedding the attachment structure of battery connector into the composite material of electrode active material and carbon nanotubes, and a self-supporting electrode obtained, which has no adhesive and collector foil. These methods and the self-supporting electrodes obtained can facilitate the use of the composite materials in battery and power applications.

【技术实现步骤摘要】
将电池连接片附接结构自支撑电极的方法相关申请的交叉引用本申请要求了2017年9月15日申请的、代理人案卷号为037110.01018、专利技术名称为“MethodandStructureforBatteryTabAttachmenttoaSelf-StandingElectrodeWithoutCurrentCollectororBinder”的美国专利申请62/559,254的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
本专利技术涉及一种有电池连接片的无粘合剂、无集电极的自支撑电极，一种制造这种自支撑电极的方法和一种
技术介绍
锂离子电池由两个电极(阳极和阴极)、将阳极与阴极隔开的膜和电解质组成。电极由活性材料、粘合剂、碳基添加剂和集电极组成。铝/铜箔是典型的用于锂离子电池的集电极。通常，使用由活性材料、添加剂、粘合剂和适当溶剂组成的浆料将活性材料印刷在集电极的表面上。在制造电极之后，将导电连接片附连至集电极以从电池获得电流。通常，连接片是铝箔/铜箔的条带，其焊接至电极的集电极箔上。在仅包含活性材料粉末和碳纳米管基质、并且其中不存在集电箔的自支撑电极的情况下，需要一种从电极传输电流的方法。换句话说，有必要解决将连接片附接至没有任何集电极箔的电极的问题。
技术实现思路
以下提出了本专利技术的一个或多个方案的简要概述，以便提出对这些方案的基本理解。该概述不是对所有预期方案的广泛概述，并且既不旨在标识所有方案的关键或重要元素，也不旨在描绘某个或所有方案的范围。其目的在于以简化形式提供一个或多个方案的一些构思，作为稍后提出的更详细描述的序言。在一些实施例中，本专利技术涉及一种自支撑电极，其包含：电极活性材料与碳纳米管组成的复合材料；以及嵌入复合材料中的电池连接片附接结构，其中，电极具有总长度、总宽度和总厚度，并且电池连接片附接结构具有电极的总宽度的约1％至约100％的宽度。在一些实施例中，本专利技术涉及制造无粘合剂、无集电极的自支撑电极的方法，该方法包括：使电极活性材料雾化或流化以产生雾化或流化的电极活性材料；将雾化或流化的电极活性材料与碳纳米管共沉积到第一多孔表面和在第一多孔表面上方与第一多孔表面间隔开的电池连接片附接结构上，以形成自支撑电极材料，其为碳纳米管的三维网络中的电极活性材料与嵌入在自支撑电极材料中的电池连接片附接结构的复合材料，其中，电极具有总长度、总宽度和总厚度，并且电池连接片附接结构具有电极的总宽度的约1％至约100％的宽度。通过阅读以下详细描述后，将更全面地理解本专利技术的这些和其他方案。附图说明图1A-1D示出了根据本专利技术的一些方案的用于将电池连接片附接至自支撑电极的方法的示意图。图2A-2C示出了根据图1A-1D中所描绘的方案的连接片附接的图像的示例。具体实施方式以下结合附图所阐述的详细描述旨在作为各种配置的描述，而不旨在表示能够实践本文所描述的构思的唯一配置。该详细描述包括用于提供对各种构思的全面理解的具体细节。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践这些构思。本专利技术提供了自支撑电极，其包括碳纳米管和电极活性材料的复合材料，其中电池连接片附接结构嵌入在复合材料中，以及制造该电极的方法。在一些实施例中，本专利技术涉及一种自支撑电极，其包含：电极活性材料与碳纳米管组成的复合材料；和嵌入复合材料中的电池连接片附接结构，其中，电极具有总长度、总宽度和总厚度，并且电池连接片附接结构具有电极的总宽度的约1％至约100％的宽度。在一些方案中，电池连接片附接结构具有电极的总宽度的约10％至约75％的宽度。如本文所使用的，“电极活性材料”是指电极中的导电材料。术语“电极”是指离子和电子与电解质和外部电路在其中交换的导电体。“正极”和“阴极”在本说明书中同义使用，并且是指在电化学电芯中具有较高电极电位的电极(即，高于负极)。“负极”和“阳极”在本说明书中同义使用，并且是指在电化学电芯中具有较低电极电位的电极(即，低于正极)。阴极还原是指得到化学物质的电子，并且阳极氧化是指失去化学物质的电子。在非限制性示例中，电极活性材料可以是能够被雾化的任何固体金属氧化物粉末。在示例性示例中，金属氧化物是用于电池阴极的材料。金属氧化物的非限制性示例包括Ni、Mn、Co、Al、Mg、Ti的氧化物以及它们的任意混合物。金属氧化物可以是锂化的。在示例性示例中，金属氧化物为锂镍锰钴氧化物(LiNiMnCoO2)。金属氧化物粉末可以具有限定在约1纳米和约100微米之间的范围内的粒径。在非限制性示例中，金属氧化物颗粒具有约1nm至约10nm的平均粒径。在一些方案中，电极活性材料选自石墨、硬碳、硅、氧化硅、锂金属氧化物、磷酸铁锂和锂金属。根据本专利技术的锂金属氧化物中的金属可包括但不限于一种或多种碱金属、碱土金属、过渡金属、铝或后过渡金属及其水合物。“碱金属”为元素周期表I族中的金属，例如锂、钠、钾、铷、铯或钫。“碱土金属”为元素周期表II族中的金属，例如铍、镁、钙、锶、钡或镭。“过渡金属”为元素周期表的d区中的金属，包括镧系元素和锕系元素。过渡金属包括但不限于钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂、金、汞、锕、钍、镤、铀、镎、钚、镅、锔、锫、锎、锿、镄、钔、锘和铹。“后过渡金属”包括但不限于镓、铟、锡、铊、铅、铋或钋。如本文所使用的，“电极活性材料与单壁碳纳米管”的合适的复合材料包括但不限于自支撑电极，例如那些在2017年7月31日申请的、代理人案卷号为037110.00687、专利技术名称为“SelfStandingElectrodesandMethodsforMakingThereof”的美国专利申请15/665,171以及2017年7月31日申请的、代理人案卷号为037110.00688、专利技术名称为“ContinuousProductionofBinderandCollector-LessSelf-StandingElectrodesforLi-IonBatteriesbyUsingCarbonNanotubesasanAdditive”的美国专利申请15/665,142中公开的。这些申请分别全部内容通过引用特此并入本文。在一些方案中，电极活性材料选自石墨、硬碳、锂金属氧化物和磷酸铁锂。在一些方案中，电池连接片附接结构包括金属。在一些方案中，金属为铜、铝、镍或不锈钢。在非限制性示例中，不锈钢可以是本领域已知的任何不锈钢，包括但不限于SS304和SS316。在一些方案中，电池连接片附接结构包括导电碳结构。导电碳结构可以包括碳纳米管、石墨烯(例如二维和三维石墨烯形式，例如石墨烯泡沫)、碳纤维、石墨或碳的任何其他导电同素异形体形式、或其组合、或其复合材料。碳纳米管可以是单壁、少壁或多壁碳纳米管、或其组合，优选单壁碳纳米管。当使用碳纳米管和/或碳纤维时，碳纳米管和/或碳纤维可以为纳米管纱、纳米管线、纳米管布、纳米管丝、纳米管纸(即巴克纸)、纳米管垫、纳米管片、或纳米管毡的形式。电池连接片附接结构可以是任意固体物理形式，包括但不限于箔、条带、线、格栅、绳索、网状箔、穿孔箔、布、纱布或网。可以通过将雾化或流化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自支撑电极，包括：复合材料，由电极活性材料，和碳纳米管组成；和嵌入所述复合材料中的电池连接片附接结构，其中，所述电极具有总长度、总宽度和总厚度，并且所述电池连接片附接结构具有所述电极的总宽度的约1％至约100％的宽度。

【技术特征摘要】
2017.09.15 US 62/559,254;2018.09.06 US 16/123,8721.一种自支撑电极，包括：复合材料，由电极活性材料，和碳纳米管组成；和嵌入所述复合材料中的电池连接片附接结构，其中，所述电极具有总长度、总宽度和总厚度，并且所述电池连接片附接结构具有所述电极的总宽度的约1％至约100％的宽度。2.根据权利要求1所述的自支撑电极，其中，所述电极活性材料选自石墨、硬碳、硅、氧化硅、锂金属氧化物和磷酸铁锂。3.根据权利要求1所述的自支撑电极，其中，所述电池连接片附接结构包括金属。4.根据权利要求3所述的电极，其中，所述金属为铜、铝、镍或不锈钢。5.根据权利要求1所述的电极，其中，所述电极具有约10μm至约5000μm的总厚度。6.根据权利要求1所述的电极，其中，所述电极具有约20μm至约100μm的总厚度。7.根据权利要求1所述的电极，其中，所述电池连接片附接结构具有所述电极的总宽度的约10％至约50％的宽度。8.根据权利要求1所述的电极，其中，所述电池连接片附接结构具有所述电极的总宽度的约10％至约30％的宽度。9.根据权利要求1所述的电极，其中，所述电池连接片附接结构具有所述电极的总宽度的约3％至约10％的宽度。10.一种制造无粘合剂、无集电极的自支撑电极的方法，所述方法包括：使电极活性材料气雾化或流化以产生雾化或流化的电极活性材料；和将所述雾化或流化的电极活性材料与碳纳米管共沉积到第一多孔表面和在所述第一多孔表面上方与所述第一多孔表面间隔开的电池连接片附接结构上，以形成自支撑电极材料，所述自支撑电极材料为碳纳米管的三维网络中的所述电极活性材料与嵌入在所述自支撑电极材料中的所述电池连接片附接结构的复合材料，其中，所述电极具有总长度、总宽度和总厚度，并且所述电池连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·哈鲁特尤亚恩，O·库兹内索维，
申请(专利权)人：本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP