用于硅-碳复合材料的牺牲衬底制造技术

形成复合材料膜的方法可以包括在牺牲衬底上提供包含碳前驱体和硅颗粒的层。所述方法还可以包括热解所述碳前驱体以将前驱体转化成一种或多种类型的碳相以形成所述复合材料膜，由此所述牺牲衬底具有约10％或更少的成炭率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于硅
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碳复合材料的牺牲衬底


[0001]本公开内容总体上涉及硅
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碳复合材料。具体地，本公开内容涉及用于形成硅
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碳复合材料的牺牲衬底。硅
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碳复合材料可以用于电池电极。

技术介绍

[0002]锂离子电池通常包括在阳极与阴极之间的隔板和/或电解液。在一类电池中，隔板、阴极和阳极材料分别形成为片或膜。将阴极、隔板和阳极的片依次堆叠或轧制，使隔板将阴极与阳极(例如，电极)分隔，以形成电池。典型的电极包括在导电金属(例如，铝或铜)上的电化学活性材料层。可以将膜轧制或切割成部件，然后将其层叠为堆叠体。堆叠体具有交替的电化学活性材料以及在它们之间的隔板。

技术实现思路

[0003]在某些实施方式中，提供了形成复合材料膜的方法。方法可以包括在牺牲衬底上提供包含碳前驱体和硅颗粒的层。方法还可以包括热解碳前驱体以将前驱体转化成一种或多种类型的碳相以形成复合材料膜，由此牺牲衬底具有约10％或更少的成炭率。例如，牺牲衬底可以具有约7％或更少、约5％或更少、约3％或更少、约1％或更少、约0％等的成炭率。
[0004]在各种实施方式中，牺牲衬底可以包含聚甲基戊烯(PMP)、缩醛共聚物、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、石蜡、聚环氧乙烷、聚乙烯、聚丙烯、聚(碳酸亚丙酯)、乙酸纤维素或其组合。例如，牺牲衬底可以包含聚乙烯、聚丙烯、聚(碳酸亚丙酯)、聚甲基戊烯或其组合。
[0005]在一些实施方式中，层可以包含包括溶剂的混合物。在一些情况下，牺牲衬底可以不溶于溶剂。在一些情况下，溶剂可以包括N
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甲基吡咯烷酮(NMP)。在一些情况下，溶剂可以包括水。在一些情况下，碳前驱体可以包括水溶性聚合物。
[0006]在某些实施方式中，方法还可以包括在热解之前干燥牺牲衬底上的混合物，其中干燥的混合物包含约10％至约30％的溶剂。在一些情况下，方法还可以包括将在牺牲衬底上的干燥的混合物形成为多个的在牺牲衬底上的干燥的混合物，并且在热解之前堆叠所述多者。
[0007]在一些实施方式中，方法还可以包括在第一衬底上提供混合物。混合物可以包含溶剂。方法还可以包括在牺牲衬底上提供干燥的混合物之前干燥混合物和去除干燥的混合物。在一些情况下，干燥的混合物可以包含约10％至约30％的所提供的溶剂。在一些情况下，方法还可以包括将干燥的混合物形成为多个干燥的混合物。提供在牺牲衬底上的混合物可以包括提供在多个牺牲衬底上的多个干燥混合物的堆叠体。
[0008]在各种实施方式中，复合材料膜可以包含大于0重量％至约20重量％的一种或多种类型的碳相。在各种实施方式中，复合材料膜可以包含大于约50重量％至约99重量％的硅颗粒。在一些情况下，复合材料膜还可以包含石墨颗粒。在某些实施方式中，复合材料膜可以是基本上电化学活性的。在一些情况下，热解可以形成作为自支撑结构的复合材料膜。
[0009]在某些实施方式中，提供了形成电化学装置的方法。方法可以包括提供第一电极、
第二电极和电解液。第一电极可以包括提供通过所提供的形成复合材料膜的方法形成的复合材料膜。在各种实施方式中，提供第一电极可以包括提供作为自支撑电极的复合材料膜。在各种实施方式中，提供第一电极可以包括在集电器上提供复合材料膜。在一些情况下，第一电极可以是阳极，并且第二电极可以是阴极。电化学装置可以是电池。
附图说明
[0010]图1例示根据本文描述的某些实施方案的形成复合材料的示例性方法。
[0011]图2示意性地例示在牺牲衬底上形成材料的示例性方法。
[0012]图3示意性地例示在牺牲衬底上形成材料的另一个示例性方法。
[0013]图4示意性地例示使用牺牲衬底形成材料的示例性方法。
[0014]图5示意性地例示使用牺牲衬底形成材料的另一个示例性方法。
[0015]图6示出了与具有没有使用牺牲衬底制备的电极的电化学电池相比，具有使用如图4中所示的方法由牺牲衬底制备的电极的电化学电池的容量保持率与循环指数的图。
[0016]图7示出了与具有没有使用牺牲衬底制备的电极的电化学电池相比，具有使用如图5中所示的方法由牺牲衬底制备的电极的电化学电池的容量保持率与循环指数的图。
具体实施方式
[0017]硅
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碳复合电极可以通过制备硅和碳前驱体材料的浆料，并且将该浆料涂覆在载体衬底上来形成。可以将浆料干燥成生膜(例如，干燥的混合物)并且随后与载体衬底分离。可以对无支撑的生膜进行热处理以将碳前驱体转化成碳。所得的硅
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碳复合膜可以用作单片自支撑电极(例如，如标题为“Composite Materials for Electrochemical Storage”的第9,178,208号美国专利和标题为“Silicon Particles for Battery Electrodes”的第2014/0170498号美国专利申请公开所述，其全部内容通过援引据此并入)，或者可以层压到粘合剂涂覆的集电器以产生硅碳复合电极(例如，如标题为“Electrodes,Electrochemical Cells,and Methods of Forming Electrodes and Electrochemical Cells”的第9,397,338号美国专利或标题为“Electrodes,Electrochemical Cells,and Methods of Forming Electrodes and Electrochemical Cells”的第9,583,757号美国专利所述，其各自通过援引并入本文)。
[0018]从载体衬底上移除生膜可能涉及专用剥离设备和/或对材料施加某些要求。例如，希望涂膜不会太牢固地粘附到载体衬底，并且无支撑的生膜是坚固的，但足够柔韧以便于处理。在一些情况下，在热解之前经由真空干燥去除浆料中的残留溶剂，使得生膜的各个层在热处理期间不结合在一起(例如，当彼此堆叠在顶部上时)。同时，为了提高从载体衬底剥离生膜的能力，在生膜中保留一定量的残留溶剂或增塑剂可能是有用的。本公开内容描述了在牺牲衬底上热解的方法，以有利地改善将膜与下面的衬底分离的能力和/或减少加工和材料限制。在各种实施方式中，可以使用将碳前驱体转化成碳的相同热处理条件，以相对低的成炭率(例如，约10％或更低的产率)热分解牺牲衬底。
[0019]图1例示形成复合材料的示例性方法。方法100可以包括在牺牲衬底上提供包含碳前驱体和硅颗粒的层，方框110。方法100还可以包括热解碳前驱体以将前驱体转化成一种或多种类型的碳相以形成复合材料膜，由此牺牲衬底具有约10％或更少的成炭率，方框
120。
[0020]参考方框110，包含碳前驱体的层可以提供在衬底上，如第9,178,208号美国专利、第9,397,338号美国专利或第9,583,757号美国专利所述。例如，层可以包含混合物。混合物可以包含多种不同的组分。混合物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.形成复合材料膜的方法，所述方法包括：在牺牲衬底上提供包含碳前驱体和硅颗粒的层；以及热解所述碳前驱体以将前驱体转化成一种或多种类型的碳相以形成所述复合材料膜，由此所述牺牲衬底具有约10％或更少的成炭率。2.如权利要求1所述的方法，其中所述牺牲衬底具有约7％或更少的成炭率。3.如权利要求2所述的方法，其中所述牺牲衬底具有约5％或更少的成炭率。4.如权利要求3所述的方法，其中所述牺牲衬底具有约3％或更少的成炭率。5.如权利要求4所述的方法，其中所述牺牲衬底具有约1％或更少的成炭率。6.如权利要求5所述的方法，其中所述牺牲衬底具有约0％的成炭率。7.如权利要求1所述的方法，其中所述牺牲衬底包含聚甲基戊烯(PMP)、缩醛共聚物、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、石蜡、聚环氧乙烷、聚乙烯、聚丙烯、聚(碳酸亚丙酯)、乙酸纤维素或其组合。8.如权利要求7所述的方法，其中所述牺牲衬底包含聚乙烯、聚丙烯、聚(碳酸亚丙酯)、聚甲基戊烯或其组合。9.如权利要求1所述的方法，其中所述层包含包括溶剂的混合物。10.如权利要求9所述的方法，其中所述牺牲衬底不溶于所述溶剂。11.如权利要求9所述的方法，其中所述溶剂包括N
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甲基吡咯烷酮(NMP)。12.如权利要求9所述的方法，其中所述溶剂包括水。13.如权利要求12所述的方法，其中所述碳前驱体包括水溶性聚合物。14.如权利要求9所述的方法，还包括在热解之前干燥所述牺牲衬底上的所述混合物，其中所述干燥的混合物包含约10％至约30％的所述溶剂。15.如权利要求14所述的方法，还包括将在所述牺牲衬底上的所述干燥的混合物形成为多...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊恩，
申请(专利权)人：新强能电池公司，
类型：发明
国别省市：