【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于电化学储能装置(诸如用于二次电池)的阳极。具体地，本专利技术涉及用于电化学存储装置的阳极，该阳极包含硅碳复合材料。本专利技术进一步涉及包括这种阳极的电化学储能装置。
技术介绍
1、电化学储能装置在本领域中是众所周知的。特别地，鉴于车辆电气化的进步，电化学储能装置变得越来越重要。对此，尤其是为了在市场上获得更好的接受度，充电时间变得更加重要。
2、由于电化学储能装置(特别是li离子电池)的重要性迅速增加，在形成此类装置的领域中不断地需要进一步开发和改善。
3、基于上述内容，本专利技术的一个目的是至少部分地克服现有技术的至少一个缺点。特别地，本专利技术的一个目的是提供显示出快速充电时间的电化学储能装置。本专利技术的另一个目的是提供显示出良好循环稳定性和长寿命的电化学储能装置。
4、通过具有权利要求1的特征的用于电化学储能装置的阳极解决了该目的。还通过具有权利要求11的特征的电化学储能装置解决了该目的。在从属权利要求和以下说明书中描述了本专利技术的优选实施方式，除非明确排除，否则它们各自可以单独地或组合地表示本专利技术的方面。当特征与另一个特征组合示出时，这仅是为了简化说明本专利技术，并且决不旨在暗示在没有其他特征的情况下该特征不能是本专利技术的另一个特征。
技术实现思路
1、描述了用于电化学储能装置的阳极，该阳极至少包含
2、-相对于阳极，≥45wt.-％至≤90wt.-％的量的硅-碳复合材料；
3、-相对于
4、-相对于阳极，>0wt.-％至<1wt.-％的量的碳纳米管；以及
5、-相对于阳极，特别地3wt.-％至8wt.-％的量的粘合剂，特别是聚合物粘合剂。
6、相对于阳极，上述组分可以总计至高达100wt.-％。
7、当用于电化学储能装置，尤其是锂电池中时，这样的阳极显示出显著的改善，如以下更详细地示出的。
8、所有存在于粘合剂中的预先描述的材料，诸如特别是硅-碳复合材料、石墨、炭黑、碳纳米管，可以形成阳极并且被提供在金属箔上，以便形成用于电化学存储装置的最终阳极电极。
9、所描述的阳极包含：相对于阳极，≥45wt.-％至≤90wt.-％的量的硅-碳复合材料，以及优选≥18至≤45％wt.-％的量的硅含量。这种硅碳复合材料也可以称为硅-碳复合材料混合物。
10、术语碳是指由碳组成或至少包含碳的材料或物质。对此，碳材料可以包括高纯度、无定形和结晶材料。碳可以是活性炭、热解的干燥聚合物凝胶、热解的聚合物冷冻凝胶、热解的聚合物干凝胶、热解的聚合物气凝胶、活化的干燥聚合物凝胶、活化的聚合物冷冻凝胶、活化的聚合物干凝胶、活化的聚合物气凝胶、或它们的组合。在另一个实施方式中，通过椰子壳或其他有机废物的热解可产生碳。对此，聚合物是包含两个或更多个重复结构单元的分子。多孔碳提供了通常易于生产、通常具有低杂质和大孔体积的优点。因此，多孔碳表现出良好的导电性以及高的机械和化学稳定性。在一个实施方式中，碳材料具有如下文更详细描述的高微孔体积比。
11、在另一个实施方式中，碳是硬碳材料、石墨碳、或包括氧化物的化合物(oxidecontaining compound，含氧化合物)。例如，包括氧化物的化合物是氧化硅(sio2)。可替代地，包括氧化物的化合物是氧化钛(tio2)、氧化锡(sno2)、或其他氧化物。硬碳材料是非可石墨化碳材料。硬碳提供了在升高的温度(通常>1500℃)下它保持无定形的优点，而“软”碳则结晶并且变成石墨。
12、在一个实施方式中，碳可以是改性的硬碳。改性的硬碳是包含碳(特别是硬碳)和锂合金材料两者的复合材料。锂合金材料可以是硅、锡、锗、镍、铝、锰、氧化铝(a12o3)、钛、氧化钛、硫、钼、砷、镓、磷、硒、锑、铋、碲或铟或者能够吸收锂的任何其他金属或准金属。
13、硅部分可以是纯硅或包含硅的材料组合物。例如，硅部分可以是至少一种合金。合金可以是硅-钛合金(si-ti)、硅铁合金(si-fe)、硅镍合金(si-ni)。在另一个实施方式中，硅部分可以由p掺杂剂、as掺杂剂或n掺杂剂组成。p掺杂剂通常为磷掺杂剂，as掺杂剂通常为砷掺杂剂，并且n掺杂剂通常为氮掺杂剂。
14、碳化硅复合材料中存在硅可以是有利的，因为一般而言，硅具有比例如石墨显著更高的能量密度。例如，硅的能量密度为石墨的能量密度的十倍(exceed energy densityof graphite by a factor of ten，超过石墨的能量密度十倍)。
15、可以进一步提供的是，除了所描述的(第一)硅碳复合材料之外，阳极还包含不同于第一硅碳复合材料的另外的硅-碳复合材料。在进一步的实施方式中，阳极可以包含另外的碳和/或另外的粘合剂，如以下所描述的。至少一种另外的碳和/或至少一种粘合剂可以溶解在水性介质中。另外的碳可以是硬碳材料或石墨碳或包括氧化物的化合物。
16、根据本专利技术的阳极进一步包含石墨。石墨通常已知为分别用于锂电池或锂离子电池的阳极材料。通常，石墨是优异的阳极材料并且对于锂离子电池而言是长时间已知的，有利之处在于其相对低成本、丰度、高能量密度、功率密度、以及非常长的循环寿命的不可比拟的平衡。然而，在现有技术的电化学储能装置中，石墨主要作为在量上占优势的材料存在于组合物中。与这种布置相比并且根据本专利技术，石墨以相对小的量，即相对于阳极≥5wt.-％至≤47wt.-％的量存在于阳极中。
17、出人意料地发现，与纯石墨或大量石墨相比，通过碳硅复合材料交换大量石墨允许甚至改善的特性。
18、此外，所描述的阳极包含相对于阳极>0wt.-％至<1wt.-％的量的碳纳米管。出人意料地发现，添加碳纳米管可以甚至进一步增强阳极的电化学性质并且因此增强电化学储能装置的电化学性质。具体而言，尤其能够进一步改善充电时间。
19、碳纳米管可以描述为具有2至5纳米范围内的直径，例如，具有中空结构和约200至5000的高纵横比(长度/直径比)的碳的同素异形体。碳纳米管诸如单壁碳纳米管(sw-cnt)可以表现出显著的导电性。sw-cnt可以使用化学气相沉积(cvd)法在硅基板上生长并且表示单壁碳纳米管的电均匀阵列。在一些实施方式中，单壁碳纳米管与一些稳定聚合物一起作为在水中的悬浮液提供。
20、关于悬浮液，这些允许特别容易的处理，因为碳纳米管在水中的悬浮液是非常均匀的溶液。
21、已显示，在碳纳米管包括单壁碳纳米管的情况下，可以特别有效地获得所描述的优点。然而，本专利技术也并不排除碳纳米管是多壁碳纳米管。
22、此外，在所述阳极中存在例如，相对于阳极2.5wt.-％，诸如3wt.-％至8wt.-％的量的粘合剂。粘合剂以本身已知的方式是粘合试剂或粘合材料。因此，粘合剂是指可以将物质的各个组分、特别是颗粒(例如碳和硅-碳复合材料)保持在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.用于电化学储能装置(100)的阳极(110)，至少包含：
2.根据权利要求1所述的阳极(110)，其特征在于，相对于所述硅-碳复合材料(10)，所述硅-碳复合材料(10)具有≥18wt.-％至≤55wt.-％的量的硅含量。
3.根据权利要求1或2所述的阳极(110)，其特征在于，所述硅-碳复合材料(10)具有碳支架，所述碳支架具有孔，其中，所述碳支架的孔具有≥0.5cm3/g的总孔体积。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的阳极(110)，其特征在于，所述硅-碳复合材料(10)以双峰粒度分布存在，其中，第一粒度d50在≥1μm至<6μm的范围内，并且其中，第二粒度d50在≥6μm至≤20μm的范围内。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的阳极(110)，其特征在于，所述硅-碳复合材料(10)以单峰粒度分布存在，其中，粒度d50在≥7μm至<12μm的范围内。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的阳极(110)，其特征在于，所述硅-碳复合材料(10)的表面积小于30m2/g。
7.根据权利要求1
8.根据权利要求1至7中任一项所述的阳极，其特征在于，所述粘合剂是苯乙烯-丁二烯橡胶/羧甲基纤维素(CMC/SBR)混合物、聚丙烯酸(PAA)和/或聚丙烯酸锂(LiPAA)或聚丙烯酸钠(NaPAA)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的阳极(110)，其特征在于，所述阳极(110)还包含炭黑，相对于所述阳极(110)，所述炭黑的量为≥0.5wt.-％至≤2wt.-％。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的阳极(110)，其特征在于，所述阳极(110)包含：
11.电化学储能装置(100)，包括：
12.根据权利要求11所述的电化学储能装置(100)，其特征在于，所述阴极(120)包含锂镍锰钴氧化物，其中，所述锂镍锰钴氧化物以多晶型和单晶型的混合物存在。
13.根据权利要求11或12所述的电化学储能装置(100)，其特征在于，所述隔膜(130)层压至所述阳极(110)。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的电化学储能装置(100)，其特征在于，所述电解质(140)包括选自由以下组成的组中的至少一种化合物：氟代碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、六氟磷酸锂和双(氟磺酰基)酰亚胺锂。
15.电动车辆，包括电动发动机和电化学储能装置(100)，所述电化学储能装置用于向所述电动发动机供应电能，其特征在于，所述电化学储能装置(100)根据权利要求11至14中任一项形成。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.用于电化学储能装置(100)的阳极(110)，至少包含：
2.根据权利要求1所述的阳极(110)，其特征在于，相对于所述硅-碳复合材料(10)，所述硅-碳复合材料(10)具有≥18wt.-％至≤55wt.-％的量的硅含量。
3.根据权利要求1或2所述的阳极(110)，其特征在于，所述硅-碳复合材料(10)具有碳支架，所述碳支架具有孔，其中，所述碳支架的孔具有≥0.5cm3/g的总孔体积。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的阳极(110)，其特征在于，所述硅-碳复合材料(10)以双峰粒度分布存在，其中，第一粒度d50在≥1μm至<6μm的范围内，并且其中，第二粒度d50在≥6μm至≤20μm的范围内。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的阳极(110)，其特征在于，所述硅-碳复合材料(10)以单峰粒度分布存在，其中，粒度d50在≥7μm至<12μm的范围内。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的阳极(110)，其特征在于，所述硅-碳复合材料(10)的表面积小于30m2/g。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的阳极(110)，其特征在于，所述碳纳米管是单壁碳纳米管。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的阳极，其特征在于，所述粘合剂是苯乙烯-丁二烯橡胶/羧甲基纤...
【专利技术属性】
技术研发人员：海诺·萨默，
申请(专利权)人：塞尔福斯集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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