【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碱金属离子二次电池单元的电极前体组合物。本专利技术还涉及由这种前体组合物制成的电极、电池单元和能量存储设备，以及制备用于碱金属离子二次电池单元的电极的方法。
技术介绍
1、锂离子二次电池是目前从小型个人设备到电动汽车应用中使用的领先电池技术。锂离子电池因其高能量密度和长循环寿命等优点而受到青睐。它们包含多个锂离子二次电池单元。
2、传统的锂离子电池部件（如电极）由使用牺牲溶剂的溶剂浇铸工艺制成。这是能量昂贵的步骤，因此需要一种避免使用牺牲溶剂的方法。
3、避免使用牺牲溶剂的一种方法是制备凝胶电极。这些电极可以由组合物形成，该组合物通过混合必要的组分如电化学活性材料、聚合物和溶剂或液体电解质，随后对该组合物进行热处理来制备。
4、例如，在使用热处理制备电极时使用凝胶必须平衡两个相反的要求。一方面，凝胶必须足够软，以便在热处理过程中形成电极。另一方面，凝胶必须具有足够的机械强度才能实际使用。
5、需要满足上述标准的凝胶电极前体组合物。
技术实现思路
1、总的来说，本专利技术人提出通过利用特定种类的聚合物对其化学环境的敏感性，特别是它们对碱金属盐的存在的敏感性来解决上述问题。
2、专利技术人已经发现，在没有碱金属盐的情况下，聚丙烯腈形成柔软、柔韧、粘性的材料，并且当随后加入碱金属盐时，这些材料会变硬。本专利技术基于这一发现。
3、包含聚丙烯腈的电极组合物是已知的，例如从us2017/162862a1
4、因此，本专利技术的一般建议是制备可处理的电极前体组合物，该组合物包含含有丙烯腈单体的聚合物，该丙烯腈单体具有不足以引起硬化的碱金属盐，例如在不存在碱金属盐的情况下。随后，一旦电极前体组合物经受热处理并形成电极前体，电极前体可以通过暴露于碱金属盐而硬化。使用该通用程序，本专利技术人发现电极前体组合物是高度可处理的，同时还形成了具有足够的机械强度和能量密度的电极用于实际应用。
5、本专利技术的第一方面涉及一种制备用于碱金属离子二次电池单元的电极的方法，该方法包括：
6、混合步骤，包括将聚丙烯腈、或丙烯腈和至少一种其它单体的共聚物、或前述任一种与一种或多种其它聚合物的共混物与第一有机溶剂和电化学活性材料混合，以形成电极前体组合物；
7、电极前体形成步骤，其中将电极前体组合物形成为电极前体；和
8、电极形成步骤，包括将电极前体暴露于碱金属盐。
9、在电极形成步骤中，碱金属盐可以以任何合适的形式提供。在一些实施例中，该方法可以包括将电极前体暴露于包含碱金属盐的溶液。在一些实施例中，该方法可以包括将电极前体暴露于包含碱金属盐的凝胶。
10、从上文可以理解，通常通过混合步骤制备的电极前体组合物包含少量的碱金属盐，从而保持了组合物的柔软和柔韧性质，并且易于处理成电极。
11、在一些实施例中，通过混合步骤制备的电极前体组合物在实验精度范围内不含（即，包含0重量%）或基本上不含（即，包含1重量%或更少，例如小于0.5重量%或小于0.2重量%或小于0.1重量%）的碱金属盐。
12、在一些实施例中，电极前体组合物包含的碱金属盐不足以使组合物具有最终所需的电极硬度。在一些实施例中，电极前体组合物包含达到期望的电极硬度所需的0到25%之间的最终盐浓度。
13、以这种方式，电极前体组合物可以被处理成薄膜电极前体，在一些实施例中，该薄膜电极前体可以具有类似凝胶的性质。随后，电极前体与碱金属盐接触或暴露于碱金属盐，导致电极前体硬化成实际使用的足够机械强度的状态。在一些实施例中，暴露于碱金属盐之后形成的电极具有凝胶状性质，即凝胶电极。
14、一般来说，不希望被理论所束缚，专利技术人相信本专利技术的方法可以避免电极制备领域中，尤其是凝胶电极制备领域中常见的一些限制和折衷。例如，本专利技术人认为，与使用现有技术的方法相比，本方法可以允许更高的有效容量，或者更强的机械强度的电极。
15、根据第二方面，本专利技术涉及一种适用于制备凝胶电极的电极前体组合物，该组合物包含聚丙烯腈、或丙烯腈和至少一种其它单体的共聚物、或上述任一种与一种或多种其它聚合物的共混物、有机溶剂和电化学活性材料，该组合物不含或基本上不含碱金属盐。
16、通过“不含或基本上不含碱金属盐”，我们优选地是指该组合物在实验精度范围内不含（即含有0重量%）或基本上不含（即含有少于1重量%，例如小于0.5重量%或小于0.2或0.1重量%）碱金属盐。
17、第二方面的电极前体组合物可以通过第一方面的方法中描述的混合步骤来合适地制备。
18、第二方面的电极前体组合物可以分别通过第一方面的方法中所述的电极前体形成和电极形成步骤被合适地处理成电极前体和/或电极。
19、其他方面涉及由根据本专利技术的电极前体组合物制备的电极前体、由根据本专利技术的电极前体组合物或方法或电极前体制备的用于碱金属离子二次电池的电极、包括根据本专利技术的电极前体或电极的电化学二次电池，例如碱金属离子二次电池单元，以及包括根据本专利技术的电化学电池的电化学能量存储设备。
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1.一种制备用于碱金属离子二次电池单元的电极的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述混合步骤在存在0和1重量%之间的碱金属盐下进行。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述电极形成步骤包括将所述电极前体暴露于包含所述碱金属盐的溶液或凝胶。
4.根据权利要求3的方法，其中包括所述碱金属盐的溶液包括第二有机溶剂，优选地其中所述第二有机溶剂与所述第一有机溶剂相同。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述混合步骤包括将聚丙烯腈与所述第一有机溶剂和所述电化学活性材料混合，以形成所述电极前体组合物。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述电极前体形成步骤包括热处理。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述混合步骤中，聚丙烯腈、或丙烯腈和至少一种其它单体的共聚物、或前述任一种物质和一种或多种其它聚合物的共混物与有机溶剂的体积比在1:1和1:15之间。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述混合步骤在不存在锂盐的情况下进行，和/或在所述电极
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述电极形成步骤在碱金属离子二次电池单元中进行。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述有机溶剂包括碳酸盐。
11.一种适用于制备凝胶电极的电极前体组合物，所述组合物包括聚丙烯腈，或丙烯腈和至少一种其它单体的共聚物，或前述任一种物质和一种或多种其它聚合物的共混物；有机溶剂；和电化学活性材料，所述组合物不包含或基本不包含碱金属盐。
12.根据权利要求11所述的电极前体组合物，其中所述聚丙烯腈、或丙烯腈和至少一种其它单体的共聚物、或前述任一种物质和一种或多种其它聚合物的共混物与所述有机溶剂的体积比在1:1至1:15之间。
13.根据权利要求11或12所述的电极前体组合物，其中所述组合物不包含或基本不包含锂盐。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的电极前体组合物，其中所述有机溶剂包括碳酸盐。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的电极前体组合物，其中基于电极前体组合物的总体积，所述聚丙烯腈、或丙烯腈和至少一种其它单体的共聚物、或前述任一种物质和一种或多种其它聚合物的共混物以1-10体积%之间的量存在。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的电极前体组合物，其中基于电极前体组合物的总体积，所述有机溶剂以至少20体积%的量存在。
17.根据权利要求11至16中任一项所述的电极前体组合物，其中基于电极前体组合物的总体积，所述电化学活性材料以至少60体积%的量存在。
18.根据权利要求11至17中任一项所述的电极前体组合物，还包括导电添加剂。
19.根据权利要求18所述的电极前体组合物，其中基于电极前体组合物的总重量，所述导电添加剂以0.1重量%到3重量%之间的量存在。
20.根据权利要求11至19中任一项所述的电极前体组合物，其中所述组合物包括聚丙烯腈。
21.根据权利要求11至20中任一项所述的电极前体组合物，其中所述电化学活性材料包括正极活性材料。
22.根据权利要求11至21中任一项所述的电极前体组合物，其中所述电化学活性材料包括锂过渡金属氧化物材料。
23.一种电极前体，所述电极前体由根据权利要求11至22中任一项所述的电极前体组合物制备。
24.一种用于碱金属离子二次电池单元的电极，所述电极根据权利要求11至22中任一项所述的电极前体组合物制备，或通过根据权利要求1至10中任一项所述的方法制备，或由根据权利要求23所述的电极前体制备。
25.一种电化学二次电池单元，例如碱金属离子二次电池单元，包括根据权利要求23所述的电极前体或根据权利要求24所述的电极。
26.根据权利要求23所述的电化学二次电池单元，包括液体电解质。
27.一种电化学能量存储设备，包括根据权利要求24或25所述的电化学电池。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种制备用于碱金属离子二次电池单元的电极的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述混合步骤在存在0和1重量%之间的碱金属盐下进行。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述电极形成步骤包括将所述电极前体暴露于包含所述碱金属盐的溶液或凝胶。
4.根据权利要求3的方法，其中包括所述碱金属盐的溶液包括第二有机溶剂，优选地其中所述第二有机溶剂与所述第一有机溶剂相同。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述混合步骤包括将聚丙烯腈与所述第一有机溶剂和所述电化学活性材料混合，以形成所述电极前体组合物。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述电极前体形成步骤包括热处理。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述混合步骤中，聚丙烯腈、或丙烯腈和至少一种其它单体的共聚物、或前述任一种物质和一种或多种其它聚合物的共混物与有机溶剂的体积比在1:1和1:15之间。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述混合步骤在不存在锂盐的情况下进行，和/或在所述电极形成步骤中，所述碱金属盐包括锂盐。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述电极形成步骤在碱金属离子二次电池单元中进行。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述有机溶剂包括碳酸盐。
11.一种适用于制备凝胶电极的电极前体组合物，所述组合物包括聚丙烯腈，或丙烯腈和至少一种其它单体的共聚物，或前述任一种物质和一种或多种其它聚合物的共混物；有机溶剂；和电化学活性材料，所述组合物不包含或基本不包含碱金属盐。
12.根据权利要求11所述的电极前体组合物，其中所述聚丙烯腈、或丙烯腈和至少一种其它单体的共聚物、或前述任一种物质和一种或多种其它聚合物的共混物与所述有机溶剂的体积比在1:1至1:15之间。
13.根据权利要求11或12所述的电极前体组合物，其中所述组合物不包含或基本不包含锂盐。
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