使用水基粘结剂浆料涂覆无序碳活性材料制造技术

本发明专利技术涉及使用水基粘结剂浆料涂覆无序碳活性材料。本发明专利技术还提供一种通过使用水基粘结剂浆料涂覆电极的导电基底制造的电化学电池，该电极含无序碳活性材料。示例性的粘结剂浆料包含至少一种无序碳材料、羧甲基纤维素(CMC)、丁苯橡胶(SBR)和水。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及制造电化学电池，并且更具体地，涉及通过使用水基粘结剂浆料涂覆含无序碳活性材料的电极的导电基底来制造电化学电池。
技术介绍
基于锂的电化学电池包含负电极(或阳极)、正电极(或阴极)，以及在它们之间的电解质。使用中，锂离子在负电极和正电极之间行进，以产生电力。每个电极均包含结合到第二(导电)层的第一(活性)层。石墨是已知应用于基于锂的电化学电池，尤其是应用在基于锂的电化学电池的负电极上的活性材料。以石墨作为活性材料，水基(即，含水的)粘结剂浆料可用来将活性层结合到下方的导电层。无序的非石墨碳材料，如硬碳和软碳，相比石墨材料具有某些性能优点，包含更长的寿命和更优的倍率性能。然而，由于这种无序碳材料在暴露于环境中的氧和水时易于劣化，所以认为用于粘结有序石墨活性材料的水基粘结剂浆料会不适于粘结无序碳活性材料。由此，传统上一直将有机粘结剂浆料与无序碳活性材料一起使用。
技术实现思路
本公开涉及通过使用水基粘结剂浆料涂覆含无序碳活性材料的电极的导电基底来制造电化学电池。示例性的粘结剂浆料包含至少一种无序碳材料、羧甲基纤维素(CMC)、丁苯橡胶(SBR)和水。根据本公开的一个实施方案，提供水基粘结剂浆料来制造电化学电池的电极，粘结剂浆料包含至少一种无序碳材料、至少一种粘结剂和水。 根据本公开的另一实施方案，提供一种电化学电池，其包括阴极、阳极以及与阳极和阴极连通的电解质。阴极包含活性层和导电层。阳极包含活性层和导电层，活性层含至少一种无序碳材料，阳极的活性层中的至少一种无序碳材料使用包含CMC、SBR和水的粘结剂浆料而被附接于阳极的导电层。根据本公开的又一实施方案，提供一种用于制造电化学电池的方法。该方法包括如下步骤:制备粘结剂浆料，粘结剂浆料包含至少一种无序碳材料、CMC、SBR和水；将粘结剂浆料施用于导电基底以形成阳极；以及将阳极放置为与阴极电连通。附图说明本专利或申请文件含有至少一幅彩色图。在请求并支付必要费用之后，专利局将提供含彩色附图的本专利或专利申请公开的副本。结合附图，参考以下对本专利技术实施方案的描述，本公开的上述及其他特征和优点以及得到这些特征和优点的方式，将变得更加明显，并且本专利技术自身将变得更好理解，附图中:图1是具有负电极和正电极的基于锂的电化学电池的示意图2A是用于图1的负电极上的无序、硬碳材料的示意图；图2B是用于图1的负电极上的无序、软碳材料的示意图；图3-7是示出针对用第一水基粘结剂浆料制成的硬碳电池的性能测试结果的图；图8A-17是示出针对用第二水基粘结剂浆料制成的硬碳电池的性能测试结果的图，第二水基粘结剂浆料在不同的日期被涂覆；图18和19是示出针对用第三水基粘结剂浆料制成的硬碳电池的性能测试结果的图；图20-29是示出针对用第二水基粘结剂浆料制成的硬碳电池的额外性能测试结果的图；以及图30是示出用于制备和施用水基粘结剂浆料的示例性方法的流程图。在一些视图中，对应的附图标记指代对应的部件。本文列出的示例举例说明本专利技术的示例性实施方案，并且这些示例不应被解读为以任何方式限制本专利技术的范围。具体实施方式 本文公开的实施方案无意于穷举，也不意图将本专利技术限制到以下具体实施方案中所公开的具体形式。相反，这些实施方案是经选择而描述的，以使本领域技术人员可以利用这些实施方案的教导。图1提供基于锂的电化学电池100，其可用于可再充电蓄电池或非可再充电蓄电池。电池100可用于混合动力车或电动车的可再充电蓄电池，例如用作驱动车辆的电动马达的电源。电池100也可储存并向从蓄电池接收电力的其他设备提供能量，例如固定式储能市场。固定式储能市场的示例性应用包括向电网提供电力、提供作为不间断电源的电力，以及可利用固定式电源的其他负荷。在一个实施方案中，电池100可实施来提供用于数据中心的计算设备以及其他装备的不间断电源。基于从主电源接受的电力的一种或更多种特性，或主电源缺乏足够的电力，数据中心的控制器或其他负荷可从主电源切换到本公开的储能系统。图1的电池100包括负电极(阳极)112和正电极(或阴极)114。在负电极112和正电极114之间，图1的电池100还包括电解质116和隔离器118。根据常规的电流流动术语，当电池100放电时，锂离子从负电极112向正电极114行进穿过电解质116，同时电子以相同的方向从负电极112流向正电极114，并且电流以相反的方向从正电极114流向负电极112。当电池100充电时，外部电源迫使电流从负电极112反向流向正电极114。电池100的负电极112示例性包括与电解质116中的锂离子相互作用的活性材料的第一层112a，以及导电材料的下方基底或第二层112b，如图1中所示的。第一活性层112a可施用于第二导电层112b的一侧或两侧。每单位面积(Icm2)的导电层112b，示例性活性层112a以平均大于约5mg/cm2被施用到导电层112b的每一侧。在一个示例性实施方案中，活性层112a以约6mg/cm2至约14mg/cm2、更具体为约8mg/cm2至12mg/cm2以及甚至更具体为约lOmg/cm2的每单位面积平均负载重量(S卩，负载密度)被施用到导电层112b的每一侧。根据该示例性实施方案，具有双侧活性层112a的负电极112将具有约12mg/cm2至约28mg/cm2、更具体为约16mg/cm2至约24mg/cm2以及甚至更具体为约20mg/cm2的每单位面积平均负载重量。为达到这样的负载重量，活性层112a可以以约50 μ m、100 μ m、150 μ m、200 μ m或更大的厚度被施用到导电层112b的每一侧。用于负电极112的第一层112a的示例性活性材料包括例如无序碳材料，其将在下文进一步讨论。用于负电极112的第二层112b的示例性导电材料包括金属和金属合金，如铝、铜、镍、钛和不锈钢。负电极112的第二导电层112b可呈例如薄箔片或孔网的形式。示例性导电层112b具有约10 μ m的厚度。在一个示例性实施方案中，负电极112的第一活性层112a(图1)包括无序的、非石墨的、非结晶的、硬碳材料130。如图2A中所示，硬碳130包括具有不同形状和大小的多个无序的、非均匀间隔的石墨烯片132，相邻的石墨烯片132被间隔开约0.38nm或更大，以在它们之间容纳锂离子。无序的、非均匀间隔的石墨烯片132示于图2A中，例如，一些石墨烯片132通常水平取向，而其他石墨烯片132通常垂直取向。硬碳材料130通常由热解时炭化的有机前体制成。另一示例性实施方案中，负电极112的第一活性层112a(图1)包括无序的、非石墨的、非结晶的、软碳材料140。如图2B中所示，软碳140包括具有不同形状和大小的多个堆叠的、非均匀间隔的石墨烯片142，相邻的石墨烯片142被间隔开约0.375nm或更大，以在它们之间容纳锂离子。与硬碳130的石墨烯片132 (图2A)相比，软碳140的石墨烯片142 (图2B)被更紧密地对齐以便更均匀堆叠。软碳材料140通常由在热解之前熔化的有机前体制成。无序碳电极，如由硬碳130 (图2A)或软碳140 (图2B)制成的电极，能够具有比有序碳电极更闻的容量。例如，可能要求石墨的相邻石墨稀片(未不出)的间隔有波动以容纳锂离子，而硬碳130 (图2A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水基粘结剂浆料，用于制造电化学电池的电极，所述粘结剂浆料包含：至少一种无序碳材料；至少一种粘结剂；以及水。

【技术特征摘要】
2011.12.15 US 13/327,3531.一种水基粘结剂浆料，用于制造电化学电池的电极，所述粘结剂浆料包含: 至少一种无序碳材料； 至少一种粘结剂；以及 水。2.权利要求1所述的粘结剂浆料，其中所述至少一种粘结剂包括羧甲基纤维素(CMC)和丁苯橡胶(SBR)。3.权利要求2所述的粘结剂浆料，其中所述至少一种无序碳材料以约96wt.%存在于水中，所述CMC以约2wt.%存在于水中，并且所述SBR以约2wt.%存在于水中。4.权利要求2所述的粘结剂浆料，其中所述至少一种无序碳材料、所述CMC和所述SBR一起构成所述粘结剂衆料的约40wt.%至约60wt.并且所述水构成所述粘结剂衆料的余量。5.权利要求2所述的粘结剂浆料，其中所述粘结剂浆料基本上由所述至少一种无序碳材料、所述CMC、所述SBR和所述水组成。6.权利要求2所述的粘结剂浆料，其中在所述粘结剂浆料中的所述CMC具有小于0.85的羧甲基取代度，优选其中在所述粘结剂浆料中的所述CMC具有0.65至0.75的羧甲基取代度。7.权利要求1所述的粘结剂浆料，其中所述粘结剂浆料具有约4500cP至约5500cP的室温粘度。8.权利要求1所述的粘结剂浆料，其中所述至少一种无序碳材料包括硬碳或软碳。9.一种电化学电池，包括: 阴极，所述阴极包括活性层和导电层； 阳极，所述阳极包括导电层和具有至少一种无序碳材料的活性层，在所述阳极的所述活性层中的所述至少一种无序碳材料使用粘结剂浆料被粘附...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克·A·巴利茨基，
申请(专利权)人：埃纳德尔公司，
类型：发明
国别省市：