[发明专利]用于锂电化学电池的电极和电极材料

说明书

交叉引用

本申请要求在2009年4月27日提交的美国临时专利申请61/172,954的优先权，该申请全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及锂电化学电池，并且更具体地涉及用于锂聚合物电池的电极和电极材料。

背景技术

在要求高比能、高速率能力、长循环寿命和长日历寿命的大量应用中使用可充电电池。为了达到这些目标，构成电池的电极的活性物质的质量是最重要的。由这些材料构成的电极的设计和质量也是关键的。例如，较高的阴极厚度对于高速率性能是有害的，但是对于较高的含能量则是有益的。另一个示例是锂离子电池的电极的孔隙率，因为孔隙率控制了当使用液体电解质提供电极之间的离子传导时可以在电极内浸渍和扩散的电解质的数量。在液体电解质电池中，电极具有处于30％至50％的范围中的孔隙率，以便适应于充分的电解质渗透。可以以许多不同方式来实现孔隙率，诸如通过机械手段的电极的厚度减小、电极制造处理、电极形成，以及在特定情况下借助于附加造孔添加剂。活性物质本身影响孔隙率。为了保证可再生的电极特性，电池制造商非常重视可再生原料的供应和机构内部的统计处理控制(SPC)。

在固体聚合物电解质锂电池的情况下，聚合物本身是离子导体介质。因此，不必为了离子传导目的而使用液体来浸透电极，并且电极不必具有任何孔隙率。固体聚合物扮演粘合剂和电解质两者的角色。

用于固体聚合物电解质锂电池的电极的最佳配置可以被描述为聚合物基体内的最高活性物质载量，这一点可以通过电极材料颗粒的最佳空间布置来实现。随着活性物质对粘合剂的比率增大，在接触的电极材料颗粒之间积存空气或气体的可能性更大。这种积存空气或气体导致所测量的电极的孔隙率。

电极内电极材料颗粒的空间布置大受电极材料颗粒的固有属性和相互属性(mutual property)的影响，即，大受颗粒形状、颗粒间交互作用以及颗粒尺寸分布的影响。诸如使得电极材料颗粒湿化的聚合物粘合剂的有效性的相关参数也可以影响电极内颗粒的空间布置。

因此，需要具有改善的活性物质载量和改善的电极内材料颗粒空间布置的、用于固体聚合物电解质电池的电极，并且需要有助于增加用其制造的电极的载量的电极材料。

发明内容

用于锂电化学电池的本电极和电极材料的示例实施例至少改善了现有技术中存在的一些不便之处。

用于锂电化学电池的本电极和电极材料的示例实施例增加了电极内电极材料颗粒的载量。

用于锂电化学电池的本电极和电极材料的示例实施例增加了薄膜电极的能量密度。

在一个方面，用于固体聚合物锂电化学电池的电极材料具有电化学活性物质的颗粒，这些颗粒具有直径D和测量的颗粒尺寸分布，该电极材料的测量的颗粒尺寸分布具有范围从1.5微米至3微米的中间尺寸D₅₀、D₁₀≥0.5微米、D₉₀≤10.0微米和计算出的比率(D₉₀/D₁₀)/D₅₀≥3.0。

在另一个方面，用于固体聚合物锂电化学电池的电极材料具有标准偏差σ，其中，比率σ/D₅₀≥0.5。

在另一个方面，一种用于固体聚合物锂电化学电池的电极具有厚度，并且包括聚合物电解质粘合剂和电极材料颗粒，这些电极材料颗粒具有直径D和测量的颗粒尺寸分布，电极材料的测量的颗粒尺寸分布具有范围从1.5微米至3微米的中间尺寸D₅₀、D₁₀≥0.5微米、D₉₀≤10.0微米和计算出的比率(D₉₀/D₁₀)/D₅₀≥3.0。

在一个实施例中，电极材料粉末的中间尺寸D₅₀比电极的厚度至少小10倍。

本发明的实施例各自具有上述方面的至少一个方面，但是并不必然具有全部这些方面。

通过下面的说明、附图和所附的权利要求，本发明实施例的其它和/或替代特征、方面和优点将变得清楚。

附图说明

为了更好地理解本发明以及本发明其它方面和另外特征，参考将与附图相结合地使用的以下说明，其中：

图1是用于表示通过被认为具有窄的颗粒尺寸分布的电极材料粉末的激光衍射方法而获得的测量的颗粒尺寸分布的图形；