[发明专利]用于可再充电电池的电极复合物及可再充电电池

说明书

本发明涉及一种用于可再充电电池的电极复合物及可再充电电池，该电极复合物包含活性物质、碳添加剂和第一半固态电解质。在本发明电极复合物中加入碳添加剂和第一半固态电解质，可以增强电子导电性，并降低界面阻力，第一半固态电解质填充入电极内的活性物质颗粒之间的间隙，因此在活性物质颗粒/第一半固态电解质界面之间提供了更好的接触和离子迁移；碳添加剂可以均匀分布在电极内，或胶着/包覆在电极的表面，作为电子导电网络用于电子传导和增强电极的电子导电性，该电极复合物表现出改良的电池性能，增强了深度放电循环。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，更具体地说，涉及一种用于可再充电电池的电极复合物及可再充电电池。

背景技术

对于未来用于载人的无人驾驶车辆以及便携式电子设备所用的储能系统的需求不断增长，目前大多数公路运输仍然依赖于使用液体电解质的传统的可再充电电池。液体电解质在高温下通常高度易燃、腐蚀和分解。因此人们一直致力于不断地寻找安全的可替代品。固态电池系统相对于可再充电电池具有很多优势，事实上，如果发生事故，固态电池是不可燃的、不挥发的、惰性的。目前，固态电解质可以用作夹在阳极和阴极之间的隔板，或者作为薄的混合电解质层包含在电极中。但是，发展成功的固态电池的主要障碍之一就是电极与固态电解质(SSE)之间的阻力减到最小程度。高界面阻力阻碍了离子跨界运输，成为固态可再充电电池发展中的主要挑战。

为了形成有效的电极/SSE界面，有人提出用混有离子传导陶瓷颗粒的胶凝聚合物所形成的半固态电解质(meta-SSE)降低阻力。这种meta-SSE可以被加入与活性物质相混合，填补电极内不规则形状颗粒之间的间隙，这可以提供活性物质/meta-SSE界面之间更好的接触和离子迁移。但是，由于meta-SSE较差的电子导电性，同时电极失去了的电子导电性。

为了改善电子导电性，将碳添加剂加入进电极中。据报道，石墨烯(Gr)和其它碳同素异形体具有显著的电子导电性。Gr和其它碳同素异形体，如碳纳米管(CNT)和碳纳米纤维(CNF)已经被广泛用于电池电极内的复合材料。

Zimrin et al.(WIPO no.WO 2013/011516A1)将功能化的碳纳米管加入进阳极活性物质内，进而改善深循环寿命。Naoi et al.(US patent application pub.No.2013/0115516A1)利用负载于CNF上的2-5层原子层的碳酸锂并将其用作电解质电容器内的电极，该电解质电容器使用液体电解质提高电容值。但是，在上述专利中所描述的大部分例子和应用仅仅限制在具有液体电解质的系统操作中。为了赶上市场趋势，急需碳材料在具有SSE的新的可再充电电池以改善上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于可再充电电池的电极复合物及可再充电电池，解决了现有技术中具有固态电解质的电池系统内界面阻力大、导电性能差以及液态电解质安全性低的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种用于可再充电电池的电极复合物，包含活性物质、碳添加剂和第一半固态电解质。

在本发明的电极复合物中，可再充电电池为铅酸电池系统时，所述第一半固态电解质包含第一胶凝聚合物和硫酸，所述活性物质、碳添加剂和第一胶凝聚合物的质量比为：活性物质70份-99.98份、碳添加剂0.01份-20份以及第一半固态电解质0.01份-10份；所述硫酸和所述第一胶凝聚合物的质量比值为0.25-20。

在本发明的电极复合物中，所述第一胶凝聚合物是物理交联或化学交联的聚合基凝胶(polymeric-based gel)，该聚合基凝胶(polymeric-based gel)为聚苯胺(PANI)。