[发明专利]包括基于Ti、C和H的材料的电化学电池电极用金属箔

说明书

一种在其至少一侧上包括材料的层的金属箔，该材料包括：金属或金属合金，碳，氢，以及任选地氧，材料中金属的或合金的金属的原子百分比范围为10％至60％，材料中碳的原子百分比范围为35％至70％，材料中氢的原子百分比范围为2％至20％，材料中氧存在时的原子百分比小于或等于10％。金属箔可以用于制造锂离子电化学电池的阴极。该层的沉积降低了电池的内部电阻。

技术领域

本发明的技术领域是集流体的技术领域，特别是旨在用于电化学电池(优选锂离子型电化学电池)的正极(或阴极)的那些集流体。

背景技术

本文在下面所使用的术语“电池”是指电化学电池。在本说明书中，术语“电池”和“电化学电池”可互换使用。

电化学电池通常包括电化学组件，该电化学组件包括围绕经电解质浸渍的隔离件的可交替的阴极和阳极。每个电极由如下金属集流体构成，该金属集流体在其至少一侧上支承活性材料膜，该活性材料膜包括至少一种活性材料以及通常的粘合剂和导电化合物。

锂离子型电池的阴极由涂覆在集流体上的阴极活性材料组合物组成，该集流体通常由铝或铝基合金组成。该铝箔与空气接触轻微氧化，因此在其表面上具有氧化铝Al₂O₃层。在电池中，与电解质和该电解质中的盐接触，氧化铝层将氟化并转变为AlF₃。这个新的AlF₃层是电绝缘的。因此，倾向于通过增大阴极活性材料组合物与铝箔之间的接触电阻来阻止电子通过。可以看出，具有其集流体由铝制成的阴极的锂离子电池随着集流体与电解质接触，其内部电阻将随着时间的推移而增大。当以高电流(或状态)对电池进行充电或放电使用时，内部电阻的增大一方面导致电池的电性能下降，另一方面导致循环期间的较高发热。

为了减少活性材料组合物与铝集流体之间的电导率的损失，可以在集流体的表面上沉积层。该层可以基于碳或基于诸如钨碳化物的金属碳化物。在这方面，US 2011/0200884描述了一种用于减小铝箔与沉积在箔的表面上的活性材料组合物之间的接触电阻的工艺。该工艺在真空下进行，包括部分蚀刻铝箔的表面上的氧化铝氧化层的步骤，接着是在箔的部分蚀刻的表面上溅射金属或金属碳化物的步骤，通常是钨(W)或碳化钨(WC)。

该现有技术的缺点在于使用钨或其碳化物带来许多问题。例如，钨是非常稀有的电池，以WC制造溅射靶是昂贵的并且其实施困难。另外，由于W原子的高质量，在包含钨的薄层中压缩应力高。这对涂覆有该材料的箔的老化和处理有害。由于这些原因，正在寻求减小铝箔与沉积在该箔的表面上的活性材料组合物之间的接触电阻的新颖的方法。

发明内容

为此目的，本发明提供了一种金属箔，该金属箔在其至少一侧上包括材料的层，所述材料的层包括：

-金属或金属合金，

-碳，

-氢，

以及任选的氧，

材料中金属的或合金的金属的原子百分比范围为10％至60％，

材料中碳的原子百分比范围为35％至70％，

材料中氢的原子百分比范围为2％至20％，

材料中氧存在时的原子百分比小于或等于10％。

根据一个实施方案，该材料还包括氮。

根据一个实施方案，材料中金属的或合金的金属的原子百分比范围为30％至50％，优选地为40％至50％。

根据一个实施方案，材料中碳的原子百分比范围为40％至60％，优选地为45％至55％。

根据一个实施方案，材料中氢的原子百分比范围为3％至15％，优选地为3％至8％。