[发明专利]锂离子电化学电池的电极和具有定制的孔隙率的组合物

说明书

本发明公开了锂离子电化学电池的电极和具有定制的孔隙率的组合物。锂离子电化学电池的电极包括集流体和由设置在集流体上的第一电极组合物形成的第一层。第一电极组合物包含粘合剂组分；分散在粘合剂组分中的导电填料组分；以及分散在粘合剂组分和导电填料组分中的活性材料组分。第一电极组合物具有第一表面和与第一表面间隔开并平行于第一表面的第二表面。第一电极组合物限定了在第一表面与第二表面之间的具有定制的孔径分布的多个孔隙，所述定制的孔径分布至少包括第一孔径和大于第一孔径的第二孔径。第一电极组合物具有至少60%的第一孔隙率。

技术领域

本公开涉及锂离子电化学电池的电极，并涉及形成所述电极的方法。

背景技术

电化学电池或电池组可用于将化学能转化为电能，并可以是一次或二次的。一次电池组通常是不可再充电的，而二次电池组可以容易地再充电，并可以在使用后恢复到完全充电态。由此，二次电池组可用于诸如为电子设备、工具、机械和车辆供电的应用。

一种类型的二次电池组——锂离子二次电池组——可以包括负极或阳极、正极或阴极、和设置在正极与负极之间的隔离件。负极可以由能够在锂离子二次电池组的充电和放电过程中并入和释放锂离子的材料形成。在锂离子二次电池组的充电过程中，锂离子可以从正极移动到负极，并例如通过嵌入、插入、置换固溶强化或其它手段包埋在该材料中。相反，在电池组放电过程中，锂离子可以从该材料中释放，并从负极移动到正极。

发明内容

锂离子电化学电池的电极包括集流体和由设置在集流体上的第一电极组合物形成的第一层。第一电极组合物包含粘合剂组分；分散在粘合剂组分中的导电填料组分；以及分散在粘合剂组分和导电填料组分中的活性材料组分。第一电极组合物具有第一表面和与第一表面间隔开并平行于第一表面的第二表面。第一电极组合物限定了在第一表面与第二表面之间的具有定制的孔径分布的多个孔隙，所述定制的孔径分布至少包括第一孔径和大于第一孔径的第二孔径。第一电极组合物具有至少60%的第一孔隙率。

在一方面，所述多个孔隙可以在第一电极组合物中在第一表面与第二表面之间形成孔隙率梯度，所述孔隙率梯度配置成在锂离子电化学电池的循环过程中使电极的膨胀最小化并且适应硅粒子生长。

在另一方面，所述多个孔隙可以随机布置在第一表面与第二表面之间。

在又一方面，所述第一电极组合物可以具有从第一表面到第二表面基本上均匀的厚度。

在一个附加方面，所述粘合剂组分可以以第一量存在于第一电极组合物中；所述导电填料组分可以以第二量存在于第一电极组合物中；并且所述活性材料组分可以以大于第一量和第二量的第三量存在于第一电极组合物中。

在再一方面，所述电极可以进一步包括由第二电极组合物形成并与第一层相邻设置的第二层。

在一方面，所述第二电极组合物可以包含以不同于第三量的第四量存在于第二电极组合物中的第二活性材料组分。

在另一方面，所述第二电极组合物可以具有不同于第一孔隙率的第二孔隙率。

形成锂离子电化学电池的电极的方法包括将导电填料组分；活性材料组分；流变改性剂组分；以及包含粘合剂组分和溶剂的粘合剂溶液混合在一起，以便将导电填料组分、活性材料组分和流变改性剂组分分散在粘合剂溶液中并形成浆料。该方法还包括将所述浆料铸塑到集流体上以形成湿工件，并使湿工件与非溶剂接触，以便由此引发相转化并形成湿电极组合物。该方法进一步包括干燥所述湿电极组合物以形成设置在集流体上的第一电极组合物并由此形成电极。第一电极组合物具有第一表面和与第一表面间隔开并平行于第一表面的第二表面。第一电极组合物限定了在第一表面与第二表面之间的具有定制的孔径分布的多个孔隙，所述定制的孔径分布至少包括第一孔径和大于第一孔径的第二孔径。第一电极组合物具有至少60%的第一孔隙率。

在一方面，接触和引发相转化可以包括随着非溶剂进入所述浆料在所述湿电极组合物中形成类液态聚合物稀相和类固态聚合物浓相。