專利名稱：電池、用于電池的電極以及它們的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池，例如鋰電池；用于此類電池的電極；以及制造電池 和電極的方法。
背景技術(shù)：
一次鋰電池為電化學(xué)原電池，其由正極、負(fù)極以及插在兩個(gè)電極之間 的離子導(dǎo)電隔膜組成。正極包括過渡金屬氧化物或硫化物，例如Mn02、 VA、 CuO或FeS2，或諸如碳氟化物、二氧化硫和亞硫酰氯等材料。負(fù)極可 包括鋰、鋰合金、或其它包含鋰的材料。多孔薄膜一般用作隔膜，例如聚 烯烴薄膜、玻璃纖維濾紙、或者織物或非織造織物片。隔膜一般層壓在電 極之間。為實(shí)現(xiàn)足夠的機(jī)械強(qiáng)度，隔膜通常為至少0.001英寸厚，因此在 電池中占據(jù)顯著的體—、。
在JP 11-345606中，已提議將聚合材料噴射到二次鋰離子電池的電 極之一上，以在電極上形成用作隔膜的多孔聚合材料層。
發(fā)明概述
在一個(gè)方面，本發(fā)明特征在于一種電池，其包括正極和負(fù)極、以及粘 結(jié)到電極之一的表面上的多孔層，所述多孔層包括分散在聚合物基質(zhì)中的 二氧化硅顆粒。
在一些具體實(shí)施中，聚合物基質(zhì)選自由苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯和聚 偏氟乙烯組成的組。二氧化硅顆?？稍谝恍┣闆r下包括具有約10至500nm 的平均粒度的球形顆粒。作為另外一種選擇，二氧化硅顆?？砂ㄆ骄?寸為x-lO至500nm和y=10至500nm的細(xì)長(zhǎng)顆粒。
在某些情況下，電池包括第二多孔層，所述第二多孔層包括膠態(tài)二氧 化硅顆粒 笫二多孔層可插在電極和包括分散在聚合物基質(zhì)中的二氧化硅 顆粒的多孔層之間。電池可為(例如)一次鋰電池或二次鋰離子電池。
正極可包括選自由下列組成的組的材料過渡金屬氧化物、過渡金屬 硫化物、碳氟化物、二氧化硫和亞硫酰氯，并且可將多孔層粘結(jié)到正極 上。
在一些具體實(shí)施中，聚合物表現(xiàn)出大于300%的極限伸長(zhǎng)率。所迷層 可包括按體積計(jì)約20%至80%的二氧化硅，例如按體積計(jì)約25%至65% 的二氧化硅。在一些具體實(shí)施中，所述層包括按體積計(jì)至少50%的二氧化 硅。所述層可具有約20pm至50ym的厚度，以及按體積計(jì)約20%至50% 的孔隙率。在其中電池包括笫二多孔層的具體實(shí)施中，所述第二多孔層可 具有約lnm至5nra的厚度。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明特征在于直接在電極上形成電池隔膜的方法， 所述方法包括將包括二氧化硅顆粒與聚合物的溶液或分散體噴射到電極 上。
在一些具體實(shí)施中，所述方法還包括在噴射之前加熱電極。電極可被 加熱至例ittAkf聚合物熔點(diǎn)約20。C至4Q。C的溫度。在一些情況下，所述 方法還包括在〗^于聚合物熔點(diǎn)約20。C至60'C的溫度下抽氣(例如在真空 下)以驅(qū)趕殘余溶劑。所述方法還可包括在將溶液或分散體噴射到電極上 之前先將基本上由膠態(tài)二氧化硅組成的分散體噴射到電極上以形成下面的 二氧化硅層。
在又一個(gè)方面，本發(fā)明特征在于一種一次鋰電池，其包括正極、包含 鋰的負(fù)極、以及多孔層，所述多孔層粘結(jié)到負(fù)極表面上并且包括二氧化硅 顆粒。
在本文所公開的隔膜中，二氧化硅顆粒的存在顯著增強(qiáng)隔膜的傳導(dǎo)性 并降低聚合物基質(zhì)的結(jié)晶度，從而增強(qiáng)聚合物基質(zhì)內(nèi)電解質(zhì)物質(zhì)的傳送。 二氧化硅顆粒還賦予隔膜機(jī)械強(qiáng)度，防止短路。
本發(fā)明 一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的細(xì)節(jié)闡述于附圖和以下說明中。通過該 說明和附圖并通過權(quán)利要求書，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見。
附圖概述
圖1為示出依照一個(gè)具體實(shí)施直接在電極上形成隔膜的方法的圖解視圖。圖2為示出依照另一個(gè)具體實(shí)施直接在電極上形成隔膜的方法的圖解 視圖。
圖3為示出包括如實(shí)施例1和2所述而形成的正極的2032 Li/FeSJ更 幣電池的放電數(shù)據(jù)圖。
圖4為示出包括如實(shí)施例4和5所述而形成的正極的2032 LiMn02硬 幣電池的放電數(shù)據(jù)圖。
圖5為示出包括如實(shí)施例7和8所述而形成的FeS2電極的2032 LiFeS2硬幣電池的放電數(shù)據(jù)圖。
圖6為示出如實(shí)施例9和10所述而形成的2032 LiMn。.33Ni。.33Co。.330^ 幣電池的充電/放電數(shù)據(jù)圖。
各種附圖中的類似的參考符號(hào)指示類似的元件。
發(fā)明詳述
一種直接在正極上形成隔膜的方法示于圖1中。正極可以是例如過渡 金屬氧化物或硫化物，例如Mn02、 V205、 CuO或FeS2;或諸如碳氟化物、二 氧化硫和亞硫酰氯等物質(zhì)。在后兩種體系情況下，電極基于其中二氧化硫 或亞硫酰氯被電化學(xué)還原的碳材料。在第一步(10)中，將電極(12)加 熱至(例如)約130t:至約140'C的溫度，并將液體涂層組合物(14)噴射 到電極上。涂層組合物包括分散在非水性聚合物溶液中的二氧化硅顆粒。 在步驟(IO)中將電極加熱，以使當(dāng)涂層噴射到電極上時(shí)溶劑會(huì)快速干燥 掉，例如在20秒內(nèi)，優(yōu)選在小于5秒內(nèi)。選擇電極的溫度使其低于所用聚 合物的熔點(diǎn)，例如低于熔點(diǎn)20。C至40°C。例如，如果聚偏氟乙烯
(PVDF，熔點(diǎn)160X:)用作聚合物，則電極優(yōu)選加熱至約至140 匸。噴射步驟與隨后的干燥得到復(fù)合電極/隔膜(16)，其包括下面的電極
(12)和由聚合物基質(zhì)(20)和均勻分散在基質(zhì)中的二氧化硅顆粒(") 組成的多孔涂層(18)。在最后步驟(24)中，將涂層抽氣以干燥掉其結(jié)構(gòu) 內(nèi)的任何殘余溶劑。抽氣一般在低于聚合物熔點(diǎn)約20TC至60C的溫度下 以及盡可能高(通常低于10托)的真空下進(jìn)行。抽氣時(shí)間將根據(jù)所用的聚 合物和溶刑而改變，但通常在10至20小時(shí)的范圍內(nèi)。
用于涂層的優(yōu)選聚合物包括嵌段共聚物，例如聚苯乙烯-異戊二烯-苯 乙烯(SIS)和其它嵌段共聚物以及具有高彈性的彈性體(例如，依照ASTM D412測(cè)量的極P艮伸長(zhǎng)率大于300%，優(yōu)選大于700%,并且在一些情況 下為麵或更大)。
另一種合適的聚合物為聚偏氟乙烯(PVDF)。 一般優(yōu)選的是，聚合物 具有提供基質(zhì)柔韌性的物理特性，尤其是在隔膜/電極復(fù)合材料用于需要高 度應(yīng)力及應(yīng)變裝配的電池中時(shí)，例如AA電池組合件中電極的巻繞。 一般來 講，希望即使在相對(duì)較高的二氧化硅顆粒負(fù)荷下，例如按重量計(jì)大于 35%,優(yōu)選按重量計(jì)大于60%，聚合物也能夠?yàn)楦裟犹峁C(jī)械完整性。
聚合物表現(xiàn)出與Li和陰極材料的化學(xué)相容性一般也是必要的。為了 方便加工， 一般優(yōu)選的是聚合物溶解于低沸點(diǎn)的溶劑中。在一些情況下， 聚合物容許電解質(zhì)物質(zhì)在基質(zhì)內(nèi)傳送。是否是這種情況將取決于選擇用于 特定電池的聚合物和電解質(zhì)之間的相互作用。
合適的溶劑包括非水溶劑，其中聚合物可溶解并且其在理想的方法條 件下相對(duì)快速地蒸發(fā)。當(dāng)SIS用作聚合物時(shí)，合適的溶劑包括四氫呋喃 (THF)、甲基乙基酮(MEK)、以及它們的混合物。當(dāng)PVDF用作聚合物時(shí)，合 適的溶劑包括N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、以及NMP與諸如THF、 MEK和甲 基異丁基酮(MIBK)等低沸點(diǎn)溶劑的混合物。如果使用不同的聚合物，可優(yōu) 選其它溶劑。 一般來講，希望使用聚合物可溶解于其中的最低沸點(diǎn)的溶 劑。溶液中固體濃度的百分?jǐn)?shù)通常較低，例如約3%至30%的固體。該濃 度一般得到可容易噴射的低粘度溶液。盡管可使用水溶性聚合物的水溶 液，但它們一般是次優(yōu)選的，這是由于水的較高沸點(diǎn)和水分玷污電極的風(fēng) 險(xiǎn)。
二氧化硅顆粒優(yōu)選具有非常小的平均粒度，大約為納米。在一些具體 實(shí)施中，對(duì)于球形顆粒來說，所述顆粒具有IO至500nm的平均粒度，對(duì)于 細(xì)長(zhǎng)顆粒來說具有x-10至500nm、 y=10至500nm的尺寸。納米顆?？梢苑?散體(例如在諸如MEK等溶劑中)的形式提供。合適的納米顆粒^t體可 商購(gòu)獲得于(例如)Nissan Chemical American Corporation。 一些優(yōu)選 的納米顆粒為具有10至15nm粒徑的球形二氧化硅顆粒，以及具有9至 15nm寬度和40至300nm長(zhǎng)度的細(xì)長(zhǎng)顆粒。優(yōu)選地，二氧化硅顆粒充分均 勻地分布于聚合物溶液中。
干燥并抽氣的PVDF/二氧化硅復(fù)合涂層中的二氧化硅顆粒的體積百分 比優(yōu)選為20%至45%，更優(yōu)選為25%至40%。對(duì)于具有較大彈性的聚合
6物，例如SIS或其它嵌段共聚物，二氧化硅的百分比可更高，例如40%至 80%，優(yōu)選50%至65%。合適的二氧化硅載荷通過平衡隔膜層的以下需要確 定具有與優(yōu)良的孔隙率相對(duì)的優(yōu)良的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)完整性，以及因此所得 的高含量的二氧化硅所賦予的離子電導(dǎo)率。因此，理想的二氧化硅含量將 很大程度上基于所選的聚合物賦予隔膜的機(jī)械性能。
在所得隔膜中，二氧化硅顆粒的存在顯著增強(qiáng)隔膜的傳導(dǎo)性，并降低 聚合物基質(zhì)的結(jié)晶度，從而增強(qiáng)聚合物基質(zhì)內(nèi)電解質(zhì)物質(zhì)的傳送。在一些 具體實(shí)施中，隔膜具有約20Mm至50pm的厚度，以及按體積計(jì)約20%至 50%的孔隙率?？赏ㄟ^測(cè)量涂層的實(shí)際重量并將該重量與基于涂層厚度和 面積的理論重量相比來測(cè)定孔隙率。
在圖2所示的一個(gè)可供選擇的具體實(shí)施中，所述方法包括另外的步驟 (30 ):將分散在非水溶劑中的膠態(tài)二氧化硅(32 )噴射到已如上所述進(jìn)行 加熱的電極(12)上。膠態(tài)二氧化硅層在接觸加熱電極時(shí)進(jìn)行干燥，從而 松散地粘結(jié)到電極表面上。膠態(tài)二氧化硅顆粒優(yōu)選也非常小，大約為納米 顆粒。以上所討論的二氧化硅顆粒也適用于膠態(tài)二氧化硅層?？缮藤?gòu)獲得 的二氧化硅分散體可按原樣使用，或者用另外的溶劑稀釋以獲得期望的固 體含量，例如5%至25%固體，在一些具體實(shí)施中約10%至15%固體。期 望的固體含量將取決于諸如粘度、噴射速度等的過程參數(shù)。
在膠態(tài)二氧化硅顆粒最初沉積之后，過程參照?qǐng)D1如上所述進(jìn)行。因 此，二氧化硅納米顆粒懸浮于其內(nèi)的聚合物溶液的層(34)噴射到膠態(tài)二 氧化硅顆粒的層(36)上并抽氣以形成最終的電極/隔膜復(fù)合材料(38)。 不受理論的束縳，據(jù)信一些聚合物基質(zhì)(例如PVDF或SIS)滲透到下面的 二氧化硅層(沉積的膠態(tài)二氧化硅)中接觸電極，從而在膠態(tài)二氧化硅與 電極之間提供粘附力。下面的二氧化硅層趨于使?jié)B透到電極孔中的聚合物 的量最小化，這是有利的，因?yàn)榫酆衔餄B透到電極的孔中可趨于降低離子 的傳送。
所得雙層隔膜結(jié)構(gòu)提供卓越的倍率性能，通常高于用上述單層隔膜/ 電極復(fù)合材料(16)所實(shí)現(xiàn)的。在一些具體實(shí)施中，在最終的隔膜/電極復(fù) 合材料中，膠態(tài)二氧化硅顆粒的層(36)具有約ljam至5pm的厚度，而 PVDF/二氧化硅的層(34 )具有約20 |a m至40 |a m的厚度。在一些具體實(shí)施 中，結(jié)構(gòu)的孔隙率總體上為約20%至50%。實(shí)施例 實(shí)施例1
將15g PVDF (等級(jí)711; Atofina )與67. 5g NMP和67. 5g MEK混 合。將混合物在約下攪拌直至PVDF完全溶解，形成10% (w/w)的 PVDF溶液。隨后通過攪拌將10g PVDF溶液與1.60g分散在MEK (等級(jí) MEK-ST-UP; Nissan Chemical America Corporation,膠體中二氧化珪的 含量20%;平均粒度具有9至15納米直徑的、長(zhǎng)度為40mn至300nm的 細(xì)長(zhǎng)顆粒)中的膠態(tài)二氧化硅混合，形成用作PVDF/二氧化硅隔膜前體的 清澈液體。
將2"x5"的約5密耳厚的FeS2電極片放置到表面溫度為165°C的預(yù)熱 的熱板上。電極支撐在1. 2密耳厚的Al箔上，具有86% FeS2-7%聚苯乙烯-嵌段-聚(乙烯-無規(guī)-丁烯)-嵌段-聚苯乙烯(KRAT0N G) -7%碳的組 成。當(dāng)電極的表面溫度達(dá)到時(shí)，利用H型噴槍(Paasche Air Brush Company)將1. Og 50 MEK: 50 MEK-ST-UP (w/w)的液體噴射到電極 上15秒鐘。噴射期間，使用40磅/平方英寸的氣壓。接著將2. Og包含二 氧化硅顆粒與PVDF的液體噴射到FeS2上1分鐘。隨后將電極轉(zhuǎn)移到105匸 的烘箱中并抽氣16小時(shí)，以干燥掉殘留在電極中的溶劑。
實(shí)施例2
如實(shí)施例1中所述形成10% (w/w)的PVDF溶液。隨后通過攪拌將 10g PVDF溶液與3. 75g用于實(shí)施例1中的膠態(tài)二氧化硅分散體混合，形成 用作PVDF/二氧化硅隔膜前體的清澈液體。
利用與實(shí)施例1中所述相同的步驟涂覆電極，不同的是將2. 5g包含 二氧化硅顆粒與PVDF的液體噴射到FeS2上1分30秒。與實(shí)施例1中相 同，隨后將電極轉(zhuǎn)移到105"的烘箱中并抽氣16小時(shí)，以干燥掉殘留在 電極中的溶劑。
實(shí)施例3
在2032 Li/FeS2硬幣電池中評(píng)估涂敷有PVDF/二氧化硅-二氧化硅隔膜 的FeS2電極的電化學(xué)性能。通過將一片8密耳厚的Li箔(直徑9/16") 與涂敷有PVDF/二氧化硅-二氧化硅隔膜的一個(gè)FeS2電極(直徑7/16") 層壓來裝配2032電池。使用在1，2-二甲氧基乙烷和1,3-二氧雜環(huán)戊烷 (v/v=45/55 )的混合物中的1M Lil電解質(zhì)。通過在8mA、 4mA、 2mA與
81mA的電流下對(duì)電池間lt故電至0.6V的截止電壓(放電間隔期間電池?cái)R置 2h)來評(píng)估所得Li/FeS2電池的放電性能。每種電流下放電所實(shí)現(xiàn)的能量 示于圖3中，其中實(shí)施例1中的電極/隔膜復(fù)合材料標(biāo)記為"PVDF/二氧化 硅-二氧化硅l"，而實(shí)施例2中的復(fù)合材料標(biāo)記為"PVDF/二氧化硅-二氧 化硅2"。為了進(jìn)行比較，裝配基于未涂布的FeS2電極與Celgard 2400隔 膜的2032 Li電池，這些電池的放電數(shù)據(jù)也示于圖3中。 實(shí)施例4
如實(shí)施例1中所述形成10% (w/w)的PVDF溶液。隨后通過攪拌將 10gPVDF溶液與2. 5g分散在MBIK (等級(jí)MIBK-ST; Nissan Chemical America Corporation,膠體中二氧化珪的含量30%;球形二氧化硅顆粒 的平均尺寸10至15納米)中的膠態(tài)二氧化硅混合，形成用作PVDF/二氧 化硅隔膜前體的清澈液體。
將2"x5"的約6密耳厚的Mn02電極片放置到預(yù)熱至表面溫度為 的熱板上。電極具有支撐在1.2密耳厚的Al箔上的86% Mn02-7°/。 KRAT0N G粘合劑-7°/。碳的組成。當(dāng)電極的表面溫度達(dá)到140°C時(shí)，利用H型噴槍 (Paasche Air Brush Company)將0.75g 50 MIBK: 50 MIBK-ST (w/w)的 混合物噴射到電極上10秒鐘。噴射期間，使用40磅/平方英寸的氣壓。接 著將1. 6g包含二氧化硅顆粒與PVDF的液體噴射到Mn02電極上25秒鐘。 隨后將電極轉(zhuǎn)移到105X:的烘箱中并抽氣16小時(shí)，以干燥掉殘留在電極 中的溶劑。
實(shí)施例5
如實(shí)施例1中所述形成10% (w/w)的PVDF溶液。隨后通過攪拌將 10g PVDF溶液與3. 75g分散在MEK (等級(jí)MEK-ST-UP; Nissan Chemical America Corporation,膠體中二氧化珪的含量20%;平均粒度具有9 至15納米直徑和40至300nm長(zhǎng)度的細(xì)長(zhǎng)顆粒)中的膠態(tài)二氧化硅混合， 形成用作PVDF/二氧化硅隔膜前體的清澈液體。
將2"x5"的約6密耳厚的Mn02電極片放置到表面溫度為140匸的預(yù) 熱的熱板上。電極支撐在1. 2密耳厚的Al箔上，具有86% Mn02-7% KRATON G粘合劑-7%碳的組成。當(dāng)電極的表面溫度達(dá)到1401C時(shí)，利用H型噴槍 (Paasche Air Brush Company)將1. 0g 50 MEK: 50 MEK-ST-UP (w/w)的 液體噴射到電極上10秒鐘。噴射期間，使用40磅/平方英寸的氣壓。接著將2. Og包含二氧化硅顆粒與PVDF的液體噴射到Mn02電極上25秒鐘。隨 后將電極轉(zhuǎn)移到105X:的烘箱中并抽氣16小時(shí)，以干燥掉殘留在電極中 的溶劑。.
實(shí)施例6
在2032 Li/Mn02硬幣電池中評(píng)估涂敷有PVDF/二氧化硅隔膜的Mn02電 極的電化學(xué)性能。通過將一片31密耳厚的Li箔(直徑7/16")與一個(gè)涂 敷有隔膜的Mn02電極(直徑9/16")層壓來裝配2032電池。使用包含 11.6%的碳酸乙二酯-22. 8%的碳酸丙二酯-55.6%的1,2-二曱氧基乙烷-10.0%的三氟甲基磺酸鋰(W/W)的電解質(zhì)。通過在16mA、 8mA、 4mA、 2mA 與lmA的電流下對(duì)電池間歇力文電至1. 5V的截止電壓(放電間隔期間電池?cái)R 置2h)來評(píng)估所得Li/Mn02電池的放電性能。放電所實(shí)現(xiàn)的能量示于圖4 中。為了進(jìn)行比較，裝配基于未涂布Mn02電極與Celgard 2400隔膜的 2032 Li電池，這些電池的放電數(shù)據(jù)也示于圖4中。
實(shí)施例7
將4g SIS (Aldrich Chemical Company)與96g MEK混合。在60°C 下攪拌混合物直至SIS完全溶解。當(dāng)溶液在室溫下冷卻時(shí)，其變得渾濁并 最終形成包括懸浮于MEK中的SIS細(xì)粒的液體。將6. 8g這種SIS膠體與 5gMEK及6g分散在MEK (等級(jí)MEK-ST-UP; Nissan Chemical America Corporation,膠體中二氧化硅的含量20%;平均粒度具有9至15納米 直徑的長(zhǎng)度為40至300nm的細(xì)長(zhǎng)顆粒)中的膠態(tài)二氧化硅混合，形成用作 用于SIS/二氧化硅隔膜中的涂層制劑的膠態(tài)液體。二氧化硅與SIS在該制 劑中的固體含量(v/v)分別為65%和35%。
將涂覆在鋁箔上的4. l咖x 300mm的約3密耳厚的FeS2電極片放置到 表面溫度為140X:的預(yù)熱的熱板上。電極具有86% FeS2-7% KRATON-G 粘 合劑-7%石墨的組成。當(dāng)電極的表面溫度達(dá)到時(shí)，利用H型噴槍 (Paasche Air Brush Company)在15磅/平方英寸的氣壓下將5. 35g上述
涂層制劑噴射到電極上。隨后將電極轉(zhuǎn)移到loot:的烘箱中并抽氣16小
時(shí)，以干燥掉殘留在電極中的溶劑。 實(shí)施例8
在2032 Li/FeS2硬幣電池中評(píng)估實(shí)施例7中所述的涂敷有二氧化硅 /SIS隔膜的FeS2電極的電化學(xué)性能。通過將一片31密耳厚的Li箔(直徑9/16")與涂敷有二氧化硅/SIS隔膜的FeS2電極(直徑7/16")層壓 來裝配2032電池。用在1，2-二甲氧基乙烷和1，3-二氧雜環(huán)戊烷 (v/v=45/55 )的混合物中的1M Lil電解質(zhì)。通過在16mA、 8mA、 4mA、 2mA與lmA的電流下對(duì)電池間lt故電至0. 9V的截止電壓(;改電間隔期間電 池?cái)R置2h)來評(píng)估所得Li/FeS2電池的放電性能。每種電流下放電所實(shí)現(xiàn) 的容量示于圖5中。為了進(jìn)行比較，裝配基于未涂布FeS2電極與Celgard 2400隔膜的2032 Li電池，這些電池的放電數(shù)據(jù)也示于圖5中。 實(shí)施例9
將50mm x 120mm的約2密耳厚的石墨電極片放置到表面溫度為140匸 的預(yù)熱的熱板上。電極具有的86%石墨-7% PVDF-7%炭黑的組成(w/w)，
支撐在i.o密耳厚的cu箔上。當(dāng)電極的表面溫度達(dá)到ioox:時(shí)，利用H
型噴槍(Paasche Air Brush Company)在15磅/平方英寸的氣壓下將 2. 6g實(shí)施例7中所述的涂層制劑噴射到電極上。隨后將涂覆的電極轉(zhuǎn)移到 100r的烘箱中并抽氣16小時(shí)，以干燥掉殘留在電極中的溶劑。 實(shí)施例10
在2032鋰離子石墨/LiMn。.33Ni。.33Co。.330x硬幣電池中評(píng)估實(shí)施例9中所 述的涂敷有SIS/二氧化硅隔膜的石墨電極的電化學(xué)性能。通過將一片涂覆 的石墨電極(直徑9/16")與一片涂覆到鋁箔上的LiMn。.33Ni。.33Co。.33Ox電 極(直徑:7/16";組成86% LiMn。.33Ni。.33Co。.33Ox -7% PVDF-7%炭黑)層 壓裝配2032電池。使用在碳酸乙二酯與碳酸二甲酯(v/v-50/50 )的混合 物中的1M LiPF6電解質(zhì)。通過在2mA下于4. 2V至2. 5V之間對(duì)電池充電/ 放電來評(píng)估所得2032石墨/LiMn。.33Ni。.33Co?！?,電池的性能;每次充電和放 電之前將電池?cái)R置2h。 一個(gè)電池的充電/放電數(shù)據(jù)示于圖6以及下表中循環(huán)數(shù)容量(充電)(mAh)容量(放電)(mAh)
14. 78*1. 63
21.61.49
31. 681. 59
41. 71. 62
51. 741. 66
61. 751. 67
71. 721. 65
現(xiàn)在已描述了本發(fā)明的一些實(shí)施方案。但是應(yīng)當(dāng)理解，在不背離本發(fā) 明實(shí)質(zhì)和范圍的條件下可以進(jìn)行各種變型。
例如，盡管以上描述了將隔膜層施用到正極上，但在一些情況下也可 將隔膜層施用到負(fù)極上。例如，可將隔膜層施用到鋰離子電池中的任一電
極上，其中陽極為石墨，如實(shí)施例9和10中所示。
因此，其它實(shí)施方案在以下權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。
1權(quán)利要求
1.一種電池，所述電池包括正極和負(fù)極，和粘結(jié)到所述電極之一的表面上的多孔層，所述多孔層包括分散在聚合物基質(zhì)中的二氧化硅顆粒。
2. 如權(quán)利要求1所述的電池，其中所述聚合物基質(zhì)選自由下列組成的 組苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯和聚偏氟乙烯。
3. 如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電池，其中所述二氧化硅顆粒包括平 均粒度為10至500認(rèn)的球形顆粒。
4. 如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電池，其中所述二氧化硅顆粒包括平 均尺寸為x=10至500nm且y=10至500nm的細(xì)長(zhǎng)顆粒。
5. 如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電池，所述電池還包括第二多孔層， 所述第二多孔層包括膠態(tài)二氧化硅顆粒。
6. 如權(quán)利要求5所述的電池，其中所述第二多孔層插在所述電極和所 述包括分散在聚合物基質(zhì)中的二氧化硅顆粒的多孔層之間。
7. 如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電池，其中所述電池為一次鋰電池。
8. 如權(quán)利要求7所述的電池，其中所述正極包括選自由下列組成的組 的材料過渡金屬氧化物、過渡金屬硫化物、碳氟化物、二氧化 石危、以及亞石克酰氯。
9. 如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電池，其中所述多孔層粘結(jié)到所述正 極上。
10. 如權(quán)利要求l所述的電池，其中所述電池為鋰離子電池。
全文摘要
鋰電池，其中電池隔膜在電極之一例如正極上直接形成。所述電池隔膜包括分散在聚合物基質(zhì)中的二氧化硅顆粒。所述聚合物基質(zhì)選自苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯或聚偏氟乙烯。第二多孔層可插在電極和包括分散在聚合物基質(zhì)中的二氧化硅顆粒的多孔層之間。二氧化硅顆粒的存在增強(qiáng)了隔膜的傳導(dǎo)性并賦予隔膜機(jī)械強(qiáng)度，下面的二氧化硅層使?jié)B透到電極孔中的聚合物的量最小化。
文檔編號(hào)H01M2/16GK101496196SQ200780028254
公開日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2007年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月26日
發(fā)明者蔣志平 申請(qǐng)人:吉萊特公司