制備陰極的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及制備蓄電池陰極的方法，并且更具體地設及用于制備蓄電池的方法。
【背景技術】
[0002] 電化學電池或蓄電池通常用作電能來源。電池包括通常稱作陽極的負電極和通常 稱作陰極的正電極。陽極含有可被氧化的活性材料；陰極包含或消耗可被還原的活性材料。 陽極活性物質能夠還原陰極活性物質。分隔體設置在陽極和陰極之間。運些組件設置在金 屬罐內(nèi)。
[0003] 當使用蓄電池作為裝置中的電能來源時，陽極與陰極發(fā)生電接觸，使電子流過裝 置，并且允許發(fā)生各自的氧化和還原反應W提供電能。與陽極和陰極接觸的電解質含有流 過位于電極之間的分隔體的離子，W在放電期間保持蓄電池整體的電荷平衡。
[0004] 需要改善用于制備陰極的方法。一種典型的陰極制備方法是將陰極壓制成粒料。 然后將一系列粒料堆疊并插入罐中W形成陰極。運種技術需要多個制備步驟。
[0005] 之前已經(jīng)進行過擠出陰極的嘗試。然而，運些嘗試需要在擠出過程中有附加結構 的支撐W提供具有所需完整性的陰極，用于進一步裝配成電池。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明設及制備蓄電池陰極的方法。該方法包括混合電化學活性陰極材料、石墨、 水和水基粘合劑W提供混合物的步驟。將混合物連續(xù)擠出形成陰極。從陰極中去除水。將 陰極切割成單個陰極。
[0007] 本發(fā)明設及制備蓄電池的方法。該方法包括W下步驟：通過混合電化學活性陰極 材料、石墨、水和水基粘合劑W提供混合物來制備陰極。將混合物連續(xù)擠出形成陰極。從陰 極中去除水。將陰極切割成單個陰極。將陰極插入罐中。將分隔體插入罐中。將集流體插 入罐中。將陽極插入罐中。將電解質插入罐中。將罐密封。
【附圖說明】
[0008] 本發(fā)明一個或多個實施例的細節(jié)闡述于附圖和W下說明中。從本說明書、附圖W 及權利要求書可見本發(fā)明的其它特征、對象和優(yōu)點。
[0009] 圖1示出用于陰極制備的方法。
[0010] 圖2示出待擠出的混合物的塑性變形圖。
[0011] 圖3示出陰極的橫截面構型。
[0012] 圖4示出用于蓄電池制備的方法。
【具體實施方式】
[0013] 現(xiàn)在參見圖1，其示出了用于陰極制備的方法。該方法在混合步驟150中混合電化 學活性陰極材料110、石墨120、水130和水性粘合劑140W形成混合物155。然后將混合 物155連續(xù)擠出160形成陰極165。從陰極165中去除水170。切割180陰極165W形成 單個陰極或片185。
[0014] 將電化學活性陰極材料110、石墨120、水130和水性粘合劑140插入混合裝置并 混合W形成混合物。水性粘合劑140可為溶液形式或粉末形式。
[0015] 電化學活性陰極材料110可包括儘氧化物、二氧化儘、電解二氧化儘（EMD)、化學 二氧化儘（CMD)、高功率電解二氧化儘（HP EMD)、A二氧化儘、W及它們的混合物。其它 電化學活性陰極材料包括但不限于氧化銀、氧化儀、徑基氧化儀、氧化銅、氧化祕、高化合價 儀、它們的合金、W及它們的混合物。氧化儀可包括徑基氧化儀、徑基氧化鉆涂覆的徑基氧 化儀、脫裡的層狀裡儀氧化物、W及它們的組合。徑基氧化儀可包括0 -徑基氧化儀、丫 -徑 基氧化儀、和/或6-徑基氧化儀和/或丫-徑基氧化儀的共生物。徑基氧化鉆涂覆的徑 基氧化儀可包括徑基氧化鉆涂覆的P-徑基氧化儀，徑基氧化鉆涂覆的T-徑基氧化儀，和 /或0-徑基氧化儀和丫-徑基氧化儀的徑基氧化鉆涂覆的共生物。氧化儀可包括具有化 學通式LiixHyNi〇2的部分脫裡的層狀氧化儀，其中0.Kx<0. 9且0. 1勺<0. 9。高化合價儀可 例如包括四價儀。
[0016] 優(yōu)選的電化學活性陰極材料110為二氧化儘，其具有至少約91重量％的純度。由 于電解二氧化儘（EMD)具有高密度并且可方便地用電解方法W高純度獲得，所W電解二氧 化儘是電化學電池優(yōu)選的二氧化儘形式。化學二氧化儘（CMD)是一種化學合成的二氧化 儘，也已經(jīng)被用作包括堿性電池和重型電池的電化學電池中的電化學活性陰極材料。 陽017] EMD通常由硫酸儘和硫酸的浴的直接電解來制造。EMD的制造方法及其性質可見 于KarlV.Kordesch編輯的Batteries,MarcelDekke;r，Inc.(New化rk)，第 1 卷（1974 年），第433至488頁。CMD通常通過本領域已知的方法如"Sedema方法"來制備，該方法是 一種化學方法，公開在美國專利2, 956, 860 (Welsh)中。電池級Mn〇2可經(jīng)由Sedema方法來 制備，該方法通過使用MnS〇4和堿金屬氯酸鹽（優(yōu)選化ClO3)的反應混合物進行。二氧化儘 白勺會圣妻肖商包括Tronox、Erachem、Tosoh、DeltaMan邑anese、臥及Xian邑tan。
[0018] 在要求非常低的電池變形或者沒有電池變形的蓄電池中，可使用高功率化巧EMD。 優(yōu)選地，高功率電解二氧化儘具有至少1. 635的開路電壓（OCV)。合適的高功率電解二氧化 儘能夠W商品名化曲Drain從Tronox商購獲得。
[0019] 在陰極中包含石墨W允許電子流過陰極?？墒褂门蛎浭吞烊皇ｊ帢O中石 墨的量優(yōu)選地是相對低的，例如少于8%，或者甚至少于6%，例如2%至5%。較低的石墨 含量能夠在陰極內(nèi)包括較高含量的活性材料，不會增加電池體積或減少空隙體積（必須將 其保持在一定水平或一定水平之上W防止在電池內(nèi)產(chǎn)生氣體時，內(nèi)部壓力升得過高）?？蓮?例如Timcal獲取合適的膨脹石墨。其它合適的石墨包括石墨締和納米纖維石墨。
[0020] 一般來講，優(yōu)選的是陰極基本上不含非膨脹石墨。雖然非膨脹石墨顆粒為陰極成 形設備提供潤滑性，但運類石墨比膨脹石墨的導電性要小得多，因此要獲得同樣的陰極導 電性必需使用更多的量。雖然不是優(yōu)選的，陰極可包含低含量的非膨脹石墨，然而運將不利 于在保持特定陰極導電性的同時獲得減小的石墨濃度。
[0021] 優(yōu)選地是，混合物中的水量在10%至20%的范圍內(nèi)?？筛淖兯縒使混合物易于 擠出。
[0022] 水性粘合劑140在電化學活性陰極材料110存在下將是穩(wěn)定的。水性粘合劑140 在水中將具有最小的溶脹性能。在水中的最小溶脹性能最小化了擠出的陰極的體積，提供 了相對致密的陰極。此外，最小化水性粘合劑140的溶脹量最大化陰極中的電化學活性陰 極材料110的量。一種優(yōu)選的水性粘合劑140是徑丙基甲基纖維素（HPMC)。其它水性粘合 劑140包括聚丙締酸醋和PVOH。優(yōu)選地，粘合劑在水中具有不超過約10%，更優(yōu)選地不超 過約5%，最優(yōu)選地不超過約3%的溶脹。
[0023] 陰極中的水性粘合劑的量優(yōu)選地是相對低的，例如少于3%，優(yōu)選地少于2%，優(yōu) 選地0. 2%至2%，更優(yōu)選地0. 4%至1. 2%。較低的水性粘合劑含量使得陰極內(nèi)能夠包含 較高含量的活性材料。
[0024] 混合物也可包含其它添加劑。其它陰極添加劑的示例描述于例如美國專利 5, 698, 315、5, 919, 598和5, 997, 775W及美國專利申請10/765, 569中?；旌衔镆部砂?它材料。在運些附加材料存在下，粘合劑的粘結能力不應受到不利影響或抑制。例如陰極 可包括電解質組分諸如氨氧化鐘。如果陰極內(nèi)包含氨氧化鐘，那么氨氧化鐘濃度應不超過 7%，否則粘合劑將喪失其粘結能力。粘合劑不溶于濃度小于7%的氨氧化鐘。陰極也可包 括表面活性劑。表面活性劑將需要與粘合劑相容W不對粘結能力造成不利影響。合適的表 面活性劑的示例包括但不限于陰離子表面活性劑、兩性表面活性劑、W及它們的組合。
[00巧]合適的表面活性劑的一個非限制性示例可包括二苯基橫酸鹽或其衍生物。在一個 實施例中，表面活性劑包括陰離子二苯基橫酸鹽表面活性劑或其控基取代的衍生物，其中 控基基團包含1至約24個、優(yōu)選地1至約12個碳原子。具體示例包括堿金屬烷基二苯基 氧化二橫酸鹽諸如己基二苯基氧化二橫酸鋼、癸基二苯基氧化二橫酸鋼、十二烷基二苯基 氧化二橫酸、十二烷基二苯基氧化二橫酸鋼、N-癸基二苯基氧化二橫酸鹽、n-癸基二苯基 氧化二橫酸鋼和n-十六烷基二苯基氧化二橫酸鋼。二苯基橫酸鹽表面活性劑可從DowW 通用商品名"0〇*'日義"商購獲得，并且具體包括0〇*'日義〔61^、(：1化、240、241、241-0、26?、380、 382、382-0、2000、8390、和 8390-0。
[00%] 陰離子表面活性劑的示例為氯漂白穩(wěn)定的堿可溶性表面活性劑。在一個實施例 中，陰離子表面活性劑不溶于高于5 %的K0H，或者不溶于30 %的K0H。
[0027] 合適的二苯基橫酸鹽表面活性劑可具有如下所示的通式結構，