专利汇可以提供锂电池阴极以及制造方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且提供了一种用于锂 电池 的 阴极 活性材料层。所述阴极活性材料层包含通过 粘合剂 粘合在一起的多个阴极活性材料颗粒和任选的导电添加剂,所述粘合剂包含高弹性 聚合物 ,所述高弹性聚合物具有在所述聚合物中没有添加剂或增强物的情况下测量时从5%至700%(优选地从10%至100%)的可恢复拉伸应变以及在室温下不小于10-5S/cm(优选且典型地从1.0x10-5S/cm至5x10-2S/cm)的锂离子电导率。,下面是锂电池阴极以及制造方法专利的具体信息内容。
1.一种用于锂电池的阴极活性材料层,所述阴极活性材料层包含通过粘合剂粘合在一起的多个阴极活性材料颗粒和任选的导电添加剂,所述粘合剂包含高弹性聚合物,所述高弹性聚合物具有在所述聚合物中没有添加剂或增强物的情况下测量时从5%至700%的可恢复拉伸应变以及在室温下不小于10-5S/cm的锂离子电导率。
2.如权利要求1所述的阴极活性材料层,其中,所述高弹性聚合物含有交联的聚合物链网络,所述交联的聚合物链网络在所述交联的聚合物链网络中具有醚键、腈衍生的键、过氧化苯甲酰衍生的键、环氧乙烷键、环氧丙烷键、乙烯醇键、氰基-树脂键、三丙烯酸酯单体衍生的键、四丙烯酸酯单体衍生的键、或其组合。
3.如权利要求1所述的阴极活性材料层,其中,所述高弹性聚合物含有选自含腈的聚乙烯醇链、氰基树脂链、季戊四醇四丙烯酸酯链、季戊四醇三丙烯酸酯链、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(ETPTA)链、乙二醇甲基醚丙烯酸酯(EGMEA)链、或其组合的交联的聚合物链网络。
4.如权利要求1所述的阴极活性材料层,其中,所述阴极活性材料选自无机材料、有机材料、聚合物材料、或其组合。
5.如权利要求4所述的阴极活性材料层,其中,所述无机材料选自金属氧化物、金属磷酸盐、金属硅化物、金属硒化物、过渡金属硫化物、或其组合。
6.如权利要求4所述的阴极活性材料层,其中,所述无机材料选自锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂钒氧化物、锂混合金属氧化物、磷酸铁锂、磷酸锰锂、磷酸钒锂、锂混合金属磷酸盐、锂金属硅化物、或其组合。
7.如权利要求4所述的阴极活性材料层,其中,所述无机材料选自金属氟化物或金属氯化物,所述金属氟化物或金属氯化物包括由以下项组成的组:CoF3、MnF3、FeF3、VF3、VOF3、TiF3、BiF3、NiF2、FeF2、CuF2、CuF、SnF2、AgF、CuCl2、FeCl3、MnCl2、以及其组合。
8.如权利要求4所述的阴极活性材料层,其中,所述无机材料选自锂过渡金属硅酸盐,表示为Li2MSiO4或Li2MaxMbySiO4,其中M和Ma选自Fe、Mn、Co、Ni、V、或VO;Mb选自Fe、Mn、Co、Ni、V、Ti、Al、B、Sn、或Bi;并且x+y≤1。
9.如权利要求4所述的阴极活性材料层,其中,所述无机材料选自过渡金属二硫属化物、过渡金属三硫属化物、或其组合。
10.如权利要求4所述的阴极活性材料层,其中,所述无机材料选自TiS2、TaS2、MoS2、NbSe3、MnO2、CoO2、氧化铁、钒氧化物、或其组合。
11.如权利要求5所述的阴极活性材料层,其中,所述金属氧化物含有选自由以下项组成的组的钒氧化物:VO2、LixVO2、V2O5、LixV2O5、V3O8、LixV3O8、LixV3O7、V4O9、LixV4O9、V6O13、LixV6O13、其掺杂型式、其衍生物、及其组合,其中0.1
13.如权利要求5所述的阴极活性材料层,其中,所述无机材料选自:(a)硒化铋或碲化铋,(b)过渡金属二硫属化物或三硫属化物,(c)铌、锆、钼、铪、钽、钨、钛、钴、锰、铁、镍、或过渡金属的硫化物、硒化物、或碲化物;(d)氮化硼,或(e)其组合。
14.如权利要求4所述的阴极活性材料层,其中,所述有机材料或聚合物材料选自聚(蒽醌硫醚)(PAQS)、碳氧化锂、3,4,9,10-苝四甲酸二酐(PTCDA)、聚(蒽醌硫醚)、芘-4,5,9,10-四酮(PYT)、聚合物键合型PYT、醌(三氮烯)、氧化还原活性有机材料、四氰基醌二甲烷(TCNQ)、四氰基乙烯(TCNE)、2,3,6,7,10,11-六甲氧基三亚苯(HMTP)、聚(5-氨基-1,4-二羟基蒽醌)(PADAQ)、磷腈二硫化物聚合物([(NPS2)3]n)、锂化的1,4,5,8-萘四醇甲醛聚合物、六氮杂联三萘(HATN)、六氮杂三亚苯六腈(HAT(CN)6)、5-亚苄基乙内酰脲、靛红锂盐、均苯四酸二酰亚胺锂盐、四羟基-对苯醌衍生物(THQLi4)、N,N'-二苯基-2,3,5,6-四酮哌嗪(PHP)、N,N'-二烯丙基-2,3,5,6-四酮哌嗪(AP)、N,N'-二丙基-2,3,5,6-四酮哌嗪(PRP)、硫醚聚合物、醌化合物、1,4-苯醌、5,7,12,14-并五苯四酮(PT)、5-氨基-2,3-二氢-1,4-二羟基蒽醌(ADDAQ)、5-氨基-1,4-二羟基蒽醌(ADAQ)、醌型杯芳烃、Li4C6O6、Li2C6O6、Li6C6O6、或其组合。
15.如权利要求14所述的阴极活性材料层,其中,所述硫醚聚合物选自聚[甲烷三硝基苯甲硝胺-四(硫代亚甲基)](PMTTM)、聚(2,4-二硫代戊烯)(PDTP)、含有聚(乙烯-1,1,2,2-四硫醇)(PETT)作为主链硫醚聚合物的聚合物、具有由共轭芳香族部分组成的主链并且具有硫醚侧链作为侧链的侧链硫醚聚合物、聚(2-苯基-1,3-二硫戊环)(PPDT)、聚(1,4-二(1,
3-二硫戊环-2-基)苯)(PDDTB)、聚(四氢苯并二噻吩)(PTHBDT)、聚[1,2,4,5-四(丙硫基)苯](PTKPTB)或聚[3,4(亚乙基二硫代)噻吩](PEDTT)。
16.如权利要求4所述的阴极活性材料层,其中,所述有机材料含有选自以下项的酞菁化合物:酞菁铜、酞菁锌、酞菁锡、酞菁铁、酞菁铅、酞菁镍、酞菁氧钒、酞菁氟铬、酞菁镁、酞菁锰、酞菁二锂、酞菁氯化铝、酞菁镉、酞菁氯镓、酞菁钴、酞菁银、无金属酞菁、其化学衍生物、或其组合。
17.如权利要求1所述的阴极活性材料层,其中,所述阴极活性材料呈具有从0.5nm至
100nm的厚度或直径的纳米颗粒、纳米线、纳米纤维、纳米管、纳米片、纳米带、纳米丝带、纳米盘、纳米片晶、或纳米角的形式。
18.如权利要求1所述的阴极活性材料层,其中,一个或多个所述颗粒涂覆有碳或石墨烯的层。
19.如权利要求1所述的阴极活性材料层,其中,所述导电添加剂选自石墨、石墨烯、或碳、或其组合。
20.如权利要求19所述的阴极活性材料层,其中,所述石墨或碳材料选自聚合碳、无定形碳、化学气相沉积碳、煤焦油沥青、石油沥青、中间相沥青、炭黑、焦炭、乙炔黑、活性炭、具有小于100nm的尺寸的细膨胀石墨颗粒、人造石墨颗粒、天然石墨颗粒、或其组合。
21.如权利要求17所述的阴极活性材料层,其中,所述纳米颗粒、纳米线、纳米纤维、纳米管、纳米片、纳米带、纳米丝带、纳米盘、纳米片晶、或纳米角被选自碳材料、石墨烯、电子导电聚合物、导电金属氧化物或导电金属涂料的导电保护性涂料涂覆或包围。
22.如权利要求1所述的阴极活性材料层,其中,所述高弹性聚合物具有不小于10-4S/cm的锂离子电导率。
-3
23.如权利要求1所述的阴极活性材料层,其中,所述高弹性聚合物具有不小于10 S/cm的锂离子电导率。
24.如权利要求1所述的阴极活性材料层,其中,所述高弹性聚合物是不具有分散在其中的添加剂或填充剂的纯聚合物。
25.如权利要求1所述的阴极活性材料层,其中,所述高弹性聚合物含有按重量计从
0.1%至50%的分散在其中的锂离子传导添加剂,或其中含有按重量计从0.1%至按重量计
10%的选自碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯、或其组合的增强纳米长丝。
26.如权利要求1所述的阴极活性材料层,其中,所述高弹性聚合物与选自以下项的弹性体形成混合物或互穿网络:天然聚异戊二烯、合成聚异戊二烯、聚丁二烯、氯丁二烯橡胶、聚氯丁二烯、丁基橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、丁腈橡胶、乙烯丙烯橡胶、乙烯丙烯二烯橡胶、表氯醇橡胶、聚丙烯酸橡胶、硅酮橡胶、氟硅酮橡胶、全氟弹性体、聚醚嵌段酰胺、氯磺化聚乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯、热塑性弹性体、蛋白质节肢弹性蛋白、蛋白质弹性蛋白、环氧乙烷-表氯醇共聚物、聚氨酯、氨基甲酸乙酯-脲共聚物、或其组合。
27.如权利要求1所述的阴极活性材料层,其中,所述高弹性聚合物与锂离子传导添加剂混合以形成复合物,其中所述锂离子传导添加剂分散在所述高弹性聚合物中,并且选自Li2CO3、Li2O、Li2C2O4、LiOH、LiX、ROCO2Li、HCOLi、ROLi、(ROCO2Li)2、(CH2OCO2Li)2、Li2S、LixSOy、或其组合,其中X=F、Cl、I、或Br,R=烃基,x=0-1,y=1-4。
28.如权利要求1所述的阴极活性材料层,其中,所述高弹性聚合物与锂离子传导添加剂混合以形成复合物,其中所述锂离子传导添加剂分散在所述高弹性聚合物中,并且选自高氯酸锂LiClO4、六氟磷酸锂LiPF6、氟硼酸锂LiBF4、六氟砷化锂LiAsF6、三氟甲磺酸锂LiCF3SO3、双三氟甲基磺酰亚胺锂LiN(CF3SO2)2、双(草酸)硼酸锂LiBOB、二氟草酸硼酸锂LiBF2C2O4、二氟草酸硼酸锂LiBF2C2O4、硝酸锂LiNO3、氟烷基磷酸锂LiPF3(CF2CF3)3、双全氟乙基磺酰亚胺锂LiBETI、双(三氟甲烷磺酰基)酰亚胺锂、双(氟磺酰基)酰亚胺锂、三氟甲烷磺酰亚胺锂LiTFSI、离子液体基锂盐、或其组合。
29.如权利要求1所述的阴极活性材料层,其中,所述高弹性聚合物与电子传导聚合物混合以形成共混物、共聚物、或半互穿网络,所述电子传导聚合物选自聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚呋喃、双环聚合物、其磺化衍生物、或其组合。
30.如权利要求1所述的阴极活性材料层,其中,所述高弹性聚合物与锂离子传导聚合物形成混合物或共混物,所述锂离子传导聚合物选自:聚(环氧乙烷)(PEO)、聚环氧丙烷(PPO)、聚(丙烯腈)(PAN)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(偏二氟乙烯)(PVdF)、聚双甲氧基乙氧基乙醇盐-磷腈、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚(偏二氟乙烯)-六氟丙烯(PVDF-HFP)、其磺化衍生物、或其组合。
31.一种用于锂电池的阴极活性材料层,所述阴极活性材料层包含通过粘合剂粘合在一起以形成一体阴极层的多个阴极活性材料颗粒和任选的导电添加剂,其中所述一体阴极层被高弹性聚合物的薄层覆盖并保护,所述高弹性聚合物具有在所述聚合物中没有添加剂-5
或增强物的情况下测量时不小于5%的可恢复拉伸应变以及在室温下不小于10 S/cm的锂离子电导率,其中所述薄层具有从1nm至10μm的厚度。
32.一种锂电池,所述锂电池含有任选的阳极集流体、阳极活性材料层、如权利要求1所述的阴极活性材料层、任选的阴极集流体、与所述阳极活性材料层和所述阴极活性材料层处于离子接触的电解质、以及任选的多孔隔膜。
33.如权利要求32所述的锂电池,所述锂电池是锂离子电池、锂金属电池、锂-硫电池、锂-硒电池、或锂-空气电池。
34.一种锂电池,所述锂电池含有任选的阳极集流体、阳极活性材料层、如权利要求31所述的阴极活性材料层、任选的阴极集流体、与所述阳极活性材料层和所述阴极活性材料层处于离子接触的电解质、以及任选的多孔隔膜。
35.如权利要求34所述的锂电池,所述锂电池是锂离子电池、锂金属电池、锂-硫电池、锂-硒电池、或锂-空气电池。
36.一种制造锂电池的方法,所述方法包括:
(a)提供阴极活性材料层和任选的支撑所述阴极活性材料层的阴极集流体;
(b)提供阳极活性材料层和任选的支撑所述阳极活性材料层的阳极集流体;以及
(c)提供与所述阳极活性材料层和所述阴极活性材料层接触的电解质、以及任选的电力地分离所述阳极与所述阴极的隔膜;
其中提供所述阴极活性材料层的操作包括通过粘合剂树脂将阴极活性材料的多个颗粒与任选的导电添加剂粘合在一起以形成所述层,所述粘合剂树脂含有高弹性聚合物,所述高弹性聚合物具有在没有添加剂或增强物的情况下测量时从5%至700%的可恢复拉伸应变以及在室温下不小于10-5S/cm的锂离子电导率。
37.一种制造锂电池的方法,所述锂电池选自锂离子电池、锂金属电池、锂-硒电池、或锂-空气电池,所述方法包括:
(a)提供阴极活性材料层和任选的支撑所述阴极活性材料层的阴极集流体;
(b)提供阳极活性材料层和任选的支撑所述阳极活性材料层的阳极集流体;以及
(c)提供与所述阳极活性材料层和所述阴极活性材料层接触的电解质、以及任选的电力地分离所述阳极与所述阴极的多孔隔膜;
其中提供所述阴极活性材料层的操作包括通过粘合剂树脂将阴极活性材料的多个颗粒与任选的导电添加剂粘合在一起以形成所述阴极活性材料层,并且施加高弹性聚合物的薄膜以覆盖并保护所述阴极活性材料层,其中所述高弹性聚合物具有在所述聚合物中没有添加剂或增强物的情况下测量时从5%至700%的可恢复或弹性拉伸应变以及在室温下不小于10-5S/cm的锂离子电导率,并且所述薄膜具有从1nm至10μm的厚度。
38.如权利要求36所述的方法,其中,将所述高弹性聚合物的薄膜实施在所述阴极活性材料层与所述多孔隔膜之间。
39.如权利要求36所述的方法,其中,所述高弹性聚合物具有从1×10-5S/cm至2×10-2S/cm的锂离子电导率。
40.如权利要求36所述的方法,其中,所述高弹性聚合物具有从30%至300%的可恢复拉伸应变。
41.如权利要求37所述的方法,其中,所述高弹性聚合物含有交联的聚合物链网络,所述交联的聚合物链网络在所述交联的聚合物链网络中具有醚键、腈衍生的键、过氧化苯甲酰衍生的键、环氧乙烷键、环氧丙烷键、乙烯醇键、氰基-树脂键、三丙烯酸酯单体衍生的键、四丙烯酸酯单体衍生的键、或其组合。
42.如权利要求37所述的方法,其中,所述高弹性聚合物含有选自含腈的聚乙烯醇链、氰基树脂链、季戊四醇四丙烯酸酯链、季戊四醇三丙烯酸酯链、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(ETPTA)链、乙二醇甲基醚丙烯酸酯(EGMEA)链、或其组合的交联的聚合物链网络。
43.如权利要求37所述的方法,其中,所述高弹性聚合物与弹性体、电子导电聚合物、锂离子传导材料、增强材料、或其组合形成混合物。
44.如权利要求43所述的方法,其中,所述锂离子传导材料分散在所述高弹性聚合物中,并且选自Li2CO3、Li2O、Li2C2O4、LiOH、LiX、ROCO2Li、HCOLi、ROLi、(ROCO2Li)2、(CH2OCO2Li)2、Li2S、LixSOy、或其组合,其中X=F、Cl、I、或Br,R=烃基,x=0-1,y=1-4。
45.如权利要求43所述的方法,其中,所述锂离子传导材料分散在所述高弹性聚合物中,并且选自高氯酸锂LiClO4、六氟磷酸锂LiPF6、氟硼酸锂LiBF4、六氟砷化锂LiAsF6、三氟甲磺酸锂LiCF3SO3、双三氟甲基磺酰亚胺锂LiN(CF3SO2)2、双(草酸)硼酸锂LiBOB、二氟草酸硼酸锂LiBF2C2O4、二氟草酸硼酸锂LiBF2C2O4、硝酸锂LiNO3、氟烷基磷酸锂LiPF3(CF2CF3)3、双全氟乙基磺酰亚胺锂LiBETI、双(三氟甲烷磺酰基)酰亚胺锂、双(氟磺酰基)酰亚胺锂、三氟甲烷磺酰亚胺锂LiTFSI、离子液体基锂盐、或其组合。
46.如权利要求36所述的方法,其中,所述阴极活性材料选自无机材料、有机材料、聚合物材料、或其组合。
47.如权利要求36所述的方法,其中,所述一个或多个阴极活性材料颗粒涂覆有碳或石墨烯的层。
48.如权利要求36所述的方法,其中,所述一个或多个阴极活性材料颗粒与碳、石墨烯、或石墨材料混合以形成混合物,并且所述混合物通过所述高弹性聚合物粘合剂粘合。
49.如权利要求36所述的方法,其中,所述一个或多个阴极活性材料颗粒与碳材料、石墨材料和/或石墨烯片混合以形成混合物,所述混合物被外部石墨烯片包围以形成石墨烯包围的阴极活性材料微粒,所述微粒然后通过所述粘合剂树脂粘合。
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