预处理组合物和涂覆电池电极的方法
【专利说明】预处理组合物和涂覆电池电极的方法 发明领域
[0001] 本发明涉及预处理组合物和涂覆电池电极的方法。本发明还涉及涂覆的电池电 极。
【背景技术】
[0002] 用于锂离子电池的电极通过用粘合剂将活性材料粘接到导电基底来制备。锂离子 电池的性能和寿命至少部分地取决于电极的抗腐蚀性能以及活性材料与导电基底之间的 粘结强度。电极腐蚀可导致粘结强度下降，粘结强度下降可导致电极腐蚀。因此，对电极的 抗腐蚀性能以及活性材料与导电基底之间的粘结强度都进行优化是重要的。
[0003]虽然增加粘合剂的量可提高粘结强度，但大量粘合剂降低了电极的电容，因此不 利地影响电池性能。从而，期望提供一种处理导电基底的组合物和方法来改进含锂材料对 导电基底的粘结强度和/或耐腐蚀性能，同时不需要提高粘合剂材料的量。此外，还期望提 供处理导电基底的组合物和方法，其在至少一些情况下，赋予相当于或甚至优于通过使用 提高量的粘合剂材料所赋予的粘结性能的粘结强度。还期望提供相关的经处理的电极。
[0004] 发明概述
[0005] 在某些实施方案中，本发明涉及锂离子电池的阴极，其包含导电基底，覆盖所述导 电基底的至少一部分的第一层，其包含含有第ΠΙΒ族和/或第IV族金属的预处理组合物， 和覆盖所述第一层的至少一部分的第二层，所述第二层包含包含含锂化合物的涂料组合 物。
[0006] 在某些其它实施方案中，本发明涉及电池，其包含阴极，所述阴极包含导电基底， 覆盖所述导电基底的至少一部分的第一层，其包含含有第ΠΙΒ族和/或第IV族金属的预 处理组合物，和覆盖所述第一层的至少一部分的第二层，所述第二层包含包含含锂化合物 的涂料组合物。该电池还包含阳极，在所述阳极和所述阴极之间的分隔体，和与所述阳极和 所述阴极接触的电解质。
[0007] 在某些其它实施方案中，本发明涉及处理电池阴极的方法，包括使电池阴极的导 电基底与包含第IIIB族和/或第IV族金属的预处理组合物接触，和将包含含锂化合物的 涂料组合物沉积到经预处理的导电基底的至少一部分上。
[0008] 附图纳入并构成本说明书的一部分，其展示了本发明的非限制性实施方案并且与 说明书一起用于解释本发明。
[0009] 附图简述
[0010] 图1是根据本发明的实施方案的电池的局部剖面示意图，该电池包括阴极，该阴 极包含含有预处理组合物的第一层。
[0011] 图2是根据本发明的实施方案的阴极的局部剖面示意图。
[0012] 本发明详述
[0013]为了以下详细说明的目的，除了在有明确相反的说明的情况之外，应理解可假设 各种备选的变化形式和步骤顺序。此外，除了在任何操作实施例中，或其中另有说明，否 则用于表达在说明书和权利要求中成分的用量的全部数值应理解为在所有情况下被术语 "约"修饰。因此，除非有相反的说明，否则在下面的说明书和所附权利要求中给出的数值参 数是取决于本发明所获得的期望性能来变化的约数。最起码，并且不试图限制对权利要求 的范围适用等同原则，各数值参数应该至少按照报道的有效数字的数值并采用普通的舍入 技术来解释。
[0014] 尽管阐明本发明的宽范围的数值范围和参数是约数，但是在具体实施例中所述的 数值是尽量精确报道的。然而，任何数值固有地含有必然地从在它们各自试验测量中存在 的标准偏差获得的必然的误差。
[0015] 同样地，应理解本文所记载的任何数值范围都意图包含含在其中的所有子范围。 例如，范围"1至10"意图包括所记载的最小值1和所记载的最大值10之间（并且包括1 和10)的所有子范围，即，具有等于或者大于1的最小值和等于或者小于10的最大值。
[0016] 在本申请中，除非另有具体说明，否则单数的使用包括复数并且复数涵盖单数。此 外，在本申请中，除非另有具体说明，"或"的使用是指"和/或"，但是"和/或"在某些情况 下可以是明确使用的。
[0017] 除非本文另有公开，本文使用的术语"基本上不含"是指特定的材料不是有意地将 添加到组合物中并且仅以痕量或作为杂质存在。本文使用的术语"完全不含"是指组合物 不包含特定的材料。即，所述组合物包含0重量％的这种材料。
[0018] 图1示意地展示了根据本发明的实施方案的电池100。虽然只显示了单一阴极层 10和单一阳极层20,应理解，电池100可具有多个阴极10和阳极20层，各自由分隔体40 分离。图2示意地展示了根据本发明的实施方案的阴极10,其可用于其中使用了多个交替 的阳极和阴极层的电池。
[0019] 如图1和2中所示，本发明的某些实施方案涉及锂离子电池100的阴极10,该锂离 子电池100包含导电基底12 (有时被称为"集电器"或"电子集电器"），覆盖所述导电基底 的至少一部分的第一层14,其包含含第IIIB族和/或第IV族金属的预处理组合物，和覆盖 第一层至少一部分的第二层16,所述第二层16包含含有含锂化合物的涂料组合物。所述预 处理组合物处理导电基底12可产生电极的改进的抗腐蚀性能，和与没有用所述预处理组 合物预处理的导电基底相比，包含含锂化合物的涂料组合物对导电基底的改进的粘结。
[0020] 本发明的某些实施方案涉及处理导电基底的组合物和方法12。
[0021] 如图1中所示，电池100可包括阴极10,阳极20,阳极20和阴极10之间的分隔体 40,以及与阴极10和阳极20相接触的电解质30。与电极10、20之一相接触的外壳50可容 纳电极1〇、20,电解质30,和分隔体40。终端60与阴极10接触。用于本发明的合适的导电 基底12包括经常用作电极的那些，例如锂离子电池100中的阴极10或阳极20。合适的导 电基底12的具体实例包括，但不限于，铝，铜，铁，镍，不锈钢，和它们的组合。在某些实施方 案中，阴极10的导电基底12可包括铝。在某些实施方案中，阳极20的导电基底可包括铜。 在某些实施方案中，导电基底可为厚度为1μπι-500μπι，例如15μπι。
[0022] 电解质30可包括通过将盐溶解于有机溶剂制备的非水性溶液。用于电解质的电 解质盐可为适于此类电池的任何电解质盐。电解质盐的实例包括LiC104,LiAsF6,LiPF6， LiBF4,LiB(C6H5)4,LiB(C204)2,CH3S03Li，CF3S03Li，LiCl，LiBr等。在一种实施方案中，有机 溶剂可以包括通常用于此类电池的任何合适的类型。此种有机溶剂的实例包括碳酸亚丙 酯，碳酸亚乙酯，碳酸二乙酯，碳酸二甲酯，1，2-二甲氧基乙烷，1，2-二乙氧基乙烷，γ- 丁 内酯，四氢呋喃，2-甲基四氢呋喃，1，3-二氧戊环，4-甲基-1，3-二氧戊环，二乙基醚，环丁 砜，甲基环丁砜，乙腈，丙腈，苯甲醚，乙酸酯，丁酸酯，丙酸酯等。在某些实施方案中，使用 环状碳酸酯例如碳酸丙二酯，或链状碳酸酯例如碳酸二甲酯和碳酸二乙酯。这些有机溶剂 可以单独或以两种或更多种类型的组合使用。在某些实施方案中，电解质还可包括添加剂 或稳定剂，例如VC(碳酸乙烯酯），VEC(碳酸乙烯亚乙酯），ΕΑ(乙烯乙酸酯），ΤΡΡ(磷酸三 苯酯），磷腈，LiBOB，LiBETI，LiTFSI，ΒΡ(联苯），PS(环亚硫丙烷），ES(环亚硫亚乙烷）， AMC(碳酸烯丙基甲基酯），和APV(己二酸二乙烯酯）。
[0023] 在某些实施方案中，阳极20可通过将负极活性材料、导电材料、和粘合剂通过本 领域人员已知的任何方法，如例如在LithiumIonBattery:ScienceandTechnologies， Yoshio等人，2009中描述的方法制备。在某些实施方案中，阳极可通过混合约93wt%的作 为负极活性材料的石墨，约3wt%的导电碳（例如乙炔黑），和约4wt%的粘合剂，例如聚偏 二氟乙烯（PVDF)，并使用铜电流集电器箱（典型地10-15μm厚度）来制备。
[0024] 在某些实施方案中，阴极10可通过混合正极活性材料、导电材料和粘合剂通过本 领域人员已知的任何方法，如例如在LithiumIonBattery:ScienceandTechnologies， Yoshio等人，2009中描述的制备。在某些实施方案中，阴极可通过混合约90wt%作为锂活 性材料的LiNiCoMn02，约5wt%的导电碳（例如乙炔黑），和约5wt%的粘合剂，例如PVDF， 并使用铝集电器箱（典型地10-15μm厚度）来制备。
[0025] 在某些实施方案中，如图1中所示，阳极20和阴极10 (如下所述）可由分隔体40 分隔。在某些实施方案中，分隔体可由具有微孔的可层叠的聚合物膜，例如聚乙烯或聚丙 烯，来形成。在某些实施方案中，阳极20、阴极10和分隔体40可螺旋缠绕以产生螺旋型电 极元件。在某些实施方案中，卷可具有椭圆形状。
[0026] 根据本发明的实施方案，并如图2中示意地显示，阴极10包括导电基底12,覆盖所 述导电基底12的至少一部分的第一层14,其包含含第IIIB族和/或第IV族金属的预处理 组合物，和覆盖第一层14的至少一部分的第二层16,所述第二层16包含含有含锂化合物的 涂料组合物。
[0027] 可首先将待根据本发明的方法处理的导电基底12清洁以除去油脂、污物或其它 外来物。这经常通过采用例如可商购并在金属预处理工艺中常规使用的温和或强碱性清 洁剂来实现。适用于本发明的碱性清洁剂的实例包括Chemkleen163，Chemkleen177， Chemkleen490MX，Chemkleen2010LP/Chemkleen181ALP，均可购自PPGIndustries，Inc。 这样的清洁剂经常在之后和/或之前有水洗。
[0028] 在某些实施方案中，待根据本发明的方法处理的导电基底12可首先用氟