聚丙烯酸锂（固体含量）与CNT的重量比为4。CNT的含水分散体（拜耳材料科技股 份有限公司（Bayer MaterialScience)的BayUlbeSii D W 55CM)还包含5重量％的羧甲基 纤维素。然后将分散体在9级行星式微磨机（Mazerustar型号KK-400WE)中均化18分钟。
[0121] 在水中用聚丙烯酸锂和羧甲基纤维素实现碳纳米管的均匀分散后，依次添加高表 面积的石墨（特密高公司（Timcal)的KS6, D50为3um，比表面积为20m2/g)和具有较低表 面积的较大的晶粒石墨（日立化成株式会社（Hitachi Chemicals)的HE1，D50为21um， BET为0. 7m2/g)。调整添加的量，使得在包含硅合金的最终糊剂中，存在10重量％的高表 面积石墨和51. 6%的较大晶粒石墨。然后将糊剂在9级行星式微磨机（Mazerustar型号 KK-400WE)中混合18分钟。这样制备的分散体是均匀的。
[0122] 最终，将包含聚丙烯酸锂、碳纳米管和石墨的分散体与硅合金混合，并且在9级行 星式微磨机（Mazerustar型号KK-400WE)中再次混合18分钟，从而产生准备用于涂覆的糊 剂。所得的糊剂具有包含26. 4重量％的Si73Fe17Cll^ 10重量％的高表面积石墨、51. 6重量％ 的较大晶粒尺寸石墨、2重量％的CNT、8重量％的LiPAA以及2重量％的CMC的组合物。
[0123] 使用涂覆棒将该悬浮液涂覆在Cu箱上，并且在准备用于如标题为"电池组件测 试"的以下部分中所述组装的硬币形电化学电池的圆形电极中冲压涂层。
[0126] 电池组件测丨试
[0127] 从电极涂层切割圆盘（16mm直径）以用于2325-纽扣电池中。每个2325电池包 括18mm直径的铜盘作为垫片（900 μπι厚）、18mm直径的合金电极盘、一个20mm直径的微孔 隔板（CELGARD 2400 ;北卡罗来纳州夏洛特市的赫斯特塞拉尼斯公司（Hoechst Celanese Corp.，Charlotte，N. C.)的分离产品28273)、18mm直径的锂盘（0· 38mm厚的锂带；威斯 康星州密尔沃基市的奥德里奇化学公司（Aldrich Chemicals，Milwaukee，Wis.))以及 18mm直径的铜垫片（900 μπι厚）。将一百微升的电解质溶液（在90重量％的碳酸亚乙 酯（EC):碳酸二乙二酯（DEC) (I : 2v/v)中的IM LiPF6)(可得自洛杉矶扎卡里的Ferro Chemicals(Ferro Chemicals，Zachary，La.)) ;10重量％的氣代碳酸亚乙酯（FEC)(可得 自中国福建省福建创鑫科技开发有限公司（Fujian Chuangxin Science and Technology Development，LTP，Fujian，China))混合，并将混合物用作电解质。电解质混合物在分子筛 (3A型）上干燥12小时以上。用250mA/g的恒定电流从0. 005V至0. 9V对硬币电池进行充 电和放电。在充电过程中，当电池电压达到0. 9V时，电池电压保持恒定并且继续充电直到 电流达到10mA/g。在每半个循环结束时使电池在开路下保持十五分钟。
[0128] 通过使用下拉式测微器和60psi(414kPa)的压力测量新涂覆电极的厚度（记为 t。，包括集电器和涂覆的复合材料）计算负极的体积膨胀。用相同的测微器测量Cu集电 器的厚度（〇。通过在干燥室中拆卸放电半电池、移除负极并用相同的测微器测量其厚度 U1)，获得在第一锂化后的体积膨胀。假设恒定表面积，可通过（h-t。) AtirO计算体积膨 胀。使用相同规程（不同的是在第51次放电后拆卸半电池）获得50次循环后的体积膨胀。
[0129] 在表1中示出50次循环后的容量保留和50次循环后的体积膨胀。在示出多次循 环后实例1的减小衰减的附图中示出了用于实例1和比较例1的归一化容量与循环数。
[0130] 比较例中的每个使用已经为了使用被最优化的组合物。然而，比较例示出比包含 碳纳米管的实例的容量保留、体积膨胀、或上述两者都差的值。
[0131] 实例5的体积膨胀的值比用于其它实例的值较高并且与比较例3的值类似。然而， 与实例5的95%的容量保留相比，比较例3的容量保留为50%。这指出了与50次循环后 的实例5中保持的95 %的Li物质相比，50次循环后的比较例3的组合物中仅存在一半的 Li物质。由于体积膨胀的量被认为取决于存在于组合物中的Li物质的量，所以比较例3的 体积膨胀比实例5的体积膨胀对Li的存在显著地更敏感。
[0132] 现已描述了本发明的多个实施例。然而应当理解的是，在不脱离本发明的实质和 范围的情况下可以进行各种修改。因此，其它实施例均在权利要求书的范围内。
[0133] 本发明的实施例包括以下实施例1至实施例15。
[0134] 实施例
[0135] 实施例1为一种电极组合物，所述电极组合物包含：硅合金、石墨碳、粘合剂和含 有碳纳米管的导电添加剂，所述硅合金包含硅、铁并任选地包含碳，所述硅合金能够经历锂 化和脱锂。
[0136] 实施例2为根据实施例1所述的组合物，其中所述组合物包含10重量％至80重 量％的硅合金。
[0137] 实施例3为根据实施例1或实施例2所述的组合物，其中所述组合物包含80重 量％至10重量％的石墨碳。
[0138] 实施例4为根据前述实施例中任一项所述的组合物，其中所述组合物包含2重 量％至15重量％的粘合剂。
[0139] 实施例5为根据前述实施例中任一项所述的组合物，其中所述组合物包含0. 2重 量％至10重量％的碳纳米管。
[0140] 实施例6为根据前述实施例中任一项所述的组合物，其中所述粘合剂包含聚丙烯 酸盐。
[0141] 实施例7为根据实施例6所述的组合物，其中所述粘结剂包含聚丙烯酸锂。
[0142] 实施例8为根据前述实施例中任一项所述的组合物，其中所述硅合金由式 SixFeyCz表示，其中X、y和z表示原子％值，并且
[0143] a)x>2y+z，并且
[0144] b) X、y和z各自大于0。
[0145] 实施例9为根据实施例8所述的组合物，其中X彡60,和/或y彡5。
[0146] 实施例10为根据前述实施例中任一项所述的组合物，其中所述合金包含约60原 子％至约80原子％的娃、约5原子％至约20原子％的铁、以及约5原子％至约15原子％ 的碳。
[0147] 实施例11为根据前述实施例中任一项所述的组合物，其中硅合金还包含选自钴、 镍、钛、钼、钨或它们的组合中的一种或多种金属。
[0148] 实施例12为一种电化学电池，所述电化学电池包括：正极；负极；以及电解质，其 中所述负极包含根据前述实施例中任一项所述的组合物。
[0149] 实施例13为一种电池组，所述电池组包括至少一个根据实施例12所述的电池。
[0150] 实施例14为一种制备电化学电池电极的方法，所述方法包括：
[0151] 提供集电器；提供根据实施例1至实施例11中任一项所述的电极组合物；以及将 包含电极组合物的涂层施加至集电器。
[0152] 实施例15是根据实施例14所述的方法，其中施加涂层还包括：
[0153] 将所述电极组合物与溶剂混合以形成分散体；研磨所述分散体以形成可涂覆型混 合物；将混合物涂覆到集电器上；以及
[0154] 干燥经涂覆的集电器。
【主权项】
1. 一种电极组合物，所述电极组合物包含： 硅合金，所述硅合金包含硅、铁并任选地包含碳，所述硅合金能够经历锂化和脱锂； 石墨碳， 粘合剂，和 导电添加剂，所述导电添加剂包含碳纳米管。2. 根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物包含10重量％至80重量％的硅合 金。3. 根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物包含80重量％至10重量％的石墨 碳。4. 根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物包含1重量％至15重量％的粘合 剂。5. 根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物包含0. 2重量％至10重量％的碳纳 米管。6. 根据权利要求1所述的组合物，其中所述粘合剂包含聚丙烯酸盐。7. 根据权利要求6所述的组合物，其中所述粘合剂包含聚丙烯酸锂。8. 根据权利要求1所述的组合物，其中所述硅合金由式Si xFeyCz表示， 其中x、y和z表示原子％值，并且 a) x > 2y+z，并且 b) x、y和z各自大于0。9. 根据权利要求8所述的组合物，其中X彡60,和/或y彡5。10. 根据权利要求1所述的组合物，其中所述合金包含约60原子％至约80原子％的 娃、约5原子％至约20原子％的铁、以及约5原子％至约15原子％的碳。11. 根据权利要求1所述的组合物，其中所述硅合金还包含选自钴、镍、钛、钼、钨或它 们的组合中的一种或多种金属。12. -种电化学电池，所述电化学电池包括： 正极； 负极；和 电解质， 其中所述负极包含根据权利要求1所述的组合物。13. -种电池组，所述电池组包括至少一个根据权利要求12所述的电池。14. 一种制备电化学电池电极的方法，所述方法包括： 提供集电器； 提供根据权利要求1所述的电极组合物；以及 将包含所述电极组合物的涂层施加至所述集电器。15. 根据权利要求14所述的方法，其中施加所述涂层还包括： 将所述电极组合物与溶剂混合以形成分散体； 研磨所述分散体以形成可涂覆型混合物； 将所述混合物涂覆到所述集电器上；以及 干燥经涂覆的集电器。
【专利摘要】本发明公开了包含硅合金的电极组合物，该硅合金包含硅、铁并任选地包含碳。所述硅合金能够经历锂化和脱锂。该电极组合物还包含石墨碳、粘合剂和含有碳纳米管的导电添加剂。此类电极组合物可用在用于还包含正极和电解质的电化学电池的负极中。本发明还公开了包括此类电化学电池的蓄电池及使用电极组合物来制备电化学电池的方法。
【IPC分类】H01M4/1395, H01M10/0525, H01M4/62, H01M4/134
【公开号】CN105247707
【申请号】CN201480029662
【发明人】埃格伯特·F·菲格米尔, 文森特·J·谢弗里耶, 黎丁巴, 刘力, 杰西·D·伦德
【申请人】3M创新有限公司
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2014年5月29日
【公告号】EP3005450A1, US20160111718, WO2014194019A1