混合物、电极用浆液、电池电极、电池和相关的方法
【专利摘要】一种混合物包括室温离子液和可逆锂离子源/汇。该混合物可以用作锂离子电池电极浆液，使得能够形成柔性锂离子电池。
【专利说明】混合物、电极用浆液、电池电极、电池和相关的方法
【技术领域】
[0001]本发明的实施例涉及混合物、电极用浆液、电池电极、电池和相关的方法。特别地，本发明的实施例涉及用于利用锂离子电化学的混合物、电极用浆液、电池电极或电池。
【背景技术】
[0002]特别地由于锂离子可充电电池具有高能容量并且没有记忆效应，所以锂离子可充电电池现在很常见。
[0003]如果被弯曲或折曲，当前的锂离子电池可能遭受显著损坏。
[0004]使得能够提供一种鲁棒性更好的锂离子电池将会是理想的。
【发明内容】
[0005]根据本发明的各种但不必是全部的实施例，提供一种混合物，其包括室温离子液和可逆锂离子源(source)/汇(sink)。
[0006]根据本发明的各种但不必是全部的实施例，提供一种用于制造锂离子电池电极的浆液，其包括该混合物。
[0007]根据本发明的各种但不必是全部的实施例，提供一种用于制造锂离子电池阴极的浆液，其包括该混合物。
[0008]根据本发明的各种但不必是全部的实施例，提供一种用于制造锂离子电池阳极的浆液，其包括该混合物。
[0009]根据本发明的各种但不必是全部的实施例，提供一种电池，其包括:一个或多个包括该混合物的电极。该电池可以是柔性的。
[0010]根据本发明的各种但不必是全部的实施例，提供一种组合物，其由室温离子液和可逆锂离子源/汇组成。
[0011]根据本发明的各种但不必是全部的实施例，提供一种组合物，其由室温离子液、可逆锂离子源/汇以及导电性碳添加剂组成。
[0012]根据本发明的各种但不必是全部的实施例，提供一种方法，其包括:混合室温离子液和可逆锂离子源/汇以形成混合物。
[0013]术语“室温离子液”可以指单一种类的室温离子液或者指不同种类的室温离子液的混合物。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]为了更好的理解本发明的实施例的各示例，现在将仅通过示例的方式参考附图，在附图中:
[0015]图1示意性图示包括室温离子液和可逆锂离子源/汇的混合物；
[0016]图2图示由室温离子液、可逆锂离子源/汇和碳添加剂构成的混合物；
[0017]图3A示意性图示电池阴极电极；[0018]图3B示意性图示电池阳极电极；
[0019]图4示意性图示锂离子电池；
[0020]图5示意性图示包括该电池的设备。
【具体实施方式】
[0021]附图图示了混合物4，该混合物4包括:室温离子液6和可逆锂离子源/汇8。混合物4形成浆液2。
[0022]浆液2可适于形成锂离子电池的电极。这可使得能够形成更薄、更柔性和/或更安全的电池。
[0023]术语“室温离子液”可以指单一种类的室温离子液或者指不同种类的室温离子液的混合物。
[0024]图1示意性图示混合物4，该混合物4包括室温离子液6和可逆锂离子源/汇8。
[0025]将成分8添加到室温离子液以形成混合物4。该混合物4例如可以用作用以涂布电池的电极的浆液2。添加的成分8在电池充电/放电期间是可逆锂离子源/汇。
[0026]这种源/汇8的一个示例可以是如下的阴极添加剂8，该阴极添加剂8在进行充电时用作锂离子源，该阴极添加剂8在进行放电时用作锂离子汇。阴极添加剂8的一个示例是锂盐，例如锂复合氧化物。
[0027]这种源/汇8的另一个示例可以是如下的阳极添加剂8，该阳极添加剂8在进行充电时用作锂离子汇，该阳极添加剂8在进行放电时用作锂离子源。阳极添加剂8的一个示例是碳。
[0028]一种或多种室温离子液6可以与阴极添加剂8混合，以形成适于在电池的阴极使用的电池阴极浆液2。
[0029]一种或多种室温离子液6可以与阳极添加剂8混合，以形成适于在电池的阳极使用的电池阳极浆液2。用于构成电池阳极浆液的一种或多种室温离子液6可以与用于构成电池阴极浆液的一种或多种室温离子液相同或不同。
[0030]室温离子液6是在室温下(例如，5至25°C )为液态的离子化合物并且在外部环境温度(例如，-20至40°C )下优选为液态。
[0031]在该示例中，室温离子液(RTIL)是导电性的并且具有高沸点。室温离子液可以例如具有超过锂金属的闪点(179°C)的沸点，例如可以具有超过200°C的沸点。
[0032]室温离子液具有大体积、不对称的阳离子。典型地，阳离子选自包括以下成分的群:咪唑、吡唑、哒嗪鎗、铵、鱗、吡啶鎗。
[0033]典型地，室温离子液具有阴离子，该阴离子选自包括以下成分的群:卤素、四氟硼酸盐、六氟磷酸盐和三氟甲基磺酰亚胺。
[0034]混合物4除了可能地包括室温离子液6的阳离子外不包括任何有机材料。混合物4不包括任何绝缘聚合物粘合剂。
[0035]在一些实施例中，混合物4由室温离子液6和可逆锂离子源/汇8构成。也就是，混合物4不具有除了室温离子液6和可逆锂离子源/汇以外的任何成分。
[0036]在其他实施例中，混合物4包括但不是由室温离子液6和可逆锂离子源/汇构成。也就是，混合物4除了具有室温离子液6和可逆锂离子源/汇8之外还具有其他成分。例如，混合物4可包括或由室温离子液6、可逆锂离子源/汇8和添加剂构成。
[0037]图2图示了由室温离子液6、可逆锂离子源/汇8和导电性碳添加剂10构成的混合物4。
[0038]导电性碳添加剂10可包括下面的一种或多种:碳纳米颗粒、碳纳米管、石墨烯颗粒等。
[0039]图3A、图3B示意性图示使用参照图1和图2描述的浆液2制造的电池部件30、
32。浆液2可以具有与膏相似的浓稠度但是具有足够的流动性，以通过旋涂、印刷或某种其他的自动工艺施加到导电电极子结构20、24。
[0040]图3A示意性图示电池阴极电极30。电池阴极电极30是构造用作电池(在本示例中为锂离子电池)的阴极的电极。
[0041]电池阴极电极30包括涂布有电池阴极浆液22的导电子结构20。电池阴极浆液22是包括混合物4的浆液。混合物4包括以上描述的室温离子液6和阴极添加剂8。
[0042]电池阴极浆液22被构造成附着到子结构20，该子结构20可为金属。
[0043]在该示例中，电池阴极浆液22由室温离子液6和氧化锂8的混合物4形成。由于氧化锂8溶解于室温离子液体6，所以混合物4具有单相。室温离子液6与阴极添加剂8的重量比可在1:10至3:1的范围内。
[0044]可替代的阴极添加剂的非穷尽性的清单包括诸如LiFeP04、LiCo02、LiMnox和硫之类的复合锂氧化物。
[0045]图3B示意性图示电池阳极电极32。电池阳极电极32是构造用作电池(在本示例中为锂离子电池)的阳极的电极。
[0046]电池阳极电极32包括涂布有电池阳极浆液26的导电子结构24。电池阳极浆液26是包括混合物4的浆液。混合物4包括如以上描述的室温离子液6和阳极添加剂8。
[0047]电池阳极浆液26被构造成附着到子结构24，该子结构24可为金属。
[0048]在该示例中，电池阳极浆液26由室温离子液6和碳8的混合物4形成。由于碳颗粒并不溶解而是悬浮，所以混合物4具有两个分离相。室温离子液与阳极添加剂8的重量比可在1:10至3:1的范围内。
[0049]可替代的阳极添加剂的非穷尽性的清单包括碳、TiTiO X、Si等。
[0050]图4示意性图示锂离子电池40的示例。电池包括阳极32、阴极30和介于阳极32和阴极30之间的电解质34。已经参照图3B说明了适当的阳极32的示例。已经参照图3A说明了适当的阴极30的示例。
[0051]图中的上图图示了电子在充电和放电期间的运动。下图图示了锂离子在充电和放电期间的运动。阳极32在充电期间作为锂离子汇工作，在放电期间作为锂离子源工作。阴极30在充电期间作为锂离子源工作，在放电期间作为锂离子汇工作。
[0052]由于锂离子在阳极32和阴极30处的流出(sourcing)和汇入(sinking)的过程可逆，所以锂离子电池40可再充电。
[0053]通过使电流(在内部)从阳极32向阴极32传导而对电池40充电。在阴极处的电子注入导致锂离子的流出。在阳极处的电子俘获(嵌入)导致锂离子的汇入。
[0054]在放电期间，在阳极32处，发生电子注入和锂离子的流出(脱嵌)，在阴极30处，发生电子俘获和锂离子的汇入。电流(在内部)从阴极32向阳极32传导。[0055]电池40可形成为柔性或可折的电池。根据本发明的实施例使用室温离子液6形成的浆液2是鲁棒性特别好的。当这种浆液用作电池电极涂层22、26时，这种浆液在电池电极30、32折曲或弯曲时抗劣化。这使得能够制造具有超过IOOOmAh的可再充电的充电容量的、包括柔性阴极电极30和柔性阳极电极32的柔性的锂离子电池40。
[0056]电池40可比标准的锂离子电池更为安全。使用浆液2形成的电极不易点燃。
[0057]图5示意性图示包括前面参照图4描述的电池40的设备42。设备42可例如为电子设备。例如，可以为在短时标(天)内需要汲取大量功率的设备或者在长时标(天)内需要汲取适度功率的设备。电池40的容量例如可以超过IOOOmAh或甚至1500mAh。
[0058]设备42可以是可折的柔性的设备，并且电池40可以是可折或柔性的电池。
[0059]设备42可以个人随身保留的诸如移动蜂窝电话、个人数字助理、个人媒体播放器等个人设备。
[0060]设备42可以为尺寸适于用户手的手掌把持或适于装在上衣口袋内的手持设备。
[0061]可替代地，设备2可为诸如汽车等的车辆。
[0062]图1和图2不仅示意性图示混合物4，而且图示形成混合物的方法。该方法包括:混合室温离子液6和可逆锂离子源/汇8，以形成混合物4。
[0063]图3A和图3B还示意性图示用混合物4涂布金属电极部件(子结构20、24)的方法。
[0064]图4还示意性图示使用混合物4来形成电池40的阳极32的方法。图4还示意性图示使用混合物4来形成电池40的阴极30的方法。
[0065]尽管已经在前面的段落中参考各示例说明了本发明的实施例，但是应当理解，在不背离所要求保护的本发明的范围的前提下可对给出的示例进行修改。
[0066]前面说明中描述的特征除了包含清楚描述的组合之外可组合使用。
[0067]尽管已经参照一些特征说明了功能，但是无论说明与否，这些功能可通过其它特征来执行。
[0068]尽管已经参照某些实施例说明了特征，但是无论说明与否，这些特征还可以存在其他实施例中。
[0069]尽管在前面的说明中尽力将注意引向被认为是对本发明而言特别重要的那些特征，但是应当理解，无论是否对其进行特别地强调， 申请人:请求保护在上文中提到的和/或在附图中图示的任何具有专利性的特征或特征的组合。
【权利要求】
1.一种混合物，包括: 室温离子液；和 可逆锂离子源/汇。
2.根据权利要求1所述的混合物，其中所述混合物除了包括室温离子液的阳离子外不包括任何有机材料。
3.根据权利要求1或2所述的混合物，其中所述混合物不包括任何绝缘聚合物粘结剂。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的混合物，其中所述混合物包括导电性碳添加剂。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的混合物，其中所述混合物被配置用于电极部件的自动涂覆。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的混合物，其中所述混合物被配置成附着至金属电极部件。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的混合物，其中所述室温离子液是导电性的并且具有闻沸点。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的混合物，其中所述室温离子液具有大体积、不对称的阳离子。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的混合物，其中所述室温离子液具有阳离子，所述阳离子选自包括以下成分的群:咪唑、吡唑、哒嗪鎗、铵、鱗、吡啶鎗。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的混合物，其中所述室温离子液具有阴离子，所述阴离子选自包括以下成分的群:卤素、四氟硼酸盐、六氟磷酸盐和三氟甲基磺酰亚胺。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的混合物，其中所述锂离子源/汇在电池充电时为源、在电池放电时为汇。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的混合物，其中所述锂离子源/汇被配置成作为电池阴极工作。
13.根据权利要求1-10中的任一项所述的混合物，其中所述锂离子源/汇在电池放电时为源、在电池充电时为汇。
14.根据权利要求1-10和12中的任一项所述的混合物，其中所述锂离子源/汇被配置成作为电池阳极工作。
15.一种用于制造锂离子电池电极的浆液，其包括如权利要求1-14中任一项所述的混合物。
16.一种用于制造锂离子电池阴极的浆液，其包括如权利要求1-12中任一项所述的混合物。
17.一种用于制造锂离子电池阳极的浆液，其包括如权利要求1-10和13-14中任一项所述的混合物。
18.一种锂离子电池电极浆液，其包括如权利要求1-14中任一项所述的混合物。
19.一种锂离子电池阴极电极浆液，其包括如权利要求1-12中任一项所述的混合物。
20.一种锂离子电池阳极电极浆液，其包括如权利要求1-10和13-14中任一项所述的混合物。
21.一种用于锂离子电池的部件，其包括如权利要求1-14中任一项所述的混合物。
22.根据权利要求21所述的部件，其被配置成作为电极工作。
23.根据权利要求21或22所述的部件，其被配置成作为电池阳极工作。
24.根据权利要求21或22所述的部件，其被配置成作为电池阴极工作。
25.—种电池,包括:一个或多个电极，所述一个或多个电极包括如权利要求1-14中任一项所述的混合物。
26.一种柔性电池，包括:一个或多个电极，所述一个或多个电极包括如权利要求1-14中任一项所述的混合物。
27.—种设备,包括:一个或多个电极，所述一个或多个电极包括如权利要求1-14中任一项所述的混合物。
28.一种组合物，由室温离子液和可逆锂离子源/汇构成。
29.一种组合物，由室温离子液、可逆锂离子源/汇和导电性碳添加剂构成。
30.一种方法,包括:将室温离子液和可逆锂离子源/汇混合以形成混合物。
31.根据权利要求30所述的方法，包括:利用所述混合物涂布金属电极部件。
32.根据权利要求30或31所述的方法，包括:使用所述混合物来形成电池的阳极。
33.根据权利要求30或31所述的方法，包括:使用所述混合物来形成电池的阴极。
34.一种具有1000mAh以上的可再充电的充电容量的柔性锂离子电池，包括:柔性阴极电极和柔性阳极电极。
【文档编号】H01M10/0525GK103988345SQ201280060486
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2012年12月5日 优先权日:2011年12月9日
【发明者】魏迪, T·T·赖哈南, P·安德鲁, M·劳瓦拉 申请人:诺基亚公司