料的石墨烯，其中电活性材料为阴极配制物中的主 要组分。电活性材料的选择可取决于所需的比容量，因为每种活性材料具有与其可存储的 容量的最大量有关的理论比容量。表1列举了各种电活性材料的比容量。
[0048]表1
[0049]
【主权项】
1. 一种阴极配制物，其包含： 电活性材料；以及 散布有所述电活性材料的石墨烯； 其中，（电活性材料平均域尺寸）八石墨烯平均侧向域尺寸）的比率在3:2至15:1的 范围内。
2. 权利要求1的阴极配制物，其中所述电活性材料具有在3ym至20 ym的范围内的域 尺寸。
3. 权利要求1的阴极配制物，其中所述电活性材料具有在5ym至20 ym的范围内的域 尺寸。
4. 权利要求1的阴极配制物，其中所述电活性材料具有在5ym至12ym的范围内的域 尺寸。
5. 权利要求1-4中任一项的阴极配制物，其中所述石墨稀具有在80m 2/g至800m2/g的 范围内的BET表面积。
6. 权利要求1-5中任一项的阴极配制物，其中所述石墨烯为2-20层的石墨烯。
7. 权利要求1-5中任一项的阴极配制物，其中所述石墨烯为3-15层的石墨烯。
8. 权利要求1-7中任一项的阴极配制物，其中所述石墨稀具有在0. 5 ym至10 ym的范 围内的平均侧向域尺寸。
9. 权利要求1-8中任一项的阴极配制物，其中所述石墨稀具有在1 ym至5 ym的范围 内的平均侧向域尺寸。
10. 权利要求1-9中任一项的阴极配制物，其中，所述（电活性材料平均域尺寸V(石 墨烯平均侧向域尺寸）的比率在3:2至10:1的范围内。
11. 权利要求1-10中任一项的阴极配制物，其中所述电活性材料为基于锂离子的材 料。
12. 权利要求1-11中任一项的阴极配制物，其中所述基于锂离子的材料选自： ? LiMP04，其中M表示选自Fe、Mn、Co和Ni的一种或多种金属； ?1^]?'02，其中]\1'表示选自附、]\111、(：〇、六1、]\%、11、￥、0、？6、21'、6&和51的一种或多 种金属； ?1^(]\〇204，其中]?"表示选自附、]\111、(：〇、六1、]\%、11、￥、0、卩6、21'、6&和51的一种或 多种金属；以及 ? LUNiyCcVyiMrO^C^，其中x在0至1的范围内，y在0至1的范围内，并且z在0 至1的范围内。
13. 权利要求1-11中任一项的阴极配制物，其中所述电活性材料选自以下中的至少一 种：LiNi02;LiNi xAly02，其中x在0. 8至0. 99之间变化，y在0. 01至0. 2之间变化，并且x+y =1 ;LiCo02;LiMn 204;Li 2Mn03;LiNi Q.5Mn1 504;LiFe xMnyCozP04,其中 x 在 0? 01 至 1 之间变化， y在0. 01至1之间变化，z在0. 01至0. 2之间变化，并且x+y+z = 1 AiNihiMr^COyC^，其中 x在0. 01至0. 99的范围内并且y在0. 01至0. 99的范围内；以及含有Li2Mn03相或LiMn 203 相的层-层组合物。
14. 权利要求1-11中任一项的阴极配制物，其中所述电活性材料选自以下中的至少一 种：Li2Mn03;LiNi nyMr^COyC^，其中x在0. 01至0. 99的范围内并且y在0. 01至0. 99的范 围内；LiNia^Mn^O^Li i+jNiyCcVpMrOhC^，其中x在0至1的范围内，y在0至1的范围 内并且z在0至1的范围内；以及含有Li2Mn03相和LiMn 203相中的至少一种的层-层组合 物。
15. 权利要求1-11中任一项的阴极配制物，其中所述电活性材料选自 LUNiyCcVyiMrO^C^，其中x在0至1的范围内，y在0至1的范围内，并且z在0至1的 范围内。
16. 权利要求1-15中任一项的阴极配制物，其中所述石墨烯以相对于所述阴极配制物 的总重量在0. 1重量％至2. 5重量％的范围内的量存在。
17. -种阴极，其包含： 电活性材料；以及 散布有所述电活性材料的石墨烯； 其中，（电活性材料平均域尺寸）八石墨烯平均侧向域尺寸）的比率在3:2至15:1的 范围内。
18. 权利要求17的阴极，其中所述石墨烯形成穿过所述阴极的尺寸的导电通路。
19. 权利要求17或18的阴极，其中所述阴极具有至少10 ym的厚度。
20. 权利要求17或18的阴极，其中所述阴极具有在50 ym至200 ym的范围内的厚度。
21. 权利要求17或18的阴极，其中所述阴极具有在50ym至100ym的范围内的厚度。
22. 权利要求17-21中任一项的阴极，其中，所述（电活性材料平均域尺寸V(石墨烯 平均侧向域尺寸）的比率在3:2至10:1的范围内。
23. 权利要求17-22中任一项的阴极，其中所述石墨烯以相对于所述阴极的总重量在 0. 1重量％至2. 5重量％的范围内的量存在于所述阴极中。
24. 权利要求17-23中任一项的阴极，其中所述阴极具有由在4C电流下的放电容量定 义的至少130mAh/g的性能。
25. 权利要求17-24中任一项的阴极，其还包含粘结剂。
26. 权利要求25的阴极，其中所述粘结剂选自：氟化聚合物，例如聚（乙烯基二氟乙 烯）（PVDF)、聚（乙烯基二氟乙烯-共-六氟丙烯）（PVDF-HFP)、聚（四氟乙烯）（PTFE)、聚 酰亚胺；以及水溶性粘结剂，例如聚氧化（乙烯）、聚乙烯醇（PVA)、纤维素、羧甲基纤维素 (CMC)、淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯基吡咯烷酮（PVP)、聚乙烯、聚丙烯、三元乙 丙橡胶（EPDM)、磺化EPDM、丁苯橡胶（SBR)和氟橡胶；以及它们的共聚物和混合物。
27. 权利要求17-26中任一项的阴极，其中所述电活性材料具有在3 ym至20 ym的范 围内的平均域尺寸。
28. 权利要求17-27中任一项的阴极，其中所述石墨烯为具有在0.5 ym至10 ym的范 围内的平均侧向域尺寸的2-20层的石墨烯。
29. 权利要求17-28中任一项的阴极，其中所述电活性材料为基于锂离子的材料。
30. -种电化学电池，其包含权利要求17-29中任一项的阴极。
31. 阴极制造方法，其包括： 在溶剂的存在下组合包括电活性材料、石墨烯和粘结剂的颗粒以产生具有至少80%的 固体载量的糊料，其中，（电活性材料平均域尺寸V(石墨烯平均侧向域尺寸）的比率在 3:2至15:1的范围内；以及 将所述糊料沉积到基板上；以及 形成所述阴极。
32. 权利要求31的方法，其中所述组合包括添加足量的颗粒以达到至少65%的固体载 量。
33. 权利要求31或32的方法，其中所述形成包括去除所述溶剂。
34. 权利要求31-33中任一项的方法，其中所述电活性材料具有在3 y m至20 y m的范 围内的平均域尺寸。
35. 权利要求31-34中任一项的方法，其中所述石墨烯为具有在0. 5 y m至10 y m的范 围内的平均侧向域尺寸的2-20层的石墨烯。
36. 权利要求31-35中任一项的方法，其中所述石墨烯具有在80m 2/g至800m2/g的范 围内的BET表面积。
37. 权利要求31-36中任一项的方法，其中，所述（电活性材料平均域尺寸V(石墨烯 平均侧向域尺寸）的比率在3:2至10:1的范围内。
38. -种阴极糊料，其含有包括以下的颗粒： 电活性材料； 石墨烯；以及 粘结剂； 其中，（电活性材料平均域尺寸）八石墨烯平均侧向域尺寸）的比率在3:2至15:1的 范围内，以及 其中所述糊料具有至少65%的固体载量。
39. 权利要求38的阴极糊料，其中所述糊料具有在65%至85%的范围内的固体载量。
40. 权利要求38的阴极糊料，其中所述糊料具有在74%至81 %的范围内的固体载量。
41. 权利要求38-40中任一项的阴极糊料，其中所述糊料的粘度在100cP至10, OOOcP 的范围内。
42. 权利要求38-40中任一项的阴极糊料，其中所述糊料的粘度在2000cP至7000cP的 范围内。
43. 权利要求38-42中任一项的阴极糊料，其中所述电活性材料具有在3 ym至20 ym 的范围内的平均域尺寸。
44. 权利要求38-43中任一项的阴极糊料，其中所述石墨稀为具有在0. 5 ym至10 ym 的范围内的平均侧向域尺寸的2-20层的石墨烯。
45. 权利要求38-44中任一项的阴极糊料，其中所述石墨烯具有在80m2/g至800m2/g的 范围内的BET表面积。
46. 权利要求38-45中任一项的阴极糊料，其中，所述（电活性材料平均域尺寸V(石 墨烯平均侧向域尺寸）的比率在3:2至10:1的范围内。
【专利摘要】本文公开了包含石墨烯的阴极配制物。一个实施方案提供了包含电活性材料以及散布有所述电活性材料的石墨烯的阴极配制物，其中，(电活性材料平均域尺寸)/(石墨烯平均侧向域尺寸)的比率在3:2至15:1的范围内。还公开了包含这样的材料的阴极以及制造这样的阴极的方法。
【IPC分类】H01M4-62, H01M4-02, H01M4-131
【公开号】CN104641500
【申请号】CN201380032532
【发明人】N.J.哈德曼, B.布利扎纳克, A.L.杜帕斯奎尔, M.奥尔贾卡, A.基尔利迪斯
【申请人】卡博特公司
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2013年6月19日
【公告号】US20150194674, WO2013192258A1, WO2013192258A8