用于锂离子电容器的复合物电极的制作方法_2

文档序号:9439121阅读:来源:国知局
源,例如炭黑。示例性粘合剂包括聚偏二氣乙締(PVD巧和聚四氣乙締 (PT阳)。
[002引分别对于阴极和阳极而言,结合到电极中的粘合剂的量可W是整个电极组合物的0-20重量%,例如5-10重量%。对于阳极,结合到电极中的导电碳的量可W是整个阳极组 合物的0-10重量%,例如约5重量%。
[0029] 在一些实施方式中,包含活性炭的阴极120可W是多孔的,而复合物阳极110可W 是多孔或者非多孔的,并且可W是例如对于液体(包括用于形成电解质溶液的溶剂)是可 渗透的。阴极120和阳极110可附连到相应的正集电器m和负集电器111。集电器可包 括金属锥,例如侣锥或铜锥。
[0030] 阴极120、阳极110、分隔器150和集电器当组装在一起的时候,可统称为电极组。 在常规裡离子电容器中,电极组还可包括裡金属电极。根据本发明,裡离子电容器100不含 裡金属电极。在一些实施方式中,电极组可基本上由阴极120、阳极110和分隔器150构成, 或者基本上由阴极120、阳极110、分隔器150和各自的集电器构成。
[0031] 可W在阴极120和阳极110之间结合液体电解质溶液170,使得电解质溶液渗透分 隔器150。电解质溶液170可包含溶于合适的溶剂中的电解质材料(溶质)。电解质材料 可W是能够在电化学装置中起作用的任意材料。在一些实施方式中,电解质材料可W是裡 盐,即络合裡盐,例如LiPFe、LiBF4、LiCl〇4、LiAs^^LiFsSOs,及其混合物。用于形成电解 质溶液的示例性溶剂包括有机溶剂或有机溶剂的混合物,例如碳酸二甲醋、丙酸甲醋、碳酸 亚乙醋、碳酸亚丙醋和碳酸二乙醋,W及其他适用于裡离子是电荷载体的电解质中的溶剂。 在一些实施方式中,溶剂可W是能够溶解裡复合物材料的电解质材料。
[0032] 在各个实施方式中,可W在阳极和阴极之间放置任选的裡复合物材料。例如,可W 在阳极的朝向分隔器的表面上或者在阴极的朝向分隔器的表面上提供裡复合物材料。如图 2所示是改性电极组的示意图,其包括形成在复合物阳极110的朝向分隔器的表面112上的 一层裡复合物颗粒160。
[0033] 裡复合物材料包括裡金属忍和包覆了忍的一层络合裡盐。在一个实施方式中,裡 复合物材料可包含多种稳定化的裡复合物颗粒,每种分别具有忍和包覆了忍的络合裡盐的 涂层材料。
[0034]在裡离子电容器的构建中,稳定化的裡复合物颗粒可用作至少部分的电解质材料 和至少部分的电池所使用的裡金属的来源。例如,包覆了复合物颗粒的裡金属忍的络合裡 盐可溶解在组装的电池的电解质溶剂中,构成电解质溶液中的一部分或者基本上全部的电 解质材料。在裡离子电容器的使用过程中,即,作为电池充电和放电的结果,裡复合物颗粒 上的络合裡盐涂层可部分或完全溶解在电解质溶液中,并形成其组分。
[0035]络合裡盐是包含裡和额外的金属、准金属或非金属原子的任意离子化合物,其自 身不离子化并且可溶于有机溶剂。例如,LiPfV含有裡和憐作为金属原子,但是憐自身不离 子化。相反地,憐作为PFe离子进行离子化。在另一个例子中,LiBF4含有裡金属和准金属 棚。虽然裡离子化化iO,但是棚自身不离子化,而是作为BFa离子。在另一个例子中,LiCl〇4 含有裡金属和非金属原子氯和氧。非金属原子作为高氯酸根离子(Cl〇4)离子化。溶剂可 W是适用于电化学储能装置的任意合适的溶剂。
[0036] 在图2所示的实施方式中,复合裡颗粒160可布置在阳极110的朝向分隔器的表 面112上。在相关(未示出)的实施方式中,复合裡颗粒160可布置在分隔器150的朝向 阴极的表面154上。可将复合物裡颗粒结合到装置中作为邮邻或不邮邻层。
[0037] 可W对结合到装置中的复合裡颗粒的量进行选择,W提供(来自复合物颗粒的 忍)的所需量的补充裡金属和/或(来自包覆了忍的络合裡盐层)的所需量的补充电解质 材料。
[0038]本文所述的裡复合物颗粒一般地包括忍和包覆忍的涂层。忍可包括裡金属或者裡 金属合金。包含裡盐的涂层围绕并包覆忍。涂层可W是密封的,因而防止或基本抑制了水 或空气(包括氧气)与忍的接触和反应。如果暴露于空气、氧气或水(例如周围环境),稳 定化的裡复合材料可W是基本无反应性或者非可燃性的。因此,在一些实施方式中,复合颗 粒相对于周围环境暴露是稳定的。
[0039] 如图3示意性所示是单个的稳定化的裡复合颗粒300的截面图。颗粒300包含忍 310和涂层320,所述涂层320完全地围绕和包覆忍。忍310可包括限定了外表面312的整 体型主体。涂层320沿着所述涂层320的内表面324与忍310的外表面312直接物理接触。 涂层是无机的,并且不含有机物质(例如矿物油)。
[0040] 在一些实施方式中,忍310包括裡金属,有时称作元素裡。在其他实施方式中,忍 可包括裡的合金。此类合金的例子包括裡与Al、Si、Ge、Sn、化和Bi的一种或多种。涂层 320包含裡盐,所述裡盐可包括络合裡盐,例如11口尸6、118尸4、^(:1〇4、^43尸6或11尸35〇3,及其 混合物。此类盐可溶于标准有机溶剂,包括碳酸二甲醋、丙酸甲醋、碳酸亚乙醋、碳酸亚丙醋 和碳酸二乙醋。
[0041] 如图3所示,忍310具有粒度336,稳定化的裡颗粒300具有粒度334。术语"粒 度"用于描述与颗粒相关的最大线性尺寸。在例如球形颗粒的情况下,粒度是直径。在楠圆 形颗粒的情况下,粒度是颗粒的"长度"。多种复合颗粒300的示例性平均粒度可W是高至 约500微米,例如,5-500微米,例如5、10、20、50、300、150、200、300、400或500微米,并对于 给定的材料批料可W限定在任意两个上述值的范围内。
[0042] 涂层320的厚度332限定为涂层的内表面324和涂层的外表面322之间的平均最 短距离。在一些实施方式中,涂层可具有基本均匀的厚度或者变化的厚度,运取决于例如用 于形成涂层的方法。涂层324的示例性平均厚度可W是约为IOnm至300微米,例如,0. 01、 0. 02、0. 05、0. 1、0. 2、0. 5、1、2、5、10、20、50或300微米,运对于给定的材料批料可W限定在 任意两个上述值的范围内。
[0043] 在一些实施方式中,稳定化的裡复合颗粒300可W是基本球形形状的。但是,本文 也考虑其他形状,例如但不限于,不对称形状或者楠球体。
[0044] 如果暴露于空气、氧气或水,稳定化的裡复合颗粒300是基本无反应性或者非可 燃性的。涂层320包覆了裡忍310,W基本抑制或防止裡与环境气体或液体发生接触和反 应。稳定化的裡复合颗粒300可W是基本化学惰性的,例如对于环境暴露或提升的溫度(例 如,50°c、30(rc、15(rc或者甚至200°C)暴露于空气、氧气或者水蒸气。稳定化的裡复合颗 粒在储存在空气中至少1周、2周、1个月或者甚至1年是充分稳定的,没有明显的化学降解 和/或燃烧。
[0045] 根据一个实施方式的裡离子电容器包括复合物阳极、阴极W及置于阳极和阴极之 间的分隔器。复合物阳极包含裡铁氧化物化TO)和碳材料(例如硬碳或石墨,或其组合)。
[0046] 根据另一个实施方式中裡离子电容器包括复合物阳极、阴极、置于阳极和阴极之 间的分隔器W及布置在阳极和分隔器之间的裡复合物颗粒。在向体系加入液体电解质(或 电解质溶剂)之后,涂覆了裡复合物颗粒的裡盐可溶解在电解质溶液中,并形成其组分。可 W对电解质溶剂进行选择,并且提供的量足W与裡复
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