用于電池電極的底涂料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于電池電極的底涂料。具體而言，提供了一種電極，其包括：導(dǎo)電載體；底涂層，所述底涂層含有未交聯(lián)的聚合物材料，其中所述底涂層與所述導(dǎo)電襯底相鄰布置并且粘附至所述導(dǎo)電襯底；以及電活性層，所述電活性層粘附至所述底涂層并且與所述底涂層電連通。
【專利說(shuō)明】用于電池電極的底涂料
[0001]本發(fā)明是2008年10月23日提交的發(fā)明名稱為“用于電池電極的底涂料”的中國(guó)專利申請(qǐng)200880118738.0的分案申請(qǐng)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明通常涉及電化學(xué)電池，更具體而言，涉及用于電化學(xué)電池的電極的底涂料?！颈尘凹夹g(shù)】
[0003]典型的電化學(xué)電池具有參與電化學(xué)反應(yīng)的陰極和陽(yáng)極。為制造電極，可以將電極活性材料(electroactive material)沉積到導(dǎo)電載體上,其可以充當(dāng)電極的集流體。保持電極活性材料與導(dǎo)電載體之間的電接觸對(duì)于電化學(xué)電池的有效運(yùn)作至關(guān)重要。
[0004]已知地，沉積在電極活性材料和導(dǎo)電載體之間的粘合層，也稱為“底涂料”或者“底涂層”，可以粘合至電極活性材料和導(dǎo)電載體并且提供電極活性材料和導(dǎo)電載體之間的電連通。盡管現(xiàn)有底涂料可用，但許多現(xiàn)有底涂料不能在提供層間良好的電接觸的同時(shí)也提供與電極活性材料和導(dǎo)電載體的良好粘合。結(jié)果，包含這類底涂料的一些電化學(xué)電池具有低的放電容量。因此，需要如下底涂料:1)提供電極活性材料和導(dǎo)電載體之間的良好粘合和電接觸以在電化學(xué)電池中提供高放電容量，2)與電解質(zhì)相容，和3)能夠在充電和/或放電過(guò)程中保護(hù)集流體免遭可能的電化學(xué)電池中電極活性物質(zhì)的腐蝕作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]提供電化學(xué)電池，更具體而言，提供電化學(xué)電池的電極用底涂料。
[0006]在一個(gè)實(shí)施方案中，提供一種電極。該電極包括導(dǎo)電載體、與導(dǎo)電載體相鄰且含有第一聚合物材料的第一底涂層，其中所述第一底涂層含有少于30wt%的交聯(lián)聚合物材料。電極還包括與第一底涂層相鄰且含有第二聚合物材料的第二底涂層，其中所述第二底涂層含有少于30wt%的交聯(lián)聚合物材料。電極還包括與第二底涂層電連通的電極活性層。
[0007]在另一個(gè)實(shí)施方案中，提供一種集流體。該集流體包括導(dǎo)電載體、與導(dǎo)電載體相鄰布置且含有第一聚合物材料的第一底涂層以及與第一底涂層相鄰布置的且含有第二聚合物材料的第二底涂層，其中所述第一和/或第二聚合物材料含有羥基官能團(tuán)。
[0008]在另一個(gè)實(shí)施方案中，電極包括導(dǎo)電載體和與導(dǎo)電載體相鄰布置且含有第一聚合物材料的第一底涂層，其中所述第一底涂層含有大于30wt%的交聯(lián)聚合物材料。電極還包括與第一底涂層相鄰布置的且含有第二聚合物材料的第二底涂層，其中所述第二底涂層含有大于30wt%的交聯(lián)聚合物材料。電極還包括與第二底涂層電連通的電極活性層。
[0009]在另一個(gè)實(shí)施方案中，提供一種形成陰極的方法。該方法包括與導(dǎo)電載體相鄰布置至少一個(gè)底涂層，所述底涂層包含含有羥基官能團(tuán)的聚合物材料。任選地，至少一部分聚合物材料可以是交聯(lián)的。該方法還包括與底涂層相鄰布置的陰極漿料，所述陰極漿料含有陰極活性材料、導(dǎo)電填料和溶劑，其中陰極漿料含有大于30wt%的水。從陰極漿料中可以除去至少一部分溶劑。[0010]在另一個(gè)實(shí)施方案中，提供一種陰極。該陰極包括導(dǎo)電載體和與導(dǎo)電載體相鄰布置且含有聚合物材料的底涂層，所述聚合物材料含有羥基官能團(tuán)。任選地，至少一部分聚合物材料可以是交聯(lián)的。陰極還包括與底涂層電連通的陰極活性層，其中陰極活性層是通過(guò)這樣的方法來(lái)制備的，其中在干燥之前，它含有大于30wt%的水。
[0011]在另一個(gè)實(shí)施方案中，提供一種形成陰極的方法。該方法包括在溶劑中將含有羥基官能團(tuán)的聚合物材料在高于80°c的溫度下進(jìn)行混合，向聚合物材料和溶劑中加入導(dǎo)電填料以形成底涂料漿料，以及把底涂料漿料布置在導(dǎo)電載體上以形成底涂層。該方法還包括與底涂層相鄰布置的陰極漿料，所述陰極漿料含有陰極活性材料、導(dǎo)電填料和溶劑。從陰極漿料中可以去除至少一部分溶劑。
[0012]在另一個(gè)實(shí)施方案中，提供一種鋰電池。該鋰電池包括含有鋰金屬作為活性陽(yáng)極物質(zhì)的陽(yáng)極和含有由陰極集流體負(fù)載的硫作為活性陰極物質(zhì)的陰極。鋰電池的面積比電阻小于50歐姆.cm2。在某些實(shí)施方案中，面積比電阻小于40、30、20或者10歐姆.cm2。鋰電池還可以包括布置在活性陰極物質(zhì)和陰極集流體之間的底涂層。在一個(gè)實(shí)施方案中，底涂層包含含有羥基官能團(tuán)的聚合物材料。例如，底涂層可以含有聚乙烯醇或者可以由聚乙烯醇形成，所述聚乙烯醇可以是至少部分交聯(lián)的或者基本上未交聯(lián)的。
[0013]當(dāng)結(jié)合附圖來(lái)考慮時(shí)，從下面的本發(fā)明各種非限制性實(shí)施方案的詳細(xì)說(shuō)明中，本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)和新特征將變得顯而易見(jiàn)。在本發(fā)明說(shuō)明書和通過(guò)引用并入的文件包括相矛盾和/或不一致的公開內(nèi)容的情況下，應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明說(shuō)明書為準(zhǔn)。如果通過(guò)引用并入的兩份或多份文件包括相互間矛盾和/或不一致的公開內(nèi)容，則以具有更晚生效期的文件為準(zhǔn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]將參考附圖通過(guò)舉例的方式來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的非限制性實(shí)施方案，附圖是示意性的，而不是按比例繪制。在圖中，所示出的每個(gè)相同或者近乎相同的組分通常用單一數(shù)字來(lái)表示。為清楚起見(jiàn)，在對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解本發(fā)明而言不必作出說(shuō)明的情況下，沒(méi)有標(biāo)出每幅圖中的所有組分，也沒(méi)有示出本發(fā)明各實(shí)施方案的所有組分。在圖中:
[0015]圖1示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的電極，其包括第一和第二底涂層、電極活性層和導(dǎo)電載體；
[0016]圖2示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的底涂料，其包括第一和第二底涂層以及附著于導(dǎo)電載體的中間層；
[0017]圖3示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的附著于導(dǎo)電載體的單層底涂料；
[0018]圖4示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的作為實(shí)施例1和對(duì)比例1中所述電化學(xué)電池的電池循環(huán)次數(shù)函數(shù)的比放電容量；
[0019]圖5示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的作為實(shí)施例2和對(duì)比例2中所述電化學(xué)電池的電池循環(huán)次數(shù)函數(shù)的比放電容量；
[0020]圖6示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的作為實(shí)施例4和對(duì)比例3中所述電化學(xué)電池的電池循環(huán)次數(shù)函數(shù)的比放電容量；
[0021]圖7不出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的作為實(shí)施例4、5、6和對(duì)比例4中所述電化學(xué)電池的電池循環(huán)次數(shù)函數(shù)的比放電容量；[0022]圖8示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的作為實(shí)施例7和對(duì)比例5中所述電化學(xué)電池的電池循環(huán)次數(shù)函數(shù)的比放電容量；
[0023]圖9示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的作為實(shí)施例8和對(duì)比例6中所述電化學(xué)電池的電池循環(huán)次數(shù)函數(shù)的比放電容量；和
[0024]圖10示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的作為實(shí)施例10和對(duì)比例8中所述電化學(xué)電池的放電電流函數(shù)的極化。
[0025]發(fā)明詳述
[0026]本發(fā)明一般涉及電化學(xué)電池，更具體而言，涉及電化學(xué)電池的電極用底涂料。特別地，給出了有助于電極活性層和集流體之間的導(dǎo)電和粘性連接的底涂料布置和組合物。在一些實(shí)施方案中，文中所述的底涂料布置包括第一和第二底涂層，它們可以是相同或者不同的材料。第一底涂層可以設(shè)計(jì)為為導(dǎo)電載體提供良好的粘合，并且可以包含例如含有羥基官能團(tuán)的交聯(lián)或基本上未交聯(lián)的聚合物(例如粘合劑)，例如聚乙烯醇。可以選擇用來(lái)形成第二底涂層的材料，使得第二底涂層良好地粘合至第一底涂層和電極活性層二者。在某些包括第一和第二底涂層的組合的實(shí)施方案中，第一和第二底涂層中的之一或者二者含有少于30wt%的交聯(lián)聚合物材料。在其他實(shí)施方案中，第一和第二底涂層中的之一和二者含有30?60wt%的交聯(lián)聚合物材料。也提供僅含有單層聚合物材料的底涂料。
[0027]本發(fā)明一方面是發(fā)現(xiàn)在用于本文所述器件中的一個(gè)或更多底涂層中的低交聯(lián)度或者基本上不交聯(lián)起良好的作用。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)預(yù)料到，隨著底涂層的交聯(lián)減少或者消除，在實(shí)踐中在器件所經(jīng)受的相對(duì)苛刻的條件下，該底涂層的結(jié)合可能被損害至器件將過(guò)早失效的程度；將預(yù)料到交聯(lián)改善底涂層的結(jié)合以提高牢固性。將預(yù)料不到的是，由底涂層中較少或者沒(méi)有交聯(lián)所促進(jìn)的底涂層之間(和/或底涂層和導(dǎo)電載體或者電極活性材料之間)的粘合性改善將是可能的，且同時(shí)仍然保持充分的牢固性所需的底涂層內(nèi)聚性。因此，本發(fā)明某些方面的出人意料之處在于交聯(lián)減少或者基本上消除的一個(gè)或更多底涂層與在用于牢固器件的底涂層之中和之間充分的粘合和內(nèi)部?jī)?nèi)聚性兩者的組合。工作實(shí)施例和附圖證實(shí)了這種牢固性。
[0028]因此，在某些實(shí)施方案中，構(gòu)造并布置本文所述的底涂層以具有下面特征中的一個(gè)或更多個(gè):集流體和底涂層(例如第一底涂層)之間的良好粘合和導(dǎo)電，在多層底涂料中第一底涂層和第二底涂層之間的良好粘合和導(dǎo)電，底涂層(例如第二底涂層)和電極活性層(其可以含有電極活性材料和其他任選的添加劑，如電子導(dǎo)電材料)之間的良好粘合和導(dǎo)電，以及例如在充電和/或放電過(guò)程中防止可能的電極活性材料對(duì)集流體的腐蝕作用。另夕卜，本文所述的包括本發(fā)明底涂料的電池可以具有比包括某些商用底涂料的電池低的面積比電阻。
[0029]本文所述的底涂層優(yōu)選是薄的(例如小于約10微米)，以降低電池總重量。而且，為了使電化學(xué)電池具有高的電化學(xué)“容量”或者能量存儲(chǔ)能力(即容量衰減減少)，底涂層在電解質(zhì)中應(yīng)當(dāng)是穩(wěn)定的并且不應(yīng)當(dāng)干擾電極的結(jié)構(gòu)整體性。
[0030]本文所述的許多實(shí)施方案涉及鋰-硫可再充電電池(S卩，電池包括含硫的陰極和鋰陽(yáng)極)。然而，盡管描述的是鋰-硫電池，但應(yīng)理解可以使用任何類似的堿金屬電池(堿金屬陽(yáng)極)，并且盡管文中描述含有硫作為活性陰極物質(zhì)的陰極，但應(yīng)理解為可以使用任何適當(dāng)?shù)年帢O活性物質(zhì)。另外，盡管可再充電電池得益于本發(fā)明，但是非可再充電的(即一次)電池同樣也得益于本發(fā)明。而且，盡管本發(fā)明的實(shí)施方案尤其有利于將電化學(xué)活性層粘合到具有不同結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)的導(dǎo)電材料上，但是本發(fā)明可以適用于其中期望粘合和/或電連接的其他應(yīng)用中。
[0031]如上所述，本發(fā)明一方面涉及多層底涂料，該底涂料獲得對(duì)導(dǎo)電載體和電極活性材料二者的良好粘合。如圖1的說(shuō)明性實(shí)施方案中所示，電極2包括導(dǎo)電載體22和底涂料
4。底涂料4包括靠近導(dǎo)電載體的第一底涂層24，以及靠近第一底涂層的第二底涂層26。如圖所示，第二底涂層26與電極活性層30 (例如，含硫的陰極活性層或者含鋰金屬的陽(yáng)極活性層)電連通。任選地，另外的層(未示出)，例如保護(hù)電極活性材料不受電解質(zhì)腐蝕的多層結(jié)構(gòu)，可以存在于電極活性材料30的上面，如Affinito等人于2006年4月6日提交的發(fā)明名稱為 “Rechargeable Lithium/Water, Lithium/Air Batteries” 的美國(guó)專利申請(qǐng)N0.11/400, 781中所更詳細(xì)地描述的那樣，該專利申請(qǐng)通過(guò)引用以全文并入本文。
[0032]在一些實(shí)施方案中，第一底涂層24和第二底涂層26中之一或二者都是由聚合物材料形成的。用來(lái)形成兩個(gè)層的聚合物材料可以相同或不同。在一些情形中，第一和/或第二底涂層的至少一部分聚合物材料是交聯(lián)的；在其他情形中，聚合物材料基本上沒(méi)有交聯(lián)。
[0033]當(dāng)在非聚合物鏈之一的末端處的至少一個(gè)位置存在將兩個(gè)或更多單獨(dú)的聚合物鏈相互連接的交聯(lián)鍵時(shí)，至少一部分聚合物是交聯(lián)的。例如，在底涂層含有一定重量百分比的交聯(lián)聚合物材料的情況下，該重量百分比的單獨(dú)的聚合物鏈在該層中可以在沿著聚合物鏈的至少一個(gè)中間(例如，非末端)位置與該層中的另一個(gè)聚合物鏈進(jìn)行連接。在一些實(shí)施方案中，交聯(lián)鍵為共價(jià)鍵。在其他實(shí)施方案中，交聯(lián)鍵為離子鍵。交聯(lián)聚合物鏈共同形成互連的三維聚合物網(wǎng)絡(luò)。使獨(dú)立的聚合物鏈相互連接的交聯(lián)鍵可以通過(guò)例如UV輻射、GAMMA輻射、交聯(lián)劑、熱刺激、光 化學(xué)刺激、電子束、自交聯(lián)、自由基和本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的其他方法來(lái)產(chǎn)生。
[0034]在一些情況下，第一和/或第二底涂層含有少于30wt%的交聯(lián)聚合物材料(例如，如在底涂層已經(jīng)干燥后測(cè)定的)。也就是說(shuō)，形成特定層的聚合物材料的少于30wt%的單獨(dú)聚合物鏈可以在沿著鏈的至少一個(gè)中間(例如非末端)位置與該層中的另一個(gè)單獨(dú)的聚合物鏈交聯(lián)。第一和第二底涂層中之一或二者可以包含少于25wt%、少于20wt%、少于15wt%、少于10wt%、少于5wt%或者少于2wt%，或者0%的交聯(lián)聚合物材料。在某些實(shí)施方案中，第一和/或第二底涂層含有少于30wt%的共價(jià)交聯(lián)的聚合物材料。例如，第一和第二底涂層中之一或二者可以包含少于25wt%、少于20wt%、少于15wt%、少于10wt%、少于5wt%或者少于2wt%，或者0%的共價(jià)交聯(lián)的聚合物材料。在一個(gè)特定的實(shí)施方案中，第一和第二底涂層中之一或二者為基本上不含共價(jià)交聯(lián)的材料。
[0035]應(yīng)當(dāng)理解，盡管底涂層可以包含例如少于30wt%的交聯(lián)聚合物材料，但是聚合物材料(例如組合的交聯(lián)和未交聯(lián)聚合物材料)在底涂層中的總量可以為例如底涂層的20~90wt%,如以下更詳細(xì)描述的。
[0036]在一個(gè)特定的實(shí)施方案中，第一底涂層24包含少于30wt%的交聯(lián)聚合物材料(例如聚乙烯醇)，第二底涂層26也包含少于30wt%的交聯(lián)聚合物材料(例如，聚丙烯酸酯、聚乙烯基吡咯烷酮乙酸乙烯酯共聚物和聚乙烯醇縮丁醛)。在其他實(shí)施方案中，第一和第二底涂層中之一含有少于30wt%的交聯(lián)聚合物材料，而第一和第二底涂層中另一個(gè)含有大于30wt%的交聯(lián)聚合物材料。在又一實(shí)施方案中，第一和第二底涂層都可以含有大于30wt%的交聯(lián)聚合物材料。
[0037]有時(shí)，電極包括由相同材料形成的第一和第二底涂層，但是第一和第二底涂層具有不同的交聯(lián)度。例如，第一底涂層可以含有基本上未交聯(lián)的聚乙烯醇，而第二底涂層可以含有交聯(lián)的聚乙烯醇。其他布置也是可能的。
[0038]在一些實(shí)施方案中，一個(gè)或更多底涂層的底涂料含有基本上未交聯(lián)的聚合物材料。如本文所用的，術(shù)語(yǔ)“基本上未交聯(lián)”是指在正常加工聚合物材料來(lái)形成底涂層和制備與其相關(guān)的電化學(xué)電池的過(guò)程中，不使用通常已知用于在聚合物材料中誘導(dǎo)交聯(lián)的方法，例如暴露于紫外(UV)輻射和加入交聯(lián)劑?；旧衔唇宦?lián)的材料可以基本上不含交聯(lián)的材料至其交聯(lián)度不大于聚合物材料固有交聯(lián)度的程度。在一些實(shí)施方案中，基本上未交聯(lián)的材料基本上不含交聯(lián)的材料至如下程度:在正常加工聚合物材料來(lái)形成底涂層以及來(lái)制備與其相關(guān)的電化學(xué)電池之后其交聯(lián)度不大于聚合物材料的固有交聯(lián)度。典型地，基本上未交聯(lián)的材料在其組成中具有少于10wt%、少于7wt%、少于5wt%、少于2wt%或者少于lwt%的交聯(lián)聚合物材料。在某些實(shí)施方案中，基本上未交聯(lián)的材料在其組成中具有少于10wt%、少于7wt%、少于5wt%、少于2wt%或者少于lwt%的共價(jià)交聯(lián)的聚合物材料。
[0039]在一個(gè)實(shí)施方案中，圖1中的第一底涂層24具有少于30wt%的交聯(lián)聚合物材料(例如少于20%、少于15%或者少于10%的交聯(lián)聚合物材料)，而第二底涂層26基本上被交聯(lián)至不同的程度。第一底涂層可以是基本上未交聯(lián)的或者交聯(lián)的，例如達(dá)到少于30wt%，以使其對(duì)第二底涂層具有足夠的粘合性。第二底涂層可以含有例如大于10wt%、大于20wt%、大于30wt%、大于40wt%、大于50wt%、大于60wt%、大于70wt%、大于80wt%或者大于90wt%的交聯(lián)聚合物材料?？梢允褂蒙鲜稣T導(dǎo)交聯(lián)的一種或更多種方法，例如將材料暴露至UV輻射或者交聯(lián)劑。在一些情況下，第二底涂層的交聯(lián)促進(jìn)第二底涂層與電極活性層和第一底涂層中之一或者二者的更好粘合。如下面更詳細(xì)描述的，形成包含交聯(lián)的第二底涂層的電極可以任選地包括在電極活性層中加入優(yōu)先與第二底涂層中的組分相互作用的組分(例如溶劑)。第二底涂層可以交聯(lián)到電極活性層和/或第一底涂層上，或者基本上未被交聯(lián)到電極活性層和/或第一底涂層上。
[0040]在另一個(gè)實(shí)施方案中，第一底涂層中的至少一部分聚合物材料是交聯(lián)的，并且第二底涂層的聚合物材料是任選交聯(lián)的或者基本上未交聯(lián)的。第一底涂層(以及任選地，第二底涂層)可以包含例如大于10wt%、大于20wt%、大于30wt%、大于40wt%、大于50wt%、大于60wt%、大于70wt%、大于80wt%或者大于90wt%的交聯(lián)聚合物材料。交聯(lián)的或者基本上未交聯(lián)的第一和第二底涂層的其他布置也是可能的。
[0041]取決于在至少一個(gè)交聯(lián)鍵中涉及的鏈的數(shù)目，聚合物材料可以交聯(lián)至不同的程度。通過(guò)確定參與交聯(lián)鍵的聚合物的質(zhì)量相對(duì)于所考慮的總質(zhì)量，可以測(cè)定交聯(lián)聚合物占聚合物材料的總質(zhì)量的重量百分比。這樣的測(cè)定可以由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通過(guò)多種科學(xué)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述方法包括例如FTIR和差示掃描量熱法(DSC)。
[0042]圖2中示出了另一種多層底涂料的布置。如圖2的說(shuō)明性實(shí)施方案中所示，電極5包括具有底涂料8的集流體6。底涂料8包括通過(guò)中間層28與第二底涂層26分隔開的第一底涂層24。電極活性材料30與第二底涂層電連通。在一些實(shí)施方案中，中間層28是第三底涂層。因此，在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候可以使用包括多于兩個(gè)底涂層的底涂料。在其他實(shí)施方案中，中間層28為導(dǎo)電載體材料、金屬層、等離子體處理過(guò)的層、離子層等。例如，可以基于其導(dǎo)電性、粘合性和/或其他機(jī)械或物理性能來(lái)選擇層28的組成和厚度。在其他實(shí)施方案中，中間層28位于電極活性材料30和第二底涂層26之間，和/或位于第一底涂層24和導(dǎo)電載體22之間。在一些情況下，本發(fā)明的電極包括位于電極的不同層之間的兩個(gè)或更多中間層。
[0043]如圖2中所示，第一底涂層24經(jīng)第三的中間層28而與第二底涂層26相鄰。在其他實(shí)施方案中，如圖1中所示，第一底涂層24與第二底涂層26直接相鄰。
[0044]本發(fā)明的另一方面是意外的發(fā)現(xiàn)，其中位于導(dǎo)電載體和電極活性材料層之間的單層底涂料可以在這兩層之間提供良好的粘合和電連通。通常在該類型的一些電池中，單層底涂料可以提供對(duì)導(dǎo)電載體和電極活性材料中之一而非二者的良好粘合和電連通。例如，在一些情況下，由基本上未交聯(lián)的材料形成的單層底涂料對(duì)電極活性材料可以具有良好的粘合性，但是對(duì)導(dǎo)電載體的粘合性差。另一方面，由交聯(lián)的聚合物材料形成的某些單層底涂料可以具有對(duì)導(dǎo)電載體的良好粘合性，但是對(duì)電極活性材料的粘合性差。然而，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)以促進(jìn)適當(dāng)層之間的物理和/或化學(xué)相互作用的特別方式來(lái)處理單層底涂料和電極活性材料層，可以實(shí)現(xiàn)單層底涂料對(duì)導(dǎo)電載體和電極活性材料二者的良好粘合。
[0045]圖3中示出了電極的一個(gè)實(shí)例，該電極包括位于集流體和電極活性材料之間的單層底涂料。如圖3示出的實(shí)施方案中所示的，電極10包括經(jīng)底涂層24與電極活性材料30電連通的導(dǎo)電載體22。單層底涂料在一些實(shí)施方案中可以是交聯(lián)的，而在其他實(shí)施方案中是未交聯(lián)的。有利地，可以對(duì)導(dǎo)電載體和電極活性材料都提供良好的電連接以及良好的粘合性的單層底涂料可以減少電池總重量，以及組裝電池所需的制備步驟的數(shù)目。應(yīng)當(dāng)理解，在一些實(shí)施方案中，電極10可以包括其他元件，例如在層22和24之間和/或在層24和30之間的中間層(如等離子體處理過(guò)的層)；這樣的中間層可以提高相鄰層之間的粘合性。
[0046]本發(fā)明人已經(jīng)意外地發(fā)現(xiàn)，例如通過(guò)在加工過(guò)程中改變一個(gè)或更多層的組成，某一或某些底涂層可以提供導(dǎo)電載體、電極活性材料和/或第二底涂層之間的良好粘合。在一個(gè)實(shí)施方案中，這是通過(guò)在底涂層和電極活性材料層中都包含有利于彼此相互作用以促進(jìn)粘合性的組分來(lái)實(shí)現(xiàn)的。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，底涂層包含羥基官能團(tuán)，電極活性材料形成為含有相對(duì)高量的水(例如20?80wt%的水)的漿料(即至少兩種組分的混合物)。另外或者作為替代方案，在某些實(shí)施方案中，在底涂料組合物的漿料中可以存在相對(duì)高量的水。不希望受縛于理論，本發(fā)明人假定漿料中的水可以溶解漿料中的至少部分的聚合物。例如，水可以溶解用于形成底涂層(或電極活性層)的全部或者部分聚合物材料(例如聚乙烯醇)。然后所溶解的聚合物可以參與和在與聚合物接觸的表面中可能存在的羥基表面基團(tuán)的氫鍵合，其可產(chǎn)生聚合物和表面之間的良好粘合。例如，如果電極活性層包含可以與底涂層的羥基氫鍵合的材料，則可以實(shí)現(xiàn)更好的粘合。在另一實(shí)例中，與底涂層接觸的表面可以是含有氧化鋁表面層的鋁集流體；一部分表面層也可以含有羥基。這些羥基表面基團(tuán)可以參與和底涂層的溶劑化聚合物的羥基的氫鍵合。此外，在一些實(shí)施方案中，第一底涂層的溶解聚合物可以與接觸第一底涂層的聚合物材料(例如第二底涂層或者電極活性材料層的聚合物材料)在物理上相互作用，使得各層的分子(例如聚合物鏈)在界面相互纏繞。該纏繞可以導(dǎo)致兩個(gè)層的粘合，甚至在這些層干燥(當(dāng)可以除去水和/或其他溶劑時(shí))之后也是如此。
[0047]另外或者作為替代方案，電極活性材料層可以含有與底涂層有利地相互作用且甚至在干燥后也保持在電極活性材料層中的某些化學(xué)組合物。例如，電極活性材料層可以含有包含可以與底涂層中的那些官能團(tuán)相互作用的某些官能團(tuán)(例如羥基或醚基)的聚合物材料(例如粘合劑)或其他材料。在一個(gè)特定的實(shí)施方案中，電極活性材料層和底涂層都含有一種或更多種可以相互交聯(lián)的聚合物。底涂層可以制備成具有相對(duì)高量(例如過(guò)量)的交聯(lián)劑。在將含有電極活性材料的漿料布置為與底涂層相鄰時(shí)，在兩層界面處的交聯(lián)劑可以導(dǎo)致電極活性材料層中的聚合物與底涂層中的聚合物之間發(fā)生交聯(lián)。
[0048]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，一種形成電極(例如陰極)的方法包括:將包括含有羥基官能團(tuán)的聚合物材料的底涂層布置為與導(dǎo)電載體相鄰，其中所述聚合物材料的至少一部分是交聯(lián)的。電極漿料可以布置為與底涂層相鄰，電極漿料含有大于10wt%、大于20wt%、大于30wt%或者大于40wt%的溶劑(例如水)，所述溶劑可以與底涂層中的組分(例如，含羥基的聚合物，如聚乙烯醇)相互作用。在一些情形中，電極漿料含有30?60wt%的這種溶劑(例如水)。然后，可以部分地或者完全地干燥電極以除去至少一部分溶劑。該過(guò)程可以導(dǎo)致層之間的良好粘合。
[0049]在其他實(shí)施方案中，電極漿料可以包括除了水之外或者代替水的其他溶劑(例如可以形成氫鍵的其他溶劑)，其可以導(dǎo)致與底涂層中組分的有利地相互作用。在這些和其他實(shí)施方案中，底涂層也可以以一定方式進(jìn)行處理，以使其有利地與電極活性材料層的組分相互作用。例如，為了促進(jìn)底涂層的聚合物材料的溶解和/或分散，在布置底涂層之前，可以將聚合物材料在高于60°C、高于70°C、高于80°C或者高于90°C的溫度下混合在適當(dāng)?shù)娜軇┲小?br> [0050]應(yīng)當(dāng)理解，上述組成和方法可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)單層底涂料、多層底涂料和期望良好粘合和/或電連接的其他應(yīng)用的良好粘合性。
[0051]如上所述，在一些實(shí)施方案中，文中所述的底涂層(例如，圖1-2中各自的第一和/或第二底涂層的第一和/或第二聚合物材料，和/或圖3的底涂層)含有羥基官能團(tuán)。羥基可以提供對(duì)導(dǎo)電載體如鋁箔和/或鍍鋁的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜的良好粘合。含羥基的聚合物的非限制性實(shí)例包括聚乙烯醇、聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯醇縮甲醛、乙酸乙烯酯-乙烯醇共聚物、乙烯-乙烯醇共聚物和乙烯醇-甲基丙烯酸甲酯共聚物。含羥基的聚合物可以具有不同的水解水平(由此包含不同量的羥基)。例如，基于乙烯基的聚合物可以是高于50%水解的、高于60%水解的、高于70%水解的、高于80%水解的、高于90%水解的、高于95%水解的或者高于99%水解的。較高程度的水解可以允許含羥基的材料對(duì)導(dǎo)電載體的更好粘合，并且在一些情況下，可以導(dǎo)致聚合物較少溶于電解質(zhì)中。在其他實(shí)施方案中，具有羥基的聚合物可以具有少于50%水解的、少于40%水解的、少于30%水解的、少于20%水解的或者少于10%水解的羥基官能團(tuán)。在一個(gè)特定的實(shí)施方案中，第一底涂層含有羥基，而第二底涂層具有與第一底涂層不同的材料組成。
[0052]在一些實(shí)施方案中，文中所述的底涂層含有聚乙烯醇。底涂層中的聚乙烯醇在一些情況下可以是交聯(lián)的，而在其他情況下是基本上未交聯(lián)的。在一個(gè)特定的實(shí)施方案中，直接鄰近導(dǎo)電載體的底涂層(例如第一底涂層)含有聚乙烯醇。在另一個(gè)實(shí)施方案中，底涂層基本上由聚乙烯醇組成。在這類實(shí)施方案中的聚乙烯醇可以是基本上未交聯(lián)的，或者在其他情形中，用來(lái)形成第一底涂層的少于30%的材料是交聯(lián)的。例如，直接鄰近導(dǎo)電載體且含有聚乙烯醇的底涂層可以含有少于30wt%、少于20wt%、少于15wt%、少于10wt%、少于5wt%或者少于2wt%的交聯(lián)聚乙烯醇。這樣的底涂層可以任選地與第二底涂層相鄰，第二底涂層可以具有與第一底涂層不同的材料組成。在一些情況下，第二底涂層是交聯(lián)的。第二底涂層可以含有可良好地粘合于第一底涂層和電極活性材料的任意適合的材料。這樣的材料的實(shí)例包括但不限于聚乙烯醇縮丁醛、聚丙烯酸酯、聚乙烯基吡咯烷酮和聚乙酸乙烯酯及其共聚物。下面更加詳細(xì)地描述其他合適的聚合物。在一個(gè)特定的實(shí)施方案中，用來(lái)形成第二底涂層的材料是交聯(lián)的，以便提供第一底涂層和含硫陰極之間的良好粘合。
[0053]在某些實(shí)施方案中，底涂料的兩個(gè)底涂層包含具有羥基官能團(tuán)的聚合物。羥基官能團(tuán)在第一和第二底涂層的聚合物中的百分比可以不同。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，第一底涂層含有的羥基比第二底涂層多至少20%、多至少40%、多至少60%、多至少80%、多至少100%、多至少150%或者多至少200%。一個(gè)特定的實(shí)例是含有聚乙烯醇的第一底涂層和含有聚乙烯醇縮丁醛(例如，其中聚乙烯醇已經(jīng)與正丁醛和/或其他化合物反應(yīng)達(dá)到不同的程度)的第二底涂層。
[0054]交聯(lián)劑是具有反應(yīng)性部分的分子，其設(shè)計(jì)為與聚合物鏈上的官能團(tuán)相互作用以在一個(gè)或更多個(gè)聚合物鏈之間形成交聯(lián)鍵。可以交聯(lián)文中所述的底涂層所用聚合物材料的交聯(lián)劑的實(shí)例包括但不限于:聚酰胺-表氯醇(polycup 172);醛類(例如甲醛和脲甲醛)；二醛類(例如乙二醛、戊二醛和羥基己二醛)；丙烯酸酯類(例如二丙烯酸乙二醇酯、二丙烯酸二甘醇酯、二丙烯酸四甘醇酯、甲基丙烯酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、二甲基丙烯酸二甘醇酯、二甲基丙烯酸三甘醇酯)；酰胺類(例如N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺、N，N’ -(1，2-二羥基亞乙基)二丙烯酰胺、N-(l-羥基-2，2-二甲氧基乙基)丙烯酰胺);硅烷類(例如甲基三甲氧基娃燒、甲基二乙氧基娃燒、四甲氧基娃燒(TM0S)、四乙氧基娃燒(TE0S)、四丙氧基娃烷、甲基三丁酮肟基硅烷、甲基三丙酮肟基硅烷、甲基三(甲基異丁酮肟基)硅烷、二甲基二丁酮肟基硅烷、三甲基丁酮肟基硅烷、乙烯基三丁酮肟基硅烷、甲基乙烯基二丁酮肟基硅烷、甲基乙烯基二(環(huán)己酮肟)硅烷、乙烯基三(甲基異丁酮肟基)硅烷、甲基三乙酰氧基硅烷、四乙酰氧基硅烷和苯基三丁酮肟基硅烷)；二乙烯基苯；密胺；碳酸鋯銨；二環(huán)己基碳
二亞胺/ 二甲基氨基吡啶(DCC/DMAP) ;2_氯吡啶銻離子;1_羥基環(huán)己基苯基酮；苯乙酮二
甲基縮酮；苯甲酰甲基醚；芳基三氟乙烯基醚；苯并環(huán)丁烯；酚醛樹脂(例如苯酚與甲醛和低級(jí)醇例如甲醇、乙醇、丁醇和異丁醇的縮合物)，環(huán)氧化物；密胺樹脂(例如密胺和甲醛以及低級(jí)醇例如甲醇、乙醇、丁醇和異丁醇的縮合物)；聚異氰酸酯；二醛類；以及本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的其他交聯(lián)劑。
[0055]在包括交聯(lián)聚合物材料和交聯(lián)劑的實(shí)施方案中，聚合物材料與交聯(lián)劑的重量比可基于如下原因在寬范圍內(nèi)發(fā)生變化:聚合物的官能團(tuán)含量、其分子量、交聯(lián)劑的反應(yīng)性和功能性、期望的交聯(lián)速度、在聚合物材料中期望的勁度/硬度的程度，和交聯(lián)反應(yīng)可能發(fā)生的溫度。聚合物材料與交聯(lián)劑之間的重量比范圍的非限制性實(shí)例包括100:1?50:1、20:1?1:1,10:1 ?2:1 和 8:1 ?4:1。
[0056]如上所述，底涂層可以包含任意適當(dāng)量的聚合物材料以實(shí)現(xiàn)期望的性能。例如，底涂層中聚合物材料(例如，交聯(lián)的和未交聯(lián)的聚合物材料的組合)的總量可以為，例如底涂層重量(例如，底涂層干燥之后測(cè)量的)的20?90%。在一些情況下，底涂層包含的聚合物材料的總量為，例如底涂層重量的20?40%、30?60%、40?80%或60?80%。用來(lái)形成底涂層的剩余材料可以包括導(dǎo)電填料、交聯(lián)劑和/或文中所述的其他材料。[0057]已知某些類型的聚合物在適當(dāng)?shù)臈l件下形成交聯(lián)鍵?？山宦?lián)的聚合物的非限制性的實(shí)例包括:聚乙烯醇、聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯基吡啶基、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、乙丙橡膠(EPDM)、EPR、氯化聚乙烯(CPE)、亞乙基二丙烯酰胺(ethelynebisacrylamide,EBA)、丙烯酸酯(例如丙烯酸燒基酯、丙烯酸二醇酯、丙烯酸聚二醇酯、乙烯-丙烯酸乙酯(EEA))、氫化丁腈橡膠(HNBR)、天然橡膠、丁腈橡膠(NBR)、某些含氟聚合物、硅酮橡膠、聚異戊二烯、乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、氯磺化橡膠、氟化聚芳醚(FPAE)、聚醚酮、聚砜、聚醚酰亞胺、二環(huán)氧化物、二異氰酸酯、二異硫氰酸酯、甲醛樹脂、氨基樹脂、聚氨酯、不飽和的聚醚、聚二醇乙烯基醚、聚二醇二乙烯基醚、其共聚物以及在共同受讓人Ying等人的美國(guó)專利N0.6183901中針對(duì)隔離層的保護(hù)性涂層所述的那些。基于本領(lǐng)域的常識(shí)和文中的描述，本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員可以選擇可交聯(lián)的適當(dāng)?shù)木酆衔镆约昂线m的交聯(lián)方法。
[0058]可適用于底涂層的其他類的聚合物(交聯(lián)的或者未交聯(lián)的)包括但不限于聚胺類(例如聚亞乙基亞胺和聚亞丙基亞胺(PPI));聚酰胺類(例如聚酰胺(尼龍)、聚ε-己內(nèi)酰胺(尼龍6)、聚己二酰己二胺(尼龍66));聚酰亞胺類(例如，聚酰亞胺、聚腈和聚(均苯四酸酰亞胺-1，4- 二苯醚)(Kapton));乙烯基聚合物(例如，聚丙烯酰胺、聚(2-乙烯基卩比唳)、聚(N-乙烯基吡咯烷酮)、聚(甲基氰基丙烯酸酯)、聚(乙基氰基丙烯酸酯)、聚(丁基氰基丙烯酸酯)、聚(異丁基氰基丙烯酸酯)、聚(乙酸乙烯酯)、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯(PVF2或者PVDF)、聚(2-乙烯基卩比唳)、聚氯三氟乙烯、聚(異己基氰基丙烯酸酯)、聚異丁烯、聚(甲基苯乙烯)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸乙酯、可UV固化的丙烯酸酯或者甲基丙烯酸酯)；聚縮醛；聚烯烴(例如，聚1- 丁烯、聚正戊烯-2、聚丙烯、聚四氟乙烯(特氟龍));聚酯類(例如，聚碳酸酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、聚羥基丁酸酯)；聚醚類(聚環(huán)氧乙烷(ΡΕ0)、聚環(huán)氧丙烷(ΡΡ0)、聚(環(huán)氧丁烷)(ΡΤΜ0)、可熱固化的二乙烯基醚);聚芳酰胺類(例如，聚(亞氨基-1，3-亞苯基亞氨基間苯二酰)和聚(亞氨基-1，4-亞苯基亞氨基對(duì)苯二酰))；聚雜芳基化合物(例如，聚苯并咪唑(PBI)、
聚苯并雙#惡1唑(ΡΒ0)和聚苯并二噻唑(PBT));聚雜環(huán)化合物(例如聚吡咯)；聚氨酯；酚類
聚合物(例如酚醛樹脂)；聚炔類(例如聚乙炔)；聚二烯類(例如，1，2_聚丁二烯、順式或反式-1，4-聚丁二烯、乙烯-丙烯-二烯(ETOM)橡膠)；聚硅氧烷(例如，聚(二甲基硅氧烷)(PDMS)、聚(二乙基硅氧烷)(PDES)、聚二苯基硅氧烷(PDPS)和聚甲基苯基硅氧烷(PMPS))；和無(wú)機(jī)聚合物(例如，聚磷腈、聚膦酸酯、聚硅烷、聚硅氮烷)。這些聚合物的機(jī)械和物理性能(例如，傳導(dǎo)率、電阻系數(shù))是已知的。因此，例如，基于它們的機(jī)械和/或電子性能、對(duì)導(dǎo)電載體和/或電極活性材料的粘附性、在特定電解質(zhì)中的溶解性等，通過(guò)例如調(diào)整聚合物共混物的組分量、調(diào)節(jié)交聯(lián)度(如果存在的話)等，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以選擇合適的聚合物用于鋰電池中。例如文中所述的那些簡(jiǎn)單篩選測(cè)試可以用來(lái)選擇具有物理/機(jī)械性能的聚合物。
[0059]上述可交聯(lián)聚合物的實(shí)例在本發(fā)明的底涂層中可以是交聯(lián)的，或者基本上未交聯(lián)的。此外，其他類型的聚合物可以用作本發(fā)明的第一和/或第二底涂層。聚合物的上述實(shí)例也可以用于文中所述的電極活性材料層中。
[0060]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以確定底合適的涂料組成、構(gòu)造(例如交聯(lián)的或基本上未交聯(lián)的)和尺寸，而無(wú)需過(guò)度的實(shí)驗(yàn)。如上關(guān)于多層底涂料的描述，第一底涂層可以基于例如其導(dǎo)電性、其在電解質(zhì)中的惰性以及其粘附至集流體和任選地粘附至第二底涂層的能力來(lái)進(jìn)行選擇。合適的第二底涂層可以提供電極活性材料(和/或其他添加劑，例如電極活性層的導(dǎo)電材料)和第一底涂層之間的良好粘合，同時(shí)在電解質(zhì)中具有良好的導(dǎo)電性和惰性。用來(lái)形成第一和/或第二底涂層的特定材料可能取決于例如導(dǎo)電載體、電極活性材料和電解質(zhì)的材料組成以及用來(lái)沉積層的方法?？梢赃x擇底涂層的尺寸，使得電化學(xué)電池具有低的總重量，同時(shí)提供對(duì)它們各自相鄰層的適當(dāng)粘合性。
[0061]對(duì)于選擇底涂層用的適當(dāng)材料的一個(gè)簡(jiǎn)單的篩選試驗(yàn)可以包括:形成底涂層，將該層浸潰在電解質(zhì)中并且觀察與對(duì)照體系中的相比是否出現(xiàn)抑制性的或者其他的破環(huán)性行為(例如分層)。對(duì)于附著于底涂層的其它層(例如，導(dǎo)電載體、電極活性材料和/或其他底涂層中之一或更多)也可以如此照做。另一個(gè)簡(jiǎn)單的篩選試驗(yàn)可以包括:形成包括一個(gè)或更多底涂層的電極，在其他電池元件存在下將該電極浸潰在電池的電解質(zhì)中，對(duì)電池放電/充電，并且觀察比放電容量與對(duì)照體系相比是否更高或更低。高放電容量可以表明電池各元件之間的良好粘合和/或?qū)щ?，而低放電容量可以表明分層、層?nèi)導(dǎo)電性差和/或電極層之間的電連通差。為測(cè)試底涂層是否充分粘附，可以進(jìn)行擦拭測(cè)試。擦拭測(cè)試可包括例如向底涂層施加溶劑(例如異丙醇)并且測(cè)定底涂層是否可以被溶劑擦拭掉。粘合性也可以通過(guò)彎曲各層以確定在層間是否出現(xiàn)分層來(lái)進(jìn)行測(cè)試。另一個(gè)簡(jiǎn)單的篩選試驗(yàn)可以包括:使用張力測(cè)試裝置或者其他合適的裝置測(cè)量從單位面積的表面除去底涂層(例如剝離測(cè)試)所需的粘附性或力(其可以以N/m2來(lái)計(jì)量)。這樣的實(shí)驗(yàn)可以任選地在溶劑(或者電解質(zhì))或者其他組分(例如填料)的存在下進(jìn)行，以測(cè)定溶劑和/或組分對(duì)粘合性的影響。另一可能的篩選是透明膠帶測(cè)試，其中將條狀帶施用在底涂層上并移除。如果底涂料繼續(xù)停留在導(dǎo)電層上，則粘合性良好。如果底涂層隨著條狀帶脫落，則粘合性差。其他簡(jiǎn)單的測(cè)試是已知的并且可以由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)進(jìn)行。
[0062]底涂層(例如，第一和/或第二底涂層)的厚度可以在約0.1微米到約10微米的范圍之間變化。例如，底涂層的厚度可以為0.1?1微米厚、1?5微米厚或者5?10微米厚。聚合物層的厚度可以為例如不大于10微米厚、不大于7微米厚、不大于5微米厚、不大于3微米厚、不大于2.5微米厚、不大于1微米厚、不大于0.5微米厚、不大于0.3微米厚或者不大于0.1微米厚。在一些包括多層底涂料的實(shí)施方案中，第一底涂層的厚度與第二底涂層的相同。在其他實(shí)施方案中，第一底涂層的厚度可以與第二底涂層的不同。
[0063]在一些情況下，可以向用來(lái)形成底涂層的材料中添加導(dǎo)電填料。導(dǎo)電填料可以提高底涂層中聚合物材料的導(dǎo)電性能，并且可以包括，例如炭黑(例如Vulcan XC72R炭黑、Printex Xe_2或Akzo Nobel Ketjen EC-600JD)、石墨纖維、石墨小纖維、石墨粉(例如Fluka#50870)、活性碳纖維、碳織物、非活性碳納米纖維之類的導(dǎo)電碳。導(dǎo)電填料的其他非限制性的實(shí)例包括金屬涂布的玻璃粒子、金屬粒子、金屬纖維、納米粒子、納米管、納米線、金屬薄片、金屬粉、金屬纖維、金屬網(wǎng)。如果存在，則底涂層中導(dǎo)電填料的量可以為例如底涂層的10?90wt%或20?80wt%(例如，如在已從底涂層中移除適量溶劑之后和/或所述層已被恰當(dāng)固化之后所測(cè)量的)。例如，第一和/或第二底涂層可以包含的導(dǎo)電填料為底涂層的20?40wt%、20?60wt%、40?80wt%、60?80wt%。在一些實(shí)施方案中，導(dǎo)電填料可以包含導(dǎo)電聚合物。合適的電極活性導(dǎo)電聚合物的實(shí)例包括但不限于選自聚吡咯、聚苯胺、聚亞苯基、聚噻吩和聚乙炔的電極活性和電子傳導(dǎo)聚合物。對(duì)于某些實(shí)施方案優(yōu)選的導(dǎo)電聚合物為聚吡咯、聚苯胺和聚乙炔。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的其他導(dǎo)電材料也可以用作導(dǎo)電填料。
[0064]可以使用本領(lǐng)域已知的各種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)不同組分的混合，只要獲得期望的組分溶解或者分散即可。合適的混合方法包括但不限于機(jī)械攪動(dòng)、研磨、超聲、球磨、砂磨和撞擊磨。
[0065]各種組分的混合可以在各種溫度下進(jìn)行。例如，可以在高于或等于25°C、高于或等于50°C、高于或等于75°C，或者高于或等于90°C，將各種組分混合適量的時(shí)間以獲得組分期望的溶解或者分散。例如，在一些情況下，底涂層所用的聚合物(例如，聚乙烯醇)在高于或等于25°C、高于或等于50°C、高于或等于75°C，或者高于或等于90°C的溫度下進(jìn)行混合。在這些溫度下的混合可以進(jìn)行至聚合物如期望的那樣被溶解和/或分散。然后該溶液/分散體可以與底涂料的其他組分(例如，導(dǎo)電填料、溶劑、交聯(lián)劑等)，例如在適當(dāng)?shù)臏囟认逻M(jìn)行混合，以形成底涂料漿料。
[0066]導(dǎo)電載體通常包括對(duì)第一底涂層具有良好的粘合性和導(dǎo)電連接的導(dǎo)電物質(zhì)。導(dǎo)電載體可以用作集流體，用于有效地收集在整個(gè)電極中產(chǎn)生的電流并且提供用于連接通向外電路的電接觸的有效表面。各種導(dǎo)電載體在本領(lǐng)域是已知的。合適的導(dǎo)電載體包括但不限于包含金屬箔(例如，鋁箔)、聚合物膜、金屬化聚合物膜(例如，覆鋁塑料膜，如覆鋁聚酯膜)、導(dǎo)電聚合物膜、具有導(dǎo)電涂層的聚合物膜、具有導(dǎo)電金屬涂層的導(dǎo)電聚合物膜和具有分散于其中的導(dǎo)電粒子的聚合物膜的那些。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，導(dǎo)電載體可以包含導(dǎo)電金屬，例如招、銅和鎳。其他導(dǎo)電載體可以包含例如延展金屬、金屬網(wǎng)、金屬網(wǎng)格、延展金屬網(wǎng)格、金屬棉、織造碳織物、織造碳網(wǎng)、無(wú)紡碳網(wǎng)和碳?xì)帧?br> [0067]可以通過(guò)本領(lǐng)域通常已知的多種方法中的任意一種來(lái)沉積文中所述的底涂層和電極活性層(例如陰極活性層)，然后使用本領(lǐng)域已知的技術(shù)進(jìn)行干燥。合適的手工涂布技術(shù)包括但不限于使用涂布棒或者間隙涂布條。合適的機(jī)器涂布方法包括，但不限于使用輥涂、照相凹版涂布、狹縫擠壓涂布、幕涂和涂邊。也可以將聚合物層旋涂到表面上。也可以采用絲網(wǎng)涂布。如果期望從混合物中去除一些或者全部的溶劑/液體，則可以通過(guò)本領(lǐng)域已知的多種方法中的任意一種來(lái)實(shí)現(xiàn)。用于從混合物中去除溶劑的合適方法的實(shí)例包括但不限于熱風(fēng)對(duì)流、熱、紅外輻射、流動(dòng)氣體、真空、減壓、提取以及通過(guò)簡(jiǎn)單地空氣干燥。
[0068]干燥和/或交聯(lián)可以在一定溫度范圍進(jìn)行。適合的溫度包括高于其液體介質(zhì)變成揮發(fā)性的那些，通常高于沸點(diǎn)，以及還有以可接受的速率發(fā)生適當(dāng)?shù)幕鶊F(tuán)和交聯(lián)劑之間的交聯(lián)反應(yīng)的那些溫度。適合的溫度還低于如下溫度:在該溫度下導(dǎo)電載體，例如金屬化的塑料膜可能變形或者損壞。在一些實(shí)施方案中，在約60?170°C的溫度進(jìn)行干燥和/或交聯(lián)步驟。
[0069]在一些實(shí)施方案中，本文所述的底涂層可以粘附到正極材料或者電極活性材料，即形成陰極的材料上。適合在本發(fā)明電化學(xué)電池的陰極中用作陰極活性材料的電極活性材料包括，但不限于電極活性過(guò)渡金屬硫族化合物、電極活性導(dǎo)電聚合物、電極活性含硫材料及其組合。如本文所用的，術(shù)語(yǔ)“硫族化合物”涉及含有氧、硫和硒中一種或更多種元素的化合物。適合的過(guò)渡金屬硫族化合物的實(shí)例包括但不限于選自Μη、V、Cr、T1、Fe、Co、N1、Cu、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、kg、Hf、Ta、W、Re、Os和Ir的過(guò)渡金屬的電極活性氧化物、硫化物和硒化物。在一個(gè)實(shí)施方案中，過(guò)渡金屬硫族化合物選自鎳、錳、鈷和釩的電極活性氧化物以及鐵的電極活性硫化物。在一個(gè)實(shí)施方案中，陰極含有下面材料中的一種或更多種:二氧化錳、碳、碘、鉻酸銀、氧化銀和五氧化釩、氧化銅、氧磷酸銅、硫化鉛、硫化銅、硫化鐵、鉍酸鉛、三氧化鉍、二氧化鈷、氯化銅、二氧化錳和碳。在另一個(gè)實(shí)施方案中，陰極活性層含有電極活性導(dǎo)電聚合物。適合的電極活性導(dǎo)電聚合物的實(shí)例包括但不限于選自聚吡咯、聚苯胺、聚亞苯基、聚噻吩和聚乙炔中的電極活性和導(dǎo)電聚合物。優(yōu)選的導(dǎo)電聚合物包括聚吡咯、聚苯胺和聚乙炔。
[0070]在一些實(shí)施方案中，在文中所述的電化學(xué)電池中用作陰極活性材料的電極活性材料包括電極活性含硫的材料。如本文所用的，“電極活性含硫的材料”涉及陰極活性材料，其含有任意形式的元素硫，其中電化學(xué)活性包括硫原子或部分的氧化或還原。本發(fā)明實(shí)踐中所用的電極活性含硫的材料的性質(zhì)可以廣泛地變化，如本領(lǐng)域中已知的。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，電極活性含硫的材料含有元素硫。在另一個(gè)實(shí)施方案中，電極活性含硫的材料含有元素硫和含硫聚合物的混合物。因此，適合的電極活性含硫的材料可以包括，但不限于元素硫以及含有硫原子和碳原子的有機(jī)材料，其可以是或可以不是聚合的。適合的有機(jī)材料包括進(jìn)一步含有雜原子、導(dǎo)電聚合物鍵段、復(fù)合材料和導(dǎo)電聚合物的那些。
[0071]含硫聚合物的實(shí)例包括在以下專利中所述的那些:Skotheim等人的美國(guó)專利N0.5，601，947 和 5，690，702 ；Skotheim 等人的美國(guó)專利 N0.5，529，860 和 6，117，590 ;共同受讓人Gorkovenko等人的于2001年3月13日授權(quán)的美國(guó)專利N0.6，201, 100和PCT公開N0.WO 99/33130。其他適合的包含多硫化物鍵的電極活性含硫的材料描述于Skotheim等人的美國(guó)專利N0.5, 441, 831 ；Perichaud等人的美國(guó)專利N0.4, 664, 991以及Naoi等人的美國(guó)專利N0.5，723，230、5，783，330、5，792，575和5，882，819中。電極活性含硫的材料的另外的其他實(shí)例包括，含有二硫基的那些例如以下專利中所述的:Armand等人的美國(guó)專利N0.4，739，018 ;皆為 De Jonghe 等人的美國(guó)專利 N0.4，833，048 和 4，917，974 ;皆為 Visco 等人的美國(guó)專利N0.5，162，175和5,516，598 ;以及Oyama等人的美國(guó)專利N0.5，324，599中。
[0072]在一個(gè)實(shí)施方案中，陰極活性層的電極活性含硫的材料包含大于50wt%的硫。在另一個(gè)實(shí)施方案中，電極活性含硫的材料包含大于75wt%的硫。在又一實(shí)施方案中，電極活性含硫的材料包含大于90wt%的硫。
[0073]本發(fā)明的陰極活性層可以含有約20?100wt%的電極活性陰極材料(例如，在適量的溶劑已從陰極活性層中去除之后和/或所述層已被恰當(dāng)固化之后所測(cè)量的)。在一個(gè)實(shí)施方案中，電極活性含硫的材料在陰極活性層中的數(shù)量為陰極活性層的5?30wt%。在另一個(gè)實(shí)施方案中，電極活性含硫的材料在陰極活性層中的量為陰極活性層的20?90wt%。
[0074]用于制備陰極(以及本文所述電極的底涂層)的合適液體介質(zhì)(例如溶劑)的非限制性實(shí)例包括含水液體、不含水液體及其混合物。在一些實(shí)施方案中，可以使用液體，例如水、甲醇、乙醇、異丙醇、丙醇、丁醇、四氫呋喃、二甲氧基乙烷、丙酮、甲苯、二甲苯、乙腈、環(huán)己烷及其混合物。當(dāng)然，如果需要的話也可以使用其他合適的溶劑。
[0075]可以通過(guò)本領(lǐng)域已知的方法來(lái)制備正電極層。例如,一種適當(dāng)?shù)姆椒òㄈ缦虏襟E:(a)將電極活性含硫的材料分散或者懸浮在液體介質(zhì)中，如文中所述的那樣；(b)任選地向步驟(a)的混合物中加入導(dǎo)電填料和/或粘合劑；(c)混合得自步驟(b)的組合物以分散電極活性含硫的材料；(d)將得自步驟(c)的組合物澆鑄到適當(dāng)?shù)幕迳?；以?e)從得自步驟(d)的組合物中除去部分或者全部的液體以提供陰極活性層。[0076]用于文中所述的陽(yáng)極活性層的適當(dāng)?shù)呢?fù)電極材料包括，但不限于鋰金屬，如鋰箔和沉積在導(dǎo)電基板上的鋰，以及鋰合金(例如鋰鋁合金和鋰錫合金)。盡管這些是優(yōu)選的負(fù)電極材料，但集流體也可以和其他電池化學(xué)一起使用。
[0077]將負(fù)電極材料(例如堿金屬陽(yáng)極，如鋰)沉積到基板上的方法可以包括諸如熱蒸發(fā)、濺射、噴射蒸汽沉積和激光燒蝕之類的方法?；蛘?，在陽(yáng)極包含鋰箔，或者鋰箔和基板時(shí)，可以通過(guò)本領(lǐng)域已知的層壓方法將這些層壓在一起來(lái)形成陽(yáng)極。
[0078]正和/或負(fù)電極可以任選地包括適宜與適當(dāng)?shù)碾娊赓|(zhì)有利地相互作用的一個(gè)或更多層，所述電解質(zhì)為，例如在2007年12月4日提交的標(biāo)題為“S印aration ofElectrolytes”的Mikhaylik等人的國(guó)際專利申請(qǐng)N0.PCT/US2007/024805中所述的那些，其公開內(nèi)容以引用的方式全文并入本文。
[0079]在電化學(xué)電池或者蓄電池組電池中使用的電解質(zhì)可以充當(dāng)離子存儲(chǔ)和傳輸?shù)慕橘|(zhì)，在固體電解質(zhì)和凝膠電解質(zhì)的特殊情形中，這些材料可以另外充當(dāng)陽(yáng)極和陰極間的隔離器。可以使用能夠存儲(chǔ)和傳輸離子的任意液體、固體或凝膠材料，只要該材料相對(duì)于陽(yáng)極和陰極是電化學(xué)上和化學(xué)上惰性的，并且該材料便于陽(yáng)極和陰極間的離子(例如鋰離子)傳輸即可。電解質(zhì)可以是不傳導(dǎo)電子的以防止陽(yáng)極和陰極間短路。
[0080]電解質(zhì)可以包含一種或更多種離子電解質(zhì)鹽類以提供離子導(dǎo)電性和一種或更多種液體電解質(zhì)溶劑、凝膠聚合物材料或者聚合物材料。適當(dāng)?shù)姆撬娊赓|(zhì)可以包括有機(jī)電解質(zhì)，該有機(jī)電解質(zhì)包含選自液體電解質(zhì)、凝膠聚合物電解質(zhì)和固體聚合物電解質(zhì)中的一種或更多種材料。用于鋰電池的非水電解質(zhì)的實(shí)例由Dorniney描述 于 Lithium Batteries, New Materials, Developments and Perspectives,第4 章，第 137-165 頁(yè)，Elsevier, Amsterdam(1994)中。Alamgir 等人在 LithiumBatteries, New Materials, Developments and Perspectives,第 3 章，第 93-136頁(yè)，Elsevier, Amsterdam(1994)中描述了凝膠聚合物電解質(zhì)和固體聚合物電解質(zhì)的實(shí)例。Mikhaylik等人在2006年12月4日提交的標(biāo)題為“Separation of Electrolytes”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)中描述了可以用于文中所述電池中的非均相電解質(zhì)組合物。
[0081]有用的非水液體電解質(zhì)溶劑的實(shí)例包括，但不限于非水有機(jī)溶劑，例如N-甲基乙酰胺、乙腈、乙縮醛、縮酮、酯、碳酸酯、砜、亞硫酸鹽、環(huán)丁砜、脂族醚、環(huán)醚、甘醇二甲醚、聚
醚、磷酸酯、硅氧烷、二 烷、N-烷基吡咯烷酮、前述物質(zhì)的取代形式以及其共混物。前述
物質(zhì)的氟化衍生物也可以用作液體電解質(zhì)溶劑。
[0082]在一些情況下，含水溶劑可以用作鋰電池的電解質(zhì)。含水溶劑可以包括水，其可以含有其他組分，如離子鹽類。如上所述，在一些實(shí)施方案中，電解質(zhì)可以包含氫氧化鋰之類的物質(zhì)，或者使電解質(zhì)呈堿性的其他物質(zhì)，以便降低電解質(zhì)中氫離子的濃度。
[0083]液體電解質(zhì)溶劑也可以用作增塑劑用于凝膠聚合物電解質(zhì)，即含有一種或更多種形成半固體網(wǎng)狀物的聚合物的電解質(zhì)?？捎玫哪z聚合物電解質(zhì)的實(shí)例包括，但不限于含有一種或更多種聚合物以及任選地一種或更多種增塑劑的那些，所述聚合物選自:聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧丙烷、聚丙烯腈、聚硅氧烷、聚酰亞胺、聚磷腈、聚酯、磺化聚酰亞胺、全氟化膜(NAF10N樹脂)、聚二乙烯基聚乙二醇、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、前述物質(zhì)的衍生物、前述物質(zhì)的共聚物、前述物質(zhì)的交聯(lián)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，和前述物質(zhì)的共混物。在一些實(shí)施方案中，凝膠聚合物電解質(zhì)含有按體積計(jì)為10?20%、20?40%、60?70%、70?80%,80~90%或者90~95%的非均相電解質(zhì)。
[0084]在一些實(shí)施方案中，可以使用一種或更多種固體聚合物來(lái)形成電解質(zhì)。可用的固體聚合物電解質(zhì)的實(shí)例包括但不限于含有一種或更多種聚合物的那些，所述聚合物選自:聚醚、聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧丙烷、聚酰亞胺、聚磷腈、聚丙烯腈、聚硅氧烷、前述物質(zhì)的衍生物、前述物質(zhì)的共聚物、前述物質(zhì)的交聯(lián)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和前述物質(zhì)的共混物。
[0085]除了在本領(lǐng)域中已知的用于形成電解液的電解質(zhì)溶劑、膠凝劑和聚合物之外，電解質(zhì)還可以包含一種或更多種離子電解質(zhì)鹽類，其同樣在本領(lǐng)域中是已知的，用以提高離子導(dǎo)電性。
[0086]用于本發(fā)明電解質(zhì)中的離子電解質(zhì)鹽類的實(shí)例包括但不限于LiSCN、LiBr、Lil、1^<:104、1^六8卩6、1^50#卩3、1^503013、1^8卩4、1^8(?11)4、1^?卩6、1^(:(5020卩3)3和 LiN(S02CF3)2。可用的其他電解質(zhì)鹽類包括多硫化鋰(Li2Sx)和有機(jī)離子多硫化物的鋰鹽(LiSxR)n，其中X為1~20的整數(shù)，η為1~3的整數(shù)，R為有機(jī)基團(tuán)，以及在Lee等人的美國(guó)專利N0.5，538，812中所公開的那些。
[0087]在一些實(shí)施方案中，電化學(xué)電池還可以包括在陰極和陽(yáng)極之間插入的隔離器。隔離器可以是固體不導(dǎo)電的或者絕緣材料，其將陽(yáng)極和陰極相互隔開或者隔離，防止短路，并且其允許離子在陽(yáng)極和陰極間傳輸。
[0088]隔離器的孔可以部分地或者基本上填充有電解質(zhì)?？梢宰鳛槎嗫鬃灾伪∧?lái)提供隔離器，其在電池的制造過(guò)程中與陽(yáng)極和陰極交織?；蛘?，可以向電極之一的表面直接施用多孔隔離器層 ，例如，如Carlson等人的PCT申請(qǐng)W0 99/33125和Bagley等人的美國(guó)專利N0.5，194，341中所述的。
[0089]多種隔離器材料在本領(lǐng)域中是已知的。適合的固體多孔隔離器材料的實(shí)例包括但不限于諸如聚乙烯和聚丙烯的聚烯烴、玻璃纖維濾紙和陶瓷材料。適用于本發(fā)明中的隔離器和隔離器材料的其他實(shí)例為含有微孔干凝膠層，例如微孔擬薄水鋁石層的那些，其可以作為自支撐膜來(lái)提供或者通過(guò)直接涂布應(yīng)用于電極之一上，如共同受讓人Carlson等人的美國(guó)專利N0.6，153，337和6，306，545中所述的。固體電解質(zhì)和凝膠電解質(zhì)除了它們的電解質(zhì)功能之外，也可以充當(dāng)隔離器。
[0090]本發(fā)明人還已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以獲得具有某些性能特性的鋰電池。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，包括含有鋰金屬作為活性陽(yáng)極物質(zhì)的陽(yáng)極和含有硫作為活性陰極物質(zhì)的陰極的鋰電池具有小于50歐姆Mm2的面積比電阻。也就是說(shuō)，包括任意電解質(zhì)、隔離器或者電池的其他元件的整個(gè)電池組件的面積比電阻小于50歐姆.cm2。在某些實(shí)施方案中，鋰電池的面積比電阻小于40、30、20、10或者5歐姆?cm2。在一些情況下，可以通過(guò)使用降低電池的內(nèi)阻或者極化的元件，和/或通過(guò)促進(jìn)元件之間(例如，電極和集流體之間)的電子導(dǎo)電來(lái)實(shí)現(xiàn)這樣的面積比電阻。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，鋰電池包括位于活性陰極物質(zhì)和陰極集流體之間的一個(gè)或更多底涂層，底涂層中至少之一包括含有羥基的聚合物材料。底涂層(多層)可以含有聚乙烯醇或者基本上由聚乙烯醇組成，聚乙烯醇可以是至少部分交聯(lián)的或者基本上未交聯(lián)的。底涂層(多層)可以具有如本文所述的其他特性(例如，特定重量百分比的交聯(lián))。底涂層的羥基可以提高集流體和電極活性材料之間的粘合性，和/或促進(jìn)電極和電極活性材料之間的導(dǎo)電性，導(dǎo)致較低的電池面積比電阻。此外，電池中包含這樣的底涂層可以提高電池的放電容量和比能量密度。例如，包括本文所述的底涂料的電池可以達(dá)到小于50歐姆.cm2的面積比電阻和至少150、250、350或者500Wh/kg的能量密度。
[0091]本領(lǐng)域的那些普通技術(shù)人員可以通過(guò)本領(lǐng)域已知的方法來(lái)測(cè)定面積比電阻。例如，特定電池的面積比電阻可以如下進(jìn)行測(cè)量?？梢允闺姵胤懦潆娨欢ǖ拇螖?shù)。在接下來(lái)的循環(huán)中，可以以不同的電流(I)在某一范圍內(nèi)使全充電的電池放電。可以在不同電流下在放電當(dāng)中測(cè)量電池電壓V(I)。然后可以根據(jù)方程式1，以放電當(dāng)中電池開路電壓(0CV)和某一電流下的電壓να)之差來(lái)計(jì)算電池極化ρ:
[0092]P = OCV-V(I) (1)
[0093]可以對(duì)相對(duì)于放電電流的電池極化進(jìn)行作圖；線的斜率代表電池直流電阻(DCR)，如方程式2所示。
[0094]DCR=dP/dI (2)
[0095]為了測(cè)定陰極-隔離器-陽(yáng)極堆的面積比電阻(ASR)，可以首先對(duì)電池DCR進(jìn)行接頭電阻Rtab校正(例如，電極組件中所用的任意接頭的電阻)，然后根據(jù)方程式3通過(guò)考慮進(jìn)活性電極面積A轉(zhuǎn)化為ASR:
[0096]ASR = ( D CR-Rtab) *A (3)
[0097]實(shí)施例10描述了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，包括含有聚乙烯醇的底涂層的鋰電池的制造以及電池的面積比電阻的測(cè)量。
[0098]該公開內(nèi)容的附圖僅僅是示意性的，且舉例說(shuō)明基本上扁平的電池布置。應(yīng)當(dāng)理解，采用本發(fā)明的原理，在任意構(gòu)造中都可以構(gòu)建任意的電化學(xué)電池布置。例如，參考圖1，可以在圖示元件24、26和30那一側(cè)的相反側(cè)上，用類似的或者相同組的元件24、26和30來(lái)覆蓋電極2。在該布置中，產(chǎn)生了基本上鏡像的結(jié)構(gòu)，鏡面通過(guò)電極2。例如，在“卷式”電池構(gòu)造中將是此種情形，其中電極2的層在每側(cè)上都被結(jié)構(gòu)24、26和30所環(huán)繞(或者，在替代布置中，層狀結(jié)構(gòu)在本文其他圖中示出)。在陽(yáng)極的各保護(hù)性結(jié)構(gòu)的外面提供的是電解質(zhì)，而在電解質(zhì)的對(duì)面提供的是相反的電極(例如，在電極2為陰極的情況下，該電極為陽(yáng)極)。在卷式布置中，或者在包括交互的陽(yáng)極和陰極功能性的多個(gè)層的其他布置中，結(jié)構(gòu)包括陽(yáng)極、電解質(zhì)、陰極、電解質(zhì)、陽(yáng)極等等，其中各陽(yáng)極可以包括陽(yáng)極穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，如在本公開內(nèi)容的任意部分中所述的或者更加詳細(xì)的內(nèi)容描述于Affinito等人的2006年4月6日提交的發(fā)明名稱為“Electrode Protection in both Aqueous and Non-AqueousElectrochemical Cells, including Rechargeable Lithium Batteries” 的美國(guó)專利申請(qǐng)N0.11/400,025中，在此以引用的方式全文并入。當(dāng)然，在這樣的組件的外邊界處，將存在“端”陽(yáng)極或陰極。使這樣的層狀或者卷式結(jié)構(gòu)相互連接的電路在本領(lǐng)域中是眾所周知的。
[0099]以下的實(shí)施例用以說(shuō)明本發(fā)明的某些實(shí)施方案，但不應(yīng)該解釋為限制性的，并且未示例本發(fā)明的全部范圍。在下面的實(shí)施例中原樣使用如下材料:獲自CelaneseCorporation 的 Celvol 425 (聚乙烯醇);獲自 Celanese Corporation 的 Celvol 165 (聚乙烯醇，99.4%水解的)和Celvol425 (聚乙烯醇,96.0%水解的)；獲自Cabot Corporation的VulcanXC72R(炭黑);獲自Fluka的石墨(石墨粉)，50870 ;獲自Alfa Aesar的硫(元素硫，升華過(guò)的，100 目)；獲自 Advanced Polymers International Inc.的 Gel Tac 100G (丙烯酸粘合劑)；獲自 Degussa Corporation 的 Printex XE-2 (炭黑);獲自 Hercules 的 Polycup172(陽(yáng)離子胺類聚合物-表氯醇加合物交聯(lián)劑);獲自Dow Chemicals的Dowanol PM( 1-甲氧基-2-丙醇)；獲自ISP的PVP/VA 1-535 (聚乙烯基吡咯烷酮乙酸乙烯酯共聚物)；獲自Solutia 的 Butvar B98 (聚乙烯醇縮丁醒);獲自 Rhom and Haas 的 Rhoplex GL 618 (丙烯酸粘合劑);獲自Akzo Nobel的Ketjen EC-600JD (炭黑);獲自Bayer的多功能氮丙啶；獲自Aldrich的氫氧化銨(29%的溶液)，目錄#22122-8。
[0100]實(shí)施例1
[0101]該實(shí)施例描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的草案，用于制造包括鋰陽(yáng)極和硫陰極的電化學(xué)電池(包括2微米厚的未交聯(lián)聚乙烯醇第一底涂層和覆鋁聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(A1/PET)集流體)。該實(shí)施例還表明第一底涂層實(shí)現(xiàn)了對(duì)集流體的良好粘合。
[0102]為了制備底涂料，在室溫混合6wt%的聚乙烯醇(Celvol 425)和94wt%的水。然后在攪拌下將混合物加熱到91°C，直至獲得清液。通過(guò)在球磨機(jī)中用陶瓷珠研磨5.4被％的Vulcan XC72R炭黑、34.6wt%的異丙醇和60wt%的Celvol 425溶液，制備底涂料漿料。以12英尺/分鐘的膜速(web speed),通過(guò)槽模將衆(zhòng)料涂布到6微米厚的覆招聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(A1/PET)膜的兩面上。在烘箱中在約100°C干燥涂層。干燥的底涂層在A1/PET基板的每側(cè)上都具有約2微米的厚度。使用三豐(Mitutoyo)厚度儀(日本)測(cè)量厚度。在基板(A1/PET基板)被涂布之前，然后在其涂布了干燥的底涂料之后進(jìn)行測(cè)量。以涂布的和未涂布的基板之差作為所測(cè)量的底涂料涂層的厚度。
[0103]通過(guò)在研磨粉碎機(jī)內(nèi)研磨83.22wt%的異丙醇、11.52wt%的硫、3.52wt%的PrintexXE-2 (炭黑)、0.32被％的石墨和1.42被％的661 TaclOOG (丙烯酸粘合劑)，來(lái)制備陰極漿料。用水和異丙醇進(jìn)一步稀釋該漿料以制備具有9wt%固體的陰極漿料，含有30wt%的水和70被％的異丙醇作為共溶劑。用刮刀將漿料涂布到底涂層的上面。所涂布的陰極在80°C干燥3分鐘并且在120°C干燥3分鐘。所涂布的陰極具有1.80mg/cm2的硫。底涂層對(duì)基板和陰極組合物都具有良好的粘合性。
[0104]為制造電化學(xué)電池，將陰極、16微米厚的Tonen膜(用作隔離器)和2密耳厚的鋰箔
層壓在一起并放置在小袋中。向小袋中注入0.3mL電解液(86.4wt%的1，3- 二喝.焼、lwt%
的硝酸鋰和12.6wt%的雙(三氟甲磺?；?酰亞胺鋰)。密封小袋并測(cè)量電池的比放電容量，如圖4所示。
[0105]對(duì)比例1
[0106]該對(duì)比例描述了用于制造包括鋰陽(yáng)極和硫陰極的電化學(xué)電池的草案，所述硫陰極包含標(biāo)準(zhǔn)的Intelicoat底涂料，用于和實(shí)施例1的電化學(xué)電池進(jìn)行比較。硫陰極包括6微米的覆鋁聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)基板，其具有施加在基板每側(cè)的兩層Intelicoat底涂料:第一交聯(lián)的底涂層(厚1.5微米)和第二未交聯(lián)的丙烯酸酯底涂層(厚1.5微米)。
[0107]使用并遵循實(shí)施例1中給出的材料和程序，區(qū)別在于使用具有Intelicoat底涂料(獲自Intelicoat (之前為Rexam Graphics), South Hadley, MA)的集流體來(lái)代替聚乙烯醇底涂料，用以將陰極粘附到覆鋁聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯集流體上。Intelicoat集流體(包括在基板兩側(cè)上的底涂層)的厚度為12微米。
[0108]測(cè)量對(duì)比例電池的比放電容量(按mAh每克硫計(jì)),如圖4所示。如該圖中所示，實(shí)施例1的電化學(xué)電池具有的比放電容量在800mAh/gS以上的循環(huán)次數(shù)比對(duì)比例1的電化學(xué)電池的多。因此，可以推斷實(shí)施例1的未交聯(lián)聚乙烯醇第一底涂層實(shí)現(xiàn)了對(duì)陰極和覆鋁聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯集流體二者的良好粘合，并且在電化學(xué)電池中具有比對(duì)比例1的底涂料更好的穩(wěn)定性。[0109]實(shí)施例2
[0110]該實(shí)施例描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的草案，用于制造包括鋰陽(yáng)極和硫陰極的電化學(xué)電池(包括2微米厚的未交聯(lián)聚乙烯醇第一底涂層和鋁箔集流體。該實(shí)施例同樣表明第一底涂層實(shí)現(xiàn)了對(duì)集流體的良好粘合。
[0111]為了制備底涂料，在室溫混合4.5wt%的Celvol 165 (聚乙烯醇)和95.5wt%的水。然后在攪拌下將混合物加熱到91°C，直至獲得清液。通過(guò)在球磨機(jī)中用陶瓷珠研磨4.2wt%的 Vulcan XC72R 炭黑、27.88wt% 的異丙醇、5.70wt% 的水和 62.22wt% 的 Celvol 165 溶液，制備底涂料漿料。使用刮刀將漿料涂布到12微米厚的鋁箔的一面上。將涂層在烘箱中在85°C干燥3分鐘并在120°C干燥3分鐘。如按涂布的和未涂布的基板厚度之差測(cè)量的，干燥底涂層的厚度為約2微米。
[0112]通過(guò)在研磨粉碎機(jī)內(nèi)研磨83.22wt%的異丙醇、11.52wt%的硫、3.52wt%的PrintexXE-2 (炭黑)、0.32被％的石墨和1.42被％的661 Tac 100G (丙烯酸粘合劑)，來(lái)制備陰極漿料。用水和異丙醇進(jìn)一步稀釋該漿料以制備具有9wt%固體的陰極漿料，含有30wt%的水和70被％的異丙醇作為共溶劑。用刮刀將漿料涂布到底涂層的上面。所涂布的陰極在80°C干燥3分鐘并且在120°C干燥3分鐘。所涂布的陰極具有2.10mg/cm2的硫。
[0113]為制造電化學(xué)電池，將陰極、16微米厚的Tonen膜(用作隔離器)和2密耳厚的鋰箔層壓在一起并放置在小袋中。向小袋中注入0.3mL電解液(86.4wt%的1，3- 二資惡:焼、lwt%的硝酸鋰和12.6wt%的雙(三氟甲磺?；?酰亞胺鋰)。密封小袋并測(cè)量電池的比放電容量，如圖5所示。
[0114]對(duì)比例2
[0115]該對(duì)比例描述了用于制造包括鋰陽(yáng)極和硫陰極的電化學(xué)電池的草案，所述硫陰極包含標(biāo)準(zhǔn)的Intelicoat底涂料，用于和實(shí)施例2的電化學(xué)電池進(jìn)行比較。硫陰極包括6微米的覆鋁聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)集流體，其具有施加在集流體每側(cè)的兩層底涂料:第一交聯(lián)的底涂層(厚1.5微米)和第二未交聯(lián)的丙烯酸酯底涂層(厚1.5微米)。
[0116]使用并遵循實(shí)施例2中給出的材料和程序，區(qū)別在于使用3微米的雙層Intelicoat 底涂料涂層(獲自 Intelicoat (之前為 Rexam Graphics), South Hadley, MA)來(lái)代替聚乙烯醇底涂層，并且用6微米的覆鋁PET膜來(lái)代替12微米厚的鋁箔作為集流體。
[0117]測(cè)量對(duì)比例電池的比放電容量，如圖5所示。如該圖中所示，實(shí)施例2的電化學(xué)電池比對(duì)比例2的電化學(xué)電池的循環(huán)壽命更長(zhǎng)。因此，可以推論實(shí)施例2的未交聯(lián)聚乙烯醇單層底涂料實(shí)現(xiàn)了對(duì)陰極和鋁箔集流體二者的良好粘合。
[0118]實(shí)施例3
[0119]該實(shí)施例描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的草案，用于制造包括鋰陽(yáng)極和硫陰極的棱柱形電化學(xué)電池(包括雙層底涂料和鋁箔集流體，所述雙層底涂料包括未交聯(lián)聚乙烯醇層和未交聯(lián)聚乙烯醇縮丁醛/聚乙烯基吡咯烷酮乙酸乙酯共聚物層)。該實(shí)施例同樣表明雙層底涂料實(shí)現(xiàn)了對(duì)陰極和鋁箔集流體二者的良好粘合。
[0120]為了制備含有聚乙烯醇的第一底涂層，在室溫混合6.00被％的Celvol 425 (聚乙烯醇)和94.00wt%的水。然后在攪拌下將混合物加熱到91°C，直至獲得清液。通過(guò)在Eiger磨機(jī)中用玻璃珠研磨33.30wt%的異丙醇、4.20wt%的Vulcan XC72R炭黑、2.00wt%的Dowanol PM(1_ 甲氧基-2-丙醇)>25.50wt% 的水和 35.00wt% 的 Celvol 425 溶液，制備第一底涂料漿料。使用微凹版涂布頭將漿料涂布到9微米厚鋁箔的兩面上。在烘箱中干燥涂層。干燥的底涂層具有約1.4微米的厚度。
[0121]為了制備含有聚乙烯醇縮丁醛/聚乙烯基吡咯烷酮乙酸乙酯共聚物的第二底涂層，通過(guò)在Eiger磨機(jī)中用玻璃珠研磨76.90wt%的異丙醇、4.2wt%的Vulcan XC72R炭黑、
9.80wt%的Butvar B98 (聚乙烯醇縮丁醒)溶液(在異丙醇中固體為10wt%)和9.10wt%的PVP/VA 1-535 (聚乙烯基吡咯烷酮乙酸乙酯共聚物)溶液(IPA中固體為20wt%)，制備第二底涂料漿料。使用微凹版涂布頭將漿料涂布到第一底涂層的兩面上。干燥的第二底涂層具有約0.6微米的厚度。
[0122]通過(guò)在研磨粉碎機(jī)內(nèi)研磨88.00wt%的異丙醇、8.76wt%的硫、0.60%聚乙烯臘、1.92wt% 的 Printex XE-2 (炭黑)和 0.72wt% 的 Ket jen EC-600JD 炭黑，來(lái)制備陰極漿料。用模具將漿料涂布到第二底涂層上并在烘箱中進(jìn)行干燥。所涂布的陰極具有1.59mg/cm2的硫的加載量。
[0123]為制造電化學(xué)電池，將陰極、9微米厚的Tonen膜(用作隔離器)和2密耳厚的鋰箔層壓在一起以形成棱柱形電池，并放置在具有7.6g電解質(zhì)(80.1被％的1，3- 二喝烷、12.3wt%的雙(三氟甲磺酰基)酰亞胺鋰、1.0wt%的硝酸鋰、6.6wt%的Li2S6)。密封小袋并測(cè)量電池的比放電容量，如圖6所示。
[0124]對(duì)比例3
[0125]該對(duì)比例描述了用于制造包括鋰陽(yáng)極和硫陰極的棱柱形電化學(xué)電池的草案，用于和實(shí)施例3的電化學(xué)電池進(jìn)行比較。硫陰極包括12微米的鋁箔基板，其具有施加在基板每側(cè)上的雙層底涂料:第一交聯(lián)的底涂層(厚1.5微米)和第二未交聯(lián)的丙烯酸酯底涂層(厚1.5微米)。
[0126]使用并遵循實(shí)施例3中給出的材料和程序，區(qū)別在于使用3微米厚的雙層Intelicoat 底涂料(獲自 Intelicoat (正式為 Rexam Graphics), South Hadley, MA)來(lái)代替雙層底涂料，并且用12微米厚的鋁箔來(lái)代替9微米厚的鋁箔作為集流體。
[0127]測(cè)量對(duì)比例電池的比放電容量，如圖6所示。如該圖中所示，實(shí)施例3的電化學(xué)電池比對(duì)比例3的電化學(xué)電池的循環(huán)壽命更長(zhǎng)。因此，可以推論實(shí)施例3的雙層底涂料實(shí)現(xiàn)了對(duì)陰極和鋁箔集流體二者的良好粘合。
[0128]實(shí)施例4
[0129]該實(shí)施例描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的草案，用于制造包括鋰陽(yáng)極和硫陰極的電化學(xué)電池(包括雙層底涂料和鋁箔集流體，所述雙層底涂料包括未交聯(lián)聚乙烯醇層以及未交聯(lián)聚乙烯基吡咯烷酮和聚乙酸乙酯共聚物層)。該實(shí)施例同樣表明雙層底涂料實(shí)現(xiàn)了對(duì)陰極和鋁箔集流體二者的良好粘合。
[0130]為了制備含有聚乙烯醇的第一底涂層，在室溫混合6.00被％的Celvol 425 (聚乙烯醇)和94.00wt%的水。然后在攪拌下將混合物加熱到91°C，直至獲得清液。通過(guò)在Eiger磨機(jī)中用玻璃珠研磨33.30wt%的異丙醇、4.20wt%的Vulcan XC72R炭黑、2.00wt%的Dowanol PM(1_ 甲氧基-2-丙醇)>25.50wt% 的水和 35.00wt% 的 Celvol 425 溶液，制備第一底涂料漿料。使用槽模涂布頭將漿料涂布到9微米厚鋁箔的兩面上。在烘箱中干燥涂層。干燥的底涂層在基板的每側(cè)上都具有約2.0微米的厚度。
[0131]為了制備含有未交聯(lián)聚乙烯基吡咯烷酮乙酸乙酯共聚物和丙烯酸聚合物的第二底涂層，通過(guò)在瓶子中用不銹鋼球研磨8.8g的異丙醇、8.4g的水、0.4g的Dowanol PM( 1-甲氧基-2-丙醇)、0.8g的Vulcan XC 72R (炭黑)、0.8g的PVP/VA 1-535 (聚乙烯基吡咯烷酮乙酸乙酯共聚物)和0.8g的Rhoplex GL618 (丙烯酸聚合物粘合劑)，來(lái)制備第二底涂料漿料。使用刮刀將漿料涂布到第一底涂層上。在烘箱中在80°C將第二底涂層干燥3分鐘。當(dāng)施加于基板的每側(cè)上時(shí)，第二底涂層的厚度為約2微米。
[0132]通過(guò)在研磨粉碎機(jī)內(nèi)研磨88.00wt%的異丙醇、8.76wt%的硫、0.60%聚乙烯臘、1.92wt% 的 Printex XE_d (炭黑)和 0.72wt% 的 Ket jen EC-600JD 炭黑，來(lái)制備陰極漿料。用刮刀將漿料涂布到第二底涂層上。將陰極涂層在烘箱中在80°C干燥3分鐘并在120°C干燥3分鐘。
[0133]為制造電化學(xué)電池，將陰極、16微米厚的Tonen膜(用作隔離器)和2密耳厚的鋰箔
層壓在一起并放置在小袋中。向小袋中注入0.3mL電解質(zhì)(86.4wt%的1，3- 二崎烷lwt%
的硝酸鋰和12.6wt%的雙(三氟甲磺酰基)酰亞胺鋰)。密封小袋并測(cè)量電池的比放電容量，如圖7所示。
[0134]實(shí)施例5
[0135]該實(shí)施例描述了用于制造包括鋰陽(yáng)極和包含雙層底涂料的硫陰極的電化學(xué)電池的草案，所述雙層底涂料包括1.)未交聯(lián)聚乙烯醇層和2.)含有聚乙烯基吡咯烷酮/聚乙酸乙烯酯共聚合物和丙烯酸聚合物的交聯(lián)層，其中共聚物與丙烯酸聚合物的比例為2.1:1。將底涂層沉積在鋁箔集流體上。該實(shí)施例表明雙層底涂料實(shí)現(xiàn)了對(duì)陰極和鋁箔集流體二者的良好粘合。該實(shí)施例還說(shuō)明含有較高的聚乙烯基吡咯烷酮/聚乙酸乙烯酯共聚合物與丙烯酸聚合物之比(例如，2.1:1的比例，相比于實(shí)施例6中所述的0.9:1)的第二底涂層提高了第二底涂層和陰極之間的粘合。
[0136]為了制備含有聚乙烯醇的第二底涂層，遵循實(shí)施例4中所述的程序。
[0137]為了制備含有交聯(lián)的聚乙烯基吡咯烷酮乙酸乙烯酯共聚合物和丙烯酸聚合物的第二底涂層，遵循實(shí)施例4中所述的程序以獲得第二底涂料漿料。聚乙烯基吡咯烷酮/聚乙酸乙烯酯共聚合物(PVP/VA 1-535)與丙烯酸聚合物(Rhoplex GL 618)的比例為2.1:1。向7g第二底涂料漿料中加入0.2g的Pfaz 322 (多功能氮丙啶)溶液(在異丙醇中10%)和1滴氫氧化銨(29%的水溶液)。使用刮刀將漿料涂布到第一底涂層上。將第二底涂層在烘箱中在80°C干燥3分鐘。當(dāng)施用到基板的每側(cè)上時(shí)，第二底涂層的厚度為約2微米。
[0138]為了制備陰極涂層，采用實(shí)施例4中所述的陰極組合物和程序。
[0139]為制造電化學(xué)電池，將陰極、16微米厚的Tonen膜(用作隔離器)和2密耳厚的鋰箔
層壓在一起并放置在小袋中。向小袋中注入0.3mL電解質(zhì)(86.4wt%的1，3- 二p惡烷、lwt%
的硝酸鋰和12.6wt%的雙(三氟甲磺?；?酰亞胺鋰)。密封小袋并測(cè)量電池的比放電容量，如圖7所示。
[0140]實(shí)施例6
[0141]該實(shí)施例描述了用于制造包括鋰陽(yáng)極和包含雙層底涂料的硫陰極的電化學(xué)電池的草案，所述雙層底涂料包括1.)未交聯(lián)聚乙烯醇層和2.)含有聚乙烯基吡咯烷酮/聚乙酸乙烯酯共聚合物和丙烯酸聚合物的交聯(lián)層，其中共聚物與丙烯酸聚合物的比例為0.9:1。將底涂層沉積在鋁箔集流體上。該實(shí)施例同樣表明雙層底涂料實(shí)現(xiàn)了對(duì)陰極和鋁箔集流體二者的良好粘合。
[0142]為了制備含有聚乙烯醇的第一底涂層，遵循實(shí)施例3中所述的程序。
[0143]為了制備含有交聯(lián)的聚乙烯基吡咯烷酮/乙酸乙烯酯共聚合物和丙烯酸聚合物的第二底涂層，通過(guò)在瓶子中用不銹鋼球研磨8.6g的異丙醇、8.6g的水、0.4g的DowanolPM (1-甲氧基-2-丙醇)、0.8g 的 Vulcan XC72R (炭黑)、0.5g 的 PVP/VA 1-535 (聚乙烯基吡咯烷酮-乙酸乙烯酯共聚物)和1.2g的Rhoplex GL618 (丙烯酸聚合物粘合劑)，來(lái)制備第二底涂料漿料預(yù)混物。聚乙烯基吡咯烷酮/聚乙酸乙烯酯共聚合物(PVP/VA1-535)與丙烯酸聚合物(Rhoplex GL 618)的比例為0.9:1。將預(yù)混物與0.2g的Pfaz 322 (多功能氮丙啶)溶液(在異丙醇中10wt%)和1滴氫氧化銨(29wt%的水溶液)進(jìn)行混合。當(dāng)施加于集流體的每側(cè)上時(shí)，第二底涂層的厚度為約2微米。
[0144]為制造電化學(xué)電池，將陰極、9微米厚的Tonen膜(用作隔離器)和2密耳厚的鋰
箔層壓在一起以形成棱柱形電池，并放置在具有7.6g電解質(zhì)(80.1被％的1，3- 二噴烷、
12.3wt%的雙(三氟甲磺酰基)酰亞胺鋰、1.0wt%的硝酸鋰和6.6wt%的Li2S6)的小袋中。密封小袋并測(cè)量電池的比放電容量，如圖7所示。
[0145]對(duì)比例4
[0146]該對(duì)比例描述了用于制造包括鋰陽(yáng)極和硫陰極的電化學(xué)電池的草案，用于和實(shí)施例4、5和6的電化學(xué)電池進(jìn)行比較。硫陰極包括6微米的覆鋁聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)集流體，其具有施加在集流體每側(cè)上的雙層底涂料:第一交聯(lián)的底涂層(厚1.5微米)和第二未交聯(lián)的丙烯酸酯底涂層(厚1.5微米)。
[0147]使用并遵循實(shí)施例3中給出的材料和程序以制備電化學(xué)電池，區(qū)別在于使用涂布在集流體兩側(cè)上的3微米厚雙層Intelicoat底涂料(獲自Intelicoat (之前為RexamGraphics), South Hadley，MA)來(lái)代替雙層底涂料，并且用6微米厚的覆鋁聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯集流體來(lái)代替9微米厚的鋁箔集流體。
[0148]測(cè)量對(duì)比例電池的比放電容量，如圖7中所示。如該圖所示，實(shí)施例5的電化學(xué)電池具有最高的比放電容量，隨后是實(shí)施例6的電池，最后是實(shí)施例4的電池。這些比放電容量都比對(duì)比例4的電化學(xué)電池的高。因此，可以推斷，實(shí)施例4、5和6的雙層底涂層實(shí)現(xiàn)了對(duì)陰極和鋁箔集流體二者的良好粘合。該實(shí)施例還說(shuō)明實(shí)施例5的第二底涂層，其含有比實(shí)施例6更高的聚乙烯基吡咯烷酮/聚乙酸乙烯酯共聚合物與丙烯酸聚合物之比，導(dǎo)致第二底涂層和陰極之間的粘合性提聞。
[0149]實(shí)施例7
[0150] 該實(shí)施例描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的草案，用于制造包括鋰陽(yáng)極和硫陰極的電化學(xué)電池，所述硫陰極含有由鋁箔集流體負(fù)載的2微米厚交聯(lián)聚乙烯醇單層底涂料。該實(shí)施例還表明單層底涂料對(duì)集流體和陰極活性材料都實(shí)現(xiàn)了良好粘合。
[0151]為了制備交聯(lián)底涂料，在室溫混合4.5wt%的Celvol 165 (聚乙烯醇)和95.5wt%的水。然后在攪拌下將混合物加熱到90°C，直至獲得清液。通過(guò)在球磨機(jī)中用陶瓷珠研磨
4.2wt% 的 Vulcan XC72R 炭黑、23.99wt% 的異丙醇、5.70wt% 的水和 62.22wt% 的 Celvoll65溶液，制備底涂料漿料。通過(guò)將16.67wt%的Polycup 172和83.33wt%的水混合，制備2wt%的Polycup 172溶液(含有交聯(lián)劑)。最終的底涂料漿料是通過(guò)使底涂料漿料與2wt%的Polycup 172溶液在涂布之前進(jìn)行混合來(lái)制備的。使用刮刀將最終的底涂料漿料涂布到12微米厚的鋁箔的一側(cè)上。將涂層在涂布機(jī)的烘箱中進(jìn)行干燥。干燥的底涂層的厚度為約2微米。
[0152]通過(guò)在瓶子中用不銹鋼球研磨40.50wt%的水、45.00wt%的異丙醇、4.50wt%的Dowanol PM( 1-甲氧基-2-丙醇)、6.50wt% 的硫、2.00wt% 的 Printex XE_2(炭黑)和 1.50wt%的石墨，來(lái)制備陰極漿料。用模具將漿料涂布到上述底涂層上并在涂布機(jī)的烘箱中進(jìn)行干燥。所涂布的陰極具有1.66mg/cm2的硫。
[0153]為制造電化學(xué)電池，將陰極、16微米厚的Tonen膜(用作隔離器)和2密耳厚的鋰
箔層壓在一起并放置在小袋中。向小袋中注入0.3mL TEK1電解質(zhì)(86.4wt%的1，3- 二<
烷、lwt%的硝酸鋰和12.6wt%的雙(三氟甲磺?；?酰亞胺鋰)。密封小袋并測(cè)量電池的比放電容量，如圖8所示。
[0154]如圖8所示，實(shí)施例7的電化學(xué)電池比對(duì)比例5的電化學(xué)電池(其包括標(biāo)準(zhǔn)的Intelicoat底涂料)的比放電容量更高，尤其是在較多循環(huán)次數(shù)之后。因此，可以推論實(shí)施例7的未交聯(lián)聚乙烯醇單層底涂料對(duì)陰極活性層和集流體都實(shí)現(xiàn)了良好粘合。
[0155]對(duì)比例5
[0156]按照實(shí)施例8中所述的相同程序來(lái)制造并測(cè)試小的扁平電池，區(qū)別在于陰極活性材料被涂布在6微米覆鋁PET膜上的Intelicoat底涂料上。
[0157]實(shí)施例8
[0158]該實(shí)施例描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的草案，用于制造包括鋰陽(yáng)極和硫陰極的電化學(xué)電池，所述硫陰極含有由鋁箔集流體負(fù)載的2微米厚交聯(lián)聚乙烯醇單層底涂料。該實(shí)施例同樣表明單層底涂料對(duì)集流體和陰極活性材料都實(shí)現(xiàn)了良好粘合。
[0159]為了制備單層底涂料，在室溫混合8wt%的聚乙烯醇(Celvol 425)和92wt%的水。然后在攪拌下將混合物加熱到91°C，直至獲得清液。通過(guò)在容器中將31.33wt%的異丙醇、
5.00wt% 的 Dowanol PM(1_ 甲氧基 _2_ 丙醇),20.20wt% 的水和 36.00wt% 的 Celvol 425 溶液(在水中8.00wt%)進(jìn)行混合來(lái)制備底涂料漿料，以形成Celvol 425混合物。然后在攪拌下向Celvol 425混合物中加入4.8wt%的Vulcan XC72R炭黑。然后在Eiger磨機(jī)中將該漿料研磨40分鐘。接著，將所研磨的漿料與2.67wt%的Polycupl72溶液(含有交聯(lián)劑)在涂布之前進(jìn)行混合。用槽模涂布頭將漿料涂布到7微米厚鋁箔的兩面上。將涂層在烘箱中在約100°C進(jìn)行干燥。干燥的底涂層的厚度為約2.0微米。使用三豐厚度儀(日本)測(cè)量厚度。在基板(A1/PET基板)被涂布之前，然后在其涂布了干燥的底涂料之后進(jìn)行測(cè)量。作為涂布的和未涂布的基板之差測(cè)量底涂料涂層的厚度。
[0160]通過(guò)在玻璃瓶中用不銹鋼球研磨40.50wt%的水、45.00wt%的異丙醇、4.50wt%的 Dowanol PM (1-甲氧基-2-丙醇)、6.50wt% 的硫、2.00wt% 的 Printex XE-2 (炭黑)和1.50wt%的石墨，來(lái)制備陰極漿料。用模具將漿料涂布到上述底涂層上并在涂布機(jī)的烘箱中進(jìn)行干燥。所涂布的陰極具有1.66mg/cm2的硫。
[0161]為制造電化學(xué)電池，將陰極、16微米厚的Tonen膜(用作隔離器)和2密耳厚的鋰箔層壓在一起并放置在小袋中(小的扁平電池)。向小袋中注入0.3mL電解液(86.4wt%的
1，3- 二嚅烷、lwt%的硝酸鋰和12.6wt%的雙(三氟甲磺?；?酰亞胺鋰)。密封小袋進(jìn)行測(cè)試。[0162]圖9中示出了實(shí)施例8和對(duì)比例6中所制造的電池的放電容量。如該圖中所示，實(shí)施例8的電化學(xué)電池具有比對(duì)比例6的電化學(xué)電池更高的比放電容量，尤其是在較多的循環(huán)次數(shù)之后。實(shí)施例8的電化學(xué)電池還具有比對(duì)比例6的電池更長(zhǎng)的循環(huán)壽命。因此，可以推斷實(shí)施例8的未交聯(lián)聚乙烯醇單層底涂料對(duì)陰極活性層和集流體都實(shí)現(xiàn)了良好粘合。
[0163]對(duì)比例6
[0164]該對(duì)比例描述了用于制造包括鋰陽(yáng)極和硫陰極的電化學(xué)電池的草案，所述硫陰極含有2微米厚未交聯(lián)聚乙烯醇單層底涂料，用于和實(shí)施例8的電化學(xué)電池進(jìn)行比較。
[0165]為了制備未交聯(lián)單層底涂料，在室溫混合8wt%的聚乙烯醇(Celvol425)和92wt%的水。然后在攪拌下將混合物加熱到91°C，直至獲得清液。通過(guò)在容器中將30.00wt%的異丙醇、5.00wt% 的 Dowanol PM(1_ 甲氧基-2-丙醇)>20.20wt% 的水和 40.00wt% 的 Celvol425溶液(在水中8.00wt%)進(jìn)行混合來(lái)制備底涂料漿料，以形成Celvol 425混合物。然后在攪拌下向Celvol 425混合物中加入4.8wt%的Vulcan XC72R炭黑。然后在Eiger磨機(jī)中將該漿料研磨40分鐘。用槽模涂布頭將漿料涂布到7微米厚鋁箔的兩側(cè)上。將涂層在涂布機(jī)的烘箱中進(jìn)行干燥。
[0166]干燥的底涂層的厚度為約2.0微米。使用三豐厚度儀(日本)測(cè)量厚度。在基板(A1/PET基板)被涂布之前，然后在其涂布了干燥的底涂料之后進(jìn)行測(cè)量。作為涂布的和未涂布的基板之差測(cè)量底涂料涂層的厚度。
[0167]將與實(shí)施例8相同的陰極漿料涂布到上述底涂料上。所涂布的陰極具有1.60mg/cm2的硫的加載量。根據(jù)實(shí)施例8中所述的程序來(lái)制造電化學(xué)電池。
[0168]實(shí)施例9
[0169]該實(shí)施例描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案，包括鋰陽(yáng)極和硫陰極的電化學(xué)電池的制造和循環(huán)性，所述硫陰極包括由12微米厚的鋁箔集流體負(fù)載的2微米厚未交聯(lián)聚乙烯醇單層底涂料。該實(shí)施例表明用上述底涂料制造的電化學(xué)電池具有比使用市售Intelicoat底涂料制造的電池更佳的性能特性(例如，更高的放電容量和比能量密度)。
[0170]為了制備底涂料，使用槽模將在水/異丙醇混合物中具有50wt%Vulcan XC72R(炭黑)、10wt%石墨和40wt%的聚乙烯醇(Celvol 425)組成的漿料涂布到12微米厚鋁箔的兩側(cè)上。將涂層在烘箱中在約100°C進(jìn)行干燥。干燥的底涂層在鋁箔的每側(cè)上都具有約2微米的厚度。底涂層對(duì)鋁箔具有良好的粘合性。
[0171]通過(guò)在異丙醇中研磨68wt%硫、12wt%的Printex XE_2(炭黑)、10wt%的石墨、5wt%的Ketjen炭黑和5wt%的EAA (丙烯酸粘合劑),來(lái)制備陰極衆(zhòng)料。衆(zhòng)料涂布在每個(gè)底涂層的頂面上。所涂布的陰極在110°C進(jìn)行干燥。涂布的陰極具有1.57mg/cm2的硫。
[0172]所用的陽(yáng)極電極是50微米厚的Li箔。
[0173]用9微米厚的聚烯烴隔離器將陰極和陽(yáng)極卷繞在一起形成類果凍卷(jellyroll)0活性電極的面積為1141cm2。陰極和陽(yáng)極觸片被連接到類果凍卷上。將類果凍卷放入軟的填充有7.6g液體電解質(zhì)的多層封裝材料內(nèi)，并進(jìn)行熱封。電解質(zhì)具有如下組成:42.32界七％的1，3-二喝烷、42.32wt%的1，2-二甲氧基乙烷、4wt%的雙(三氟甲磺?；?
酰亞胺鋰、3.77wt%的硝酸鋰、6.2wt%的Li2S8、lwt%的硝酸胍和0.4wt%的卩比卩定硝酸鹽。
[0174]新制的電化學(xué)電池的AC 1kHz阻抗70毫歐。棱柱形電池質(zhì)量約17.3g。使電池在500mA (C/5倍率)下放電至1.7V的截止電壓。在C/5速率下的電池放電容量為2656mAh。在C/5速率下的比能量為323Wh/kg。
[0175]對(duì)比例7
[0176]類似于實(shí)施例9中所述制造電化學(xué)電池，區(qū)別在于將Intelicoat底涂料(獲自Intelicoat (之前為 Rexam Graphics), South Hadley, MA)涂布到 12 微米 A1 箔的兩面上來(lái)代替實(shí)施例9中所述的底涂料。
[0177]新制的電化學(xué)電池的AClkHz阻抗為160?200毫歐。使電化學(xué)電池在實(shí)施例9中所述的相同條件下放電。在C/5速率下的電池放電容量為1868mAh。在C/5速率下的比能量為218Wh/kg。
[0178]實(shí)施例10
[0179]該實(shí)施例描述了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，包括鋰陽(yáng)極和硫陰極的電化學(xué)電池的制造和循環(huán)性，所述硫陰極包括由7微米厚的鋁箔集流體負(fù)載的2微米厚未交聯(lián)聚乙烯醇單層底涂料。該實(shí)施例表明用上述底涂料制造的電化學(xué)電池具有比使用市售Intelicoat底涂料制造的電池更佳的性能特性(例如，較低的面積比電阻和直流電阻)。
[0180]在實(shí)施例9中所述的底涂層的兩面上都涂布了 7微米厚的鋁箔。
[0181]通過(guò)在異丙醇中研磨73wt%的硫、16wt%的Printex XE-2 (炭黑)、6wt%的Ketjen炭黑和5wt%的聚乙烯粉末，來(lái)制備陰極漿料。漿料涂布在每個(gè)底涂層的頂面上。所涂布的陰極具有1.58mg/cm2的硫加載量。
[0182]所用的陽(yáng)極電極為50微米厚的Li箔。
[0183]用9微米厚的聚烯烴隔離器將陰極和陽(yáng)極卷繞在一起形成類果凍卷?；钚噪姌O的面積為1165cm2。鎳陰極和陽(yáng)極觸片被連接到類果凍卷上。鎳陰極和陽(yáng)極觸片的組合電阻(Rtab)為15毫歐。使用實(shí)施例9中所述的相同材料和方法來(lái)組裝和填充電池。
[0184]使電池放充電4次。放電條件如下:電流500mA，截止電壓1.7V。充電條件如下:電流315mA。截止電壓2.5V。在第5循環(huán)，使全充電的電池在0.5A?8.8A的不同電流I下放電。在不同電流下于放電中間測(cè)量電池電壓V(I)。根據(jù)方程式1，按在該點(diǎn)的電池開路電壓和在某一電流下的電壓之差來(lái)計(jì)算電池極化。圖10中對(duì)相對(duì)于放電電流的電池極化進(jìn)行了作圖。該圖的斜率(線50)代表了根據(jù)方程式2的電池直流電阻。DCR的數(shù)值為
22.6毫歐。
[0185]為了測(cè)定陰極-隔離器-陽(yáng)極電池堆的面積比電阻，根據(jù)方程式3，首先用觸片電阻來(lái)校正電池DCR，然后考慮進(jìn)活性電極面積Α轉(zhuǎn)化為ASR。ASR的數(shù)值為8.950歐姆μπι2。
[0186]對(duì)比例8
[0187]類似于實(shí)施例10中所述制造電化學(xué)電池，區(qū)別在于將Intelicoat底涂料(獲自Intelicoat (正式為 Rexam Graphics), South Hadley, MA)涂布到 7 微米厚 A1 箔集流體的兩面上來(lái)代替實(shí)施例10中所述的底涂料。
[0188]使用實(shí)施例10中所述的相同方法來(lái)進(jìn)行電化學(xué)電池的組裝和電學(xué)測(cè)試。與放電電流相對(duì)的Intelicoat底涂料電池的極化電阻表示在圖10的線52中。由該圖的斜率所代表的DCR的數(shù)值為72.3毫歐。電池的ASR為66.8歐姆.cm2，這是使用方程式3計(jì)算的。
[0189]如圖10所示并且如本文所述的，實(shí)施例10的電化學(xué)電池與對(duì)比例8的電池相比，具有較低的以放電電流為函數(shù)的電池極化(并因此，具有較低的直流電阻和面積比電阻)。這表明與對(duì)比例8的底涂料相比，聚乙烯醇底涂料促進(jìn)了硫陰極和A1箔集流體之間的更好的粘合性和導(dǎo)電性。
[0190]盡管文中已經(jīng)對(duì)本發(fā)明的數(shù)個(gè)實(shí)施方案進(jìn)行了描述和說(shuō)明，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將易于想到多種實(shí)現(xiàn)本文中所述功能和/或獲得本文中所述結(jié)果和/或一種或更多種所述優(yōu)點(diǎn)的其他措施和/或結(jié)構(gòu)，并且所有的這些改變和/或變更都被認(rèn)為在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。更具體而言，本領(lǐng)域技術(shù)人員將易于理解文中所述的所有參數(shù)、尺寸、材料和構(gòu)造是為了示例的，并且實(shí)際的參數(shù)、尺寸、材料和/或構(gòu)造將取決于使用本發(fā)明教導(dǎo)的具體應(yīng)用。本領(lǐng)域技術(shù)人員只不過(guò)使用例行試驗(yàn)，就將認(rèn)識(shí)到或者能夠確定文中所述的本發(fā)明具體實(shí)施方案的許多等價(jià)物。因此要理解，前述實(shí)施方案僅僅是為了舉例而給出的，并且在所附權(quán)利要求書和其等價(jià)物的范圍內(nèi)，可以以不同于具體所述和所主張的方式來(lái)實(shí)施本發(fā)明。本發(fā)明涉及文中所述的各個(gè)單獨(dú)的特征、體系、制品、材料、成套工具和/或方法。此外，兩種或多種這樣的特征、體系 、制品、材料、成套工具和/或方法的組合，如果這樣的特征、體系、制品、材料、成套工具和/或方法并非相互矛盾，則也包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
[0191]本文所定義和使用的所有定義應(yīng)當(dāng)理解為優(yōu)先于字典中定義、通過(guò)引用并入的文件中的定義，和/或所定義術(shù)語(yǔ)的普通含義。
[0192]除非另外清楚表明，否則本文在說(shuō)明書和權(quán)利要求書中不用數(shù)量詞修飾時(shí)，應(yīng)當(dāng)理解為意指“至少一種”。
[0193]本說(shuō)明書和權(quán)利要求書中用到的表述“和/或”應(yīng)理解為指所連結(jié)的要素之“任一或二者”，即要素有時(shí)連在一起出現(xiàn)、有時(shí)分開出現(xiàn)。用“和/或”羅列的多個(gè)要素應(yīng)以相同的方式理解，即這樣連結(jié)起來(lái)的要素之“一者或多者”。除“和/或”從句明確指出的要素外，其他要素也可任選存在，無(wú)論與那些明確指出的要素相關(guān)還是不相關(guān)。因此，作為非限制性的實(shí)例，當(dāng)與開放式語(yǔ)言如“包含”一起使用時(shí)，“A和/或B”的提及在一個(gè)實(shí)施方案中可僅指A (任選包括B之外的要素)；在另一個(gè)實(shí)施方案中可僅指B (任選包括A之外的要素)；而在另一個(gè)實(shí)施方案中可指A和B (任選包括其他要素)；等等。
[0194]本說(shuō)明書和權(quán)利要求書中所用的“或”應(yīng)理解為具有與上面定義的“和/或”相同的含義。例如，在列表中分開列舉項(xiàng)目時(shí)，“或”或“和/或”應(yīng)理解為包括性的，即包括許多要素或要素列表中的至少一個(gè)但也包括一個(gè)以上，并任選包括另外的未列出的項(xiàng)目。只有明確指出相反的術(shù)語(yǔ)例如“僅……之一”或“確切地……之一”或當(dāng)在權(quán)利要求書中使用“由……組成”時(shí)指包括許多要素或要素列表中的恰好一個(gè)要素。通常，當(dāng)前面有排他性的
術(shù)語(yǔ)如“任一 ”、“......中之一”、“僅......中之一 ”或“......中確切之一”時(shí)，本文中用到的術(shù)
語(yǔ)“或”應(yīng)僅理解為表示排他的或者(即“一個(gè)或另一個(gè)而非二者”)。用于權(quán)利要求書中時(shí)，“基本由……組成”應(yīng)具有其在專利法領(lǐng)域中所用的普通含義。
[0195]本說(shuō)明書和權(quán)利要求書中指代一個(gè)或更多要素的列表所用到的表述“至少一個(gè)”應(yīng)理解為意指選自要素列表中任何一個(gè)或更多要素中的至少一個(gè)要素，但不一定包括要素列表內(nèi)明確列出的至少每一個(gè)要素，也不排除要素列表中要素的任何組合。在該定義下，除要素列表內(nèi)由表述“至少一個(gè)”所明確指出的要素外的要素也可任選存在，而無(wú)論其與那些明確指出的要素相關(guān)還是不相關(guān)。因此，作為非限制性的實(shí)例，“A和B中的至少一個(gè)”(或等價(jià)于“A或B中的至少一個(gè)”或等價(jià)于“A和/或B中的至少一個(gè)”在一個(gè)實(shí)施方案中可指至少一個(gè)、任選包括一個(gè)以上A而無(wú)B存在(并任選包括B之外的要素)；在另一個(gè)實(shí)施方案中可指至少一個(gè)、任選包括一個(gè)以上B而無(wú)A存在(并任選包括A之外的要素)；而在另一個(gè)實(shí)施方案中可指至少一個(gè)、任選包括一個(gè)以上A和至少一個(gè)、任選包括一個(gè)以上B (并任選包括其他要素)；等。
[0196]還應(yīng)理解，除非有明確相反的指示，否則本文中要求保護(hù)的包含一個(gè)以上步驟或行動(dòng)的任何方法中，方法的步驟或行動(dòng)的順序不一定限于所給的方法的步驟或行動(dòng)的順序。
[0197]在權(quán)利要求書和以上說(shuō)明書中，所有過(guò)渡詞語(yǔ)如“包含”、“包括”、“帶有”、“具有”、“含有”、“涉及”、“持有”、“包括”等均應(yīng)理解為開放式的，即指包括但不限于。僅過(guò)渡詞語(yǔ)“由……組成”和“基本由……組成”應(yīng)當(dāng)分別對(duì)應(yīng)于封閉或半封閉式的過(guò)渡詞語(yǔ)，如美國(guó)專利局專利審查程序手冊(cè)第2111.03部分中所規(guī)定的。
[0198]附記
[0199]附記1.一種電極，其包括:導(dǎo)電載體；與所述導(dǎo)電載體相鄰布置的且含有第一聚合物材料的第一底涂層，其中所述第一底涂層含有少于30wt%的交聯(lián)聚合物材料；與所述第一底涂層相鄰布置的且含有第二聚合物材料的第二底涂層，其中所述第二底涂層含有少于30wt%的交聯(lián)聚合物材料；和與所述第二底涂層電連通的電極活性層。
[0200]附記2.附記1的電極，其中所述第一聚合物材料含有羥基官能團(tuán)。
[0201]附記3.附記1的電極，其中所述第一聚合物材料為聚乙烯醇。
[0202]附記4.附記1的電極，其中所述第一和第二聚合物材料含有聚乙烯醇。
[0203]附記5.附記1的電極，其中所述第一底涂層含有基本上未交聯(lián)的聚合物材料。
[0204]附記6.附記1的電極，其中所述第二底涂層含有基本上未交聯(lián)的聚合物材料。
`[0205]附記7.附記1的電極，其中至少一部分的第一底涂層與至少一部分的第二底涂層相交聯(lián)。
[0206]附記8.附記1的電極，其中所述第二聚合物材料包括聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯酸酯或者聚乙烯醇縮丁醛。
[0207]附記9.附記1的電極，其中所述第二底涂層與所述電極活性層直接相鄰。
[0208]附記10.附記1的電極，其中所述電極活性材料包括正電極材料。
[0209]附記11.附記1的電極，其中所述電極活性材料包括電極活性的含硫材料。
[0210]附記12.附記1的電極，其中所述第一和/或第二底涂層含有少于20wt%的交聯(lián)聚合物材料。
[0211]附記13.附記1的電極，其中所述第一和/或第二底涂層含有少于10wt%的交聯(lián)聚合物材料。
[0212]附記14.附記1的電極，其中所述第一底涂層所包含的聚合物材料的總量為所述第一底涂層的30~60wt%。
[0213]附記15.附記1的電極，其中所述第二底涂層所包含的聚合物材料的總量為所述第二底涂層的30~60wt%。
[0214]附記16.—種集流體,其包括:導(dǎo)電載體；與所述導(dǎo)電載體相鄰布置的且含有第一聚合物材料的第一底涂層；和與所述第一底涂層相鄰布置的且含有第二聚合物材料的第二底涂層，其中所述第一和/或第二聚合物材料含有羥基官能團(tuán)。
[0215]附記17.附記16的集流體，其中所述第一聚合物材料含有羥基官能團(tuán)。
[0216]附記18.附記16的集流體，其中所述第一聚合物材料是聚乙烯醇。[0217]附記19.附記16的集流體，其中所述第二聚合物材料含有羥基官能團(tuán)。
[0218]附記20.附記16的集流體，其中所述第二聚合物材料是聚乙烯醇。
[0219]附記21.附記16的集流體，其中所述第一和/或第二底涂層含有少于30wt%的交聯(lián)聚合物材料。
[0220]附記22.附記16的集流體，其中所述第一底涂層含有少于30wt%的交聯(lián)聚合物材料。
[0221]附記23.附記16的集流體，其中所述第一底涂層基本上不含共價(jià)交聯(lián)的聚合物材料。
[0222]附記24.附記16的集流體，其中所述第一底涂層含有少于30wt%的交聯(lián)聚乙烯醇。
[0223]附記25.附記16的集流體，其中所述第一和第二底涂層中之一含有少于30wt%的交聯(lián)聚合物材料，而所述第一和第二底涂層中的另一個(gè)含有大于30wt%的交聯(lián)聚合物材料。
[0224]附記26.附記16的集流體，其中所述第二聚合物材料包括聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯酸酯或者聚乙烯醇縮丁醛。
[0225]附記27.附記16的集流體，其中所述電極活性材料包括正電極材料。
[0226]附記28.附記16的集流體，其中所述電極活性材料包括電極活性的含硫材料。
[0227]附記29.附記16的集流體，其中所述第二底涂層與所述電極活性層直接相鄰。
[0228]附記30.—種電極，其包括附記16的集流體。
[0229]附記31.—種陰極，其包括附記16的集流體。
[0230]附記32.附記16的集流體，其中在所述層干燥后，所述第一和/或第二底涂層所包含的導(dǎo)電填料分別為所述第一和/或第二底涂層的10?90wt%。
[0231]附記33.—種電極,其包括:導(dǎo)電載體；與所述導(dǎo)電載體相鄰布置的且含有第一聚合物材料的第一底涂層，其中所述第一底涂層含有大于30wt%的交聯(lián)聚合物材料；與所述第一底涂層相鄰布置的且含有第二聚合物材料的第二底涂層，其中所述第二底涂層含有大于30wt%的交聯(lián)聚合物材料；和與所述第二底涂層電連通的電極活性層。
[0232]附記34.—種形成陰極的方法，其包括:與導(dǎo)電載體相鄰布置至少一個(gè)底涂層，所述底涂層包含含有羥基官能團(tuán)的聚合物材料；與所述底涂層相鄰布置陰極漿料，所述陰極漿料含有陰極活性材料、導(dǎo)電填料和溶劑，其中所述陰極漿料包含大于10wt%的水；和從所述陰極漿料中除去至少一部分溶劑。
[0233]附記35.附記34的方法，其中所述底涂層通過(guò)在高于80°C的溫度下在溶劑中混合聚合物材料進(jìn)行處理。
[0234]附記36.附記34的方法，其中所述陰極活性材料含有硫。
[0235]附記37.附記34的方法，其中至少一部分的聚合物材料是交聯(lián)的。
[0236]附記38.附記34的方法，其中所述底涂層含有大于30wt%的交聯(lián)聚合物材料。
[0237]附記39.附記34的方法，其中所述底涂層含有少于30wt%的交聯(lián)聚合物材料。
[0238]附記40.附記34的方法，其中所述底涂層所含有的聚合物材料的總量為所述底涂層的30?60wt%o
[0239]附記41.附記34的方法，其中所述陰極漿料含有大于20wt%的水。[0240]附記42.附記34的方法，其中所述陰極漿料含有大于30wt%的水。
[0241]附記43.附記34的方法，其中所述聚合物材料含有羥基。
[0242]附記44.附記34的方法，其中所述聚合物材料包括聚乙烯醇。
[0243]附記45.附記34的方法，其中在所述層干燥后，所述底涂層含有的導(dǎo)電填料為所述底涂層的10?90wt%。
[0244]附記46.附記34的方法，還包括與所述底涂層相鄰布置第二底涂層。
[0245]附記47.—種陰極，其包括:導(dǎo)電載體；與所述導(dǎo)電載體相鄰布置的且包含聚合物材料的底涂層，所述聚合物材料含有羥基官能團(tuán)；和與所述底涂層電連通的陰極活性層，其中在所述陰極活性層的制備過(guò)程中，在干燥之前其含有大于30wt%的水。
[0246]附記48.附記47的陰極，其中所述陰極活性層含有硫作為活性陰極材料。
[0247]附記49.附記47的陰極，其中至少一部分的聚合物材料是交聯(lián)的。
[0248]附記50.附記47的陰極，其中所述底涂層含有大于30wt%的交聯(lián)聚合物材料。
[0249]附記51.附記47的陰極，其中所述底涂層含有小于30wt%的交聯(lián)聚合物材料。
[0250]附記52.附記47的陰極，還包括與所述底涂層相鄰布置的第二底涂層。
[0251]附記53.—種形成陰極的方法，其包括:在高于80°C的溫度下在溶劑中混合含有羥基官能團(tuán)的聚合物材料；向所述聚合物材料和溶劑中加入導(dǎo)電填料以形成底涂料漿料；在導(dǎo)電載體上布置所述底涂料漿料以形成底涂層；與所述底涂層相鄰布置陰極漿料，所述陰極漿料含有陰極活性材料、導(dǎo)電填料和溶劑；以及從所述陰極漿料中除去至少一部分溶劑。
[0252]附記54.附記53的方法，其中所述陰極漿料含有大于30wt%的水。
[0253]附記55.—種鋰電池，其包括:含有鋰金屬作為活性陽(yáng)極物質(zhì)的陽(yáng)極；含有由集流體負(fù)載的硫作為活性陰極物質(zhì)的陰極，其中所述鋰電池的面積比電阻小于50歐姆.cm2。
[0254]附記56.附記55的鋰電池，其中所述面積比電阻小于10歐姆.cm2。
[0255]附記57.附記55的鋰電池，還包括位于所述活性陰極物質(zhì)和所述集流體之間的底涂層。
[0256]附記58.附記57的鋰電池，其中所述底涂層包含含有羥基的聚合物材料。
[0257]附記59.附記57的鋰電池，其中所述底涂層含有聚乙烯醇。
[0258]附記60.附記58的鋰電池，其中所述聚乙烯醇是至少部分交聯(lián)的。
[0259]附記61.附記58的鋰電池，其中所述聚乙烯醇是基本上未交聯(lián)的。
[0260]附記62.附記55的鋰電池，具有至少250Wh/kg的能量密度。
【權(quán)利要求】
1.一種電極,其包括:導(dǎo)電載體；底涂層，所述底涂層含有未交聯(lián)的聚合物材料，其中所述底涂層與所述導(dǎo)電襯底相鄰布置并且粘附至所述導(dǎo)電襯底；以及電活性層，所述電活性層粘附至所述底涂層并且與所述底涂層電連通。
2.權(quán)利要求1的電極，其中所述第一聚合物材料含有羥基官能團(tuán)。
3.權(quán)利要求1的電極，其中所述第一聚合物材料含有聚乙烯醇。
4.權(quán)利要求1的電極，其中所述第一聚合物材料是聚乙烯醇。
5.權(quán)利要求1的電極,其中所述電極活性材料包括正電極材料。
6.權(quán)利要求1的電極，其中所述電極活性材料包括電極活性的含硫材料。
7.權(quán)利要求1的電極，其中所述電極活性材料含有元素硫。
8.權(quán)利要求1的電極，其中所述電極是陰極。
9.權(quán)利要求1的電極，其中在所述底涂層干燥后，所述底涂層含有的導(dǎo)電填料為所述底涂層的10?90wt%。
10.權(quán)利要求1的電極，其中在所述底涂層干燥后，所述底涂層含有的導(dǎo)電填料為所述底涂層的40?80wt%。
11.權(quán)利要求9的電極，其中所述導(dǎo)電填料為炭黑。
12.權(quán)利要求1的電極，其中所述底涂層基本上不含交聯(lián)的聚合物材料。
13.權(quán)利要求1的電極，其中所述聚合物材料的至少一部分是交聯(lián)的。
14.權(quán)利要求1的電極，其中所述底涂層含有少于30wt%的交聯(lián)聚合物材料。
15.權(quán)利要求1的電極，其中所述底涂層含有少于30wt%的交聯(lián)聚乙烯醇。
16.權(quán)利要求1的電極，其中所述底涂層含有少于20wt%的交聯(lián)聚合物材料。
17.權(quán)利要求1的電極，其中所述底涂層含有少于10wt%的交聯(lián)聚合物材料。
18.權(quán)利要求1的電極，其中所述底涂層的厚度小于約10微米。
19.權(quán)利要求1的電極，其中所述底涂層的厚度小于約3微米。
20.權(quán)利要求1的電極，其中所述第一底涂層所包含的聚合物材料的總量為所述第一底涂層的30?60wt%。
21.權(quán)利要求1的電極，還包括與所述底涂層相鄰布置的第二底涂層，其中所述第二底涂層含有第二聚合物材料。
22.權(quán)利要求21的電極，其中所述第二聚合物材料的至少一部分是未交聯(lián)的。
【文檔編號(hào)】H01M4/139GK103633285SQ201310506813
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2008年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2007年10月26日
【發(fā)明者】王勇忠, 許哲生, 約翰·D·阿菲尼托, 查爾斯·D·斯卡格斯 申請(qǐng)人:賽昂能源有限公司