箔、鎳箔、銅合金箔及其組入口 ο
[0089]在本發(fā)明的一個實施方案中，可以使用由鹽和能溶解或解離該鹽的有機溶劑所組成的電解質(zhì)。該鹽具有由Α+Β表示的結(jié)構(gòu)，其中Α +是堿金屬陽離子諸如Li +、Na\ K+及其組合且 Β 是陰離子諸如 PF 6、BF4、Cl、Br、1、C104、AsF6、CH3C02、CF3S03、N(CF3S02)2、C(CF2S02)3及其組合。適合溶解或解離該鹽的有機溶劑的實例包括但不限于碳酸亞丙酯(PC)、碳酸亞乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二丙酯(DPC)、二甲基亞砜、乙腈、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、四氫呋喃、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、碳酸甲乙酯(EMC)、γ -丁內(nèi)酯及它們的混合物。
[0090]依照成品的制造方法和期望的物理性質(zhì)，可在制造電池期間的任何適合步驟中導(dǎo)入電解質(zhì)。具體地，可在電池組裝前或在電池組裝的最后步驟中導(dǎo)入電解質(zhì)。
[0091]并且，根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種電極結(jié)構(gòu)，其包含電極集電器；在電極集電器的至少一個表面上形成的電極活性材料層；及根據(jù)本發(fā)明的在電極集電器的另一個表面上形成的有機/無機復(fù)合多孔膜。
[0092]參照示意性顯示根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的電極結(jié)構(gòu)的圖3，本發(fā)明的電極結(jié)構(gòu)包含電極集電器20、在電極集電器的至少一個表面上形成且包含電極活性材料5的電極活性材料層22 ;及有機/無機復(fù)合多孔膜21，其在電極集電器的另一個表面上形成且包含無機粒子或其替代物1，所述無機粒子或其替代物1由包圍粒子的全部或部分的粘合劑聚合物2互相結(jié)合。
[0093]在電極結(jié)構(gòu)中的有機/無機復(fù)合多孔膜與以上定義的相同。在下文中，將在以下詳細(xì)說明一種具有電極集電器和在包含電極活性材料的電極上形成的有機/無機復(fù)合多孔膜的電極結(jié)構(gòu)的制備方法的一個實施方案。
[0094]本發(fā)明的電極結(jié)構(gòu)的制備方法包括:獲得含有單元粒子的懸浮液，其中選自無機粒子和有機粒子中的一種或多種粒子或所述粒子的團(tuán)聚物被粘合劑聚合物包圍；將懸浮液涂布在電極活性材料層(其在電極集電器的至少一個表面上形成)的另一個表面上；且向涂布在電極活性材料層上的懸浮液施加熱以使單元粒子互相結(jié)合或使單元粒子與電極活性材料層結(jié)合。
[0095]在電極結(jié)構(gòu)的制備方法中，將懸浮液涂布在電極上，即涂布在電極中電極活性材料層的不具有電極集電器的另一個表面上，所述電極活性材料層在電極集電器的至少一個表面上形成。
[0096]當(dāng)向涂布在電極活性材料層上的懸浮液施加熱時，使在單元粒子中的粘合劑聚合物恪化以使單元粒子互相粘合或使單元粒子與電極活性材料層粘合。在這種情況下，在單元粒子的最外層中存在的粘合劑聚合物通過在其熔點附近的稍微熔化而粘結(jié)。
[0097]電極活性材料層可具有0.5至200 μ m的厚度。當(dāng)滿足這種厚度范圍時，電極活性材料層可使其功能適合使用者。
[0098]此外，在電極活性材料層上形成的有機/無機復(fù)合多孔膜可具有0.5至50 μπι的厚度。當(dāng)有機/無機復(fù)合多孔膜滿足這種厚度范圍時，其可均勻地形成在電極活性材料層上，從而作為絕緣層。
[0099]在包含在電極結(jié)構(gòu)中的有機/無機復(fù)合多孔膜中，基于100重量份的無機粒子或其代替物，粘合劑聚合物的含量為1至30重量份，優(yōu)選為2至20重量份。若粘合劑聚合物的量少于1重量份，則有機/無機復(fù)合多孔膜由于極小量的粘合劑聚合物而可具有差的抗剝離性。若粘合劑聚合物的量多于30重量份，則作為絕緣層的膜由于過量的粘合劑聚合物而遭受孔徑和孔隙度的降低。
[0100]因為本發(fā)明的有機/無機復(fù)合多孔膜作為在電極上的絕緣層，所以可提供具有絕緣層的電極結(jié)構(gòu)。
[0101]可將由此制備的電極結(jié)構(gòu)用在電化學(xué)裝置中。更具體地，本發(fā)明提供電化學(xué)裝置，其包含正極、負(fù)極、及電解液，其中正極、負(fù)極或兩者均為根據(jù)本發(fā)明的電極結(jié)構(gòu)。電化學(xué)裝置具有可作為絕緣層的有機/無機復(fù)合多孔膜，從而代替常規(guī)的隔膜。
[0102]電極集電器可以為已經(jīng)在本領(lǐng)域中常規(guī)使用的任一種。當(dāng)使用電極作為正極時，正極集電器可以是鋁箔、鎳箔或其組合。當(dāng)使用電極作為負(fù)極時，負(fù)極集電器可以是銅箔、金箔、鎳箔、銅合金箔或其組合，但本發(fā)明不限于這些種類。
[0103]用于制備電極活性材料層的漿料可包含電極活性材料、粘合劑及溶劑，及必要時的導(dǎo)材料及其他添加劑。電極活性材料可以為已經(jīng)在本領(lǐng)域中常規(guī)使用的任一種。當(dāng)使用電極作為正極時，正極活性材料可以是鋰錳氧化物、鋰鈷氧化物、鋰鎳氧化物、鋰鐵氧化物、或其鋰復(fù)合氧化物。當(dāng)使用電極作為負(fù)極時，負(fù)極活性材料可以是鋰、鋰合金、及鋰插入材料諸如碳、石油焦、活性碳、石墨及其他碳質(zhì)材料、或非碳質(zhì)材料諸如金屬、金屬合金，但本發(fā)明不限于此。
[0104]電化學(xué)裝置包括任何內(nèi)部可發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的裝置，且該電化學(xué)裝置的具體實例包括所有種類的一次電池、二次電池、燃料電池、太陽能電池或電容器。
[0105]例如，可通過如下方式制備該電化學(xué)裝置:使用上述具有有機/無機復(fù)合多孔膜的電極且不使用常規(guī)的具有微孔的多孔聚烯烴隔膜，利用卷繞或堆疊進(jìn)行組裝，接著向其中導(dǎo)入電解液。
[0106]在本發(fā)明中，依照成品的制造方法和期望的物理性質(zhì)，可在電池制造期間的任何適合步驟中進(jìn)行電解液的導(dǎo)入。具體地，可在電池組裝前或在電池組裝的最后步驟中導(dǎo)入電解質(zhì)。另外，因為本發(fā)明的電極是隔膜和電極的集成形式，基本上可能不需常規(guī)的隔膜，但具有本發(fā)明的有機/無機復(fù)合多孔膜的電極可與具有微孔的多孔聚烯烴隔膜組裝。
[0107]通過上述方法制備的電化學(xué)裝置優(yōu)選為鋰二次電池，其包括金屬鋰二次電池、鋰離子二次電池、鋰聚合物二次電池及鋰離子聚合物二次電池。
[0108]實施例1
[0109]<利用有機/無機復(fù)合多孔膜制備隔膜>
[0110]在50°C下將10重量％的聚苯乙烯添加且溶解在二氯甲烷中約12小時，以獲得粘合劑聚合物溶液。將氧化鋁粉末作為無機粒子添加到該溶液，使得無機粒子與粘合劑聚合物的重量比為10:1。使得到的混合物通過具有l(wèi)ym或更小的孔徑的過濾器且滴入含有Tween 20的水溶液。通過將該水溶液維持在25°C，該混合物在被滴入該水溶液之后立即固化，以獲得單元粒子，在該單元粒子中無機粒子的表面被粘合劑聚合物包圍。然后，將作為增稠劑的CMC添加于該水溶液以獲得漿料。通過浸漬涂布將由此獲得的漿料涂布在12 μπι厚的多孔聚乙烯膜(孔隙度45% )的兩個表面上，向其施加80°C的熱，從而通過稍微熔化使最外層粘合劑聚合物粘合。通過其SEM照片來觀察由此獲得的有機/無機復(fù)合多孔膜。結(jié)果，無機粒子的填充率計算為70%。
[0111]〈鋰二次電池的制備〉
[0112]負(fù)極的制備
[0113]將96重量％的作為負(fù)極活性材料的碳粉、3重量％的作為粘合劑的聚偏二氟乙烯(PVdF)、及1重量％的作為導(dǎo)電材料的碳黑添加于作為溶劑的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中，以獲得負(fù)極材料的漿料。將該漿料涂布在作為負(fù)極集電器的10 μπι厚的銅(Cu)薄膜上，接著干燥以制備負(fù)極。對負(fù)極進(jìn)行滾壓。
[0114]正極的制備
[0115]將92重量％的作為正極活性材料的L1-Co復(fù)合氧化物、4重量％的作為導(dǎo)電材料的碳黑、4重量％的作為粘合劑的PVdF添加于作為溶劑的N-甲基-2-吡咯烷酮中，以獲得正極材料的漿料。將該漿料涂布在作為正極集電器的20 μπι厚的鋁(Α1)薄膜上，接著干燥以制備正極。對正極進(jìn)行滾壓。
[0116]電池的制備
[0117]通過堆疊對以上制備的隔膜和電極進(jìn)行組裝。向得到的電極組件導(dǎo)入1Μ LiPF^碳酸亞乙酯:碳酸甲乙酯(EC/EMC = 1:2)的混合物中的電解液以制備鋰二次電池。
[0118]實施例2
[0119]用于有機/無機復(fù)合多孔膜的漿料的制備
[0120]在50°C下，將10重量％的聚苯乙烯添加且溶解于二氯甲烷中約12小時以獲得粘合劑聚合物溶液。將氧化鋁粉末作為無機粒子添加到所述粘合劑聚合物溶液中，使得無機粒子與該粘合劑聚合物的重量比為10:1。使得到的混合物通過具有1 ym或更小的孔徑的過濾器且滴入含有Tween 20的水溶液。通過將該水溶液維持在25°C，該混合物在被滴入該水溶液的后立即固化，以獲得單元粒子，在該單元粒子中無機粒子的表面被粘合劑聚合物包圍。然后，將作為增