預處理組合物和涂覆電池電極的方法
【專利說明】預處理組合物和涂覆電池電極的方法 發(fā)明領域
[0001] 本發(fā)明涉及預處理組合物和涂覆電池電極的方法。本發(fā)明還涉及涂覆的電池電 極。
【背景技術】
[0002] 用于鋰離子電池的電極通過用粘合劑將活性材料粘接到導電基底來制備。鋰離子 電池的性能和壽命至少部分地取決于電極的抗腐蝕性能以及活性材料與導電基底之間的 粘結強度。電極腐蝕可導致粘結強度下降，粘結強度下降可導致電極腐蝕。因此，對電極的 抗腐蝕性能以及活性材料與導電基底之間的粘結強度都進行優(yōu)化是重要的。
[0003]雖然增加粘合劑的量可提高粘結強度，但大量粘合劑降低了電極的電容，因此不 利地影響電池性能。從而，期望提供一種處理導電基底的組合物和方法來改進含鋰材料對 導電基底的粘結強度和/或耐腐蝕性能，同時不需要提高粘合劑材料的量。此外，還期望提 供處理導電基底的組合物和方法，其在至少一些情況下，賦予相當于或甚至優(yōu)于通過使用 提高量的粘合劑材料所賦予的粘結性能的粘結強度。還期望提供相關的經處理的電極。
[0004] 發(fā)明概述
[0005] 在某些實施方案中，本發(fā)明涉及鋰離子電池的陰極，其包含導電基底，覆蓋所述導 電基底的至少一部分的第一層，其包含含有第ΠΙΒ族和/或第IV族金屬的預處理組合物， 和覆蓋所述第一層的至少一部分的第二層，所述第二層包含包含含鋰化合物的涂料組合 物。
[0006] 在某些其它實施方案中，本發(fā)明涉及電池，其包含陰極，所述陰極包含導電基底， 覆蓋所述導電基底的至少一部分的第一層，其包含含有第ΠΙΒ族和/或第IV族金屬的預 處理組合物，和覆蓋所述第一層的至少一部分的第二層，所述第二層包含包含含鋰化合物 的涂料組合物。該電池還包含陽極，在所述陽極和所述陰極之間的分隔體，和與所述陽極和 所述陰極接觸的電解質。
[0007] 在某些其它實施方案中，本發(fā)明涉及處理電池陰極的方法，包括使電池陰極的導 電基底與包含第IIIB族和/或第IV族金屬的預處理組合物接觸，和將包含含鋰化合物的 涂料組合物沉積到經預處理的導電基底的至少一部分上。
[0008] 附圖納入并構成本說明書的一部分，其展示了本發(fā)明的非限制性實施方案并且與 說明書一起用于解釋本發(fā)明。
[0009] 附圖簡述
[0010] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施方案的電池的局部剖面示意圖，該電池包括陰極，該陰 極包含含有預處理組合物的第一層。
[0011] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施方案的陰極的局部剖面示意圖。
[0012] 本發(fā)明詳述
[0013]為了以下詳細說明的目的，除了在有明確相反的說明的情況之外，應理解可假設 各種備選的變化形式和步驟順序。此外，除了在任何操作實施例中，或其中另有說明，否 則用于表達在說明書和權利要求中成分的用量的全部數(shù)值應理解為在所有情況下被術語 "約"修飾。因此，除非有相反的說明，否則在下面的說明書和所附權利要求中給出的數(shù)值參 數(shù)是取決于本發(fā)明所獲得的期望性能來變化的約數(shù)。最起碼，并且不試圖限制對權利要求 的范圍適用等同原則，各數(shù)值參數(shù)應該至少按照報道的有效數(shù)字的數(shù)值并采用普通的舍入 技術來解釋。
[0014] 盡管闡明本發(fā)明的寬范圍的數(shù)值范圍和參數(shù)是約數(shù)，但是在具體實施例中所述的 數(shù)值是盡量精確報道的。然而，任何數(shù)值固有地含有必然地從在它們各自試驗測量中存在 的標準偏差獲得的必然的誤差。
[0015] 同樣地，應理解本文所記載的任何數(shù)值范圍都意圖包含含在其中的所有子范圍。 例如，范圍"1至10"意圖包括所記載的最小值1和所記載的最大值10之間（并且包括1 和10)的所有子范圍，即，具有等于或者大于1的最小值和等于或者小于10的最大值。
[0016] 在本申請中，除非另有具體說明，否則單數(shù)的使用包括復數(shù)并且復數(shù)涵蓋單數(shù)。此 外，在本申請中，除非另有具體說明，"或"的使用是指"和/或"，但是"和/或"在某些情況 下可以是明確使用的。
[0017] 除非本文另有公開，本文使用的術語"基本上不含"是指特定的材料不是有意地將 添加到組合物中并且僅以痕量或作為雜質存在。本文使用的術語"完全不含"是指組合物 不包含特定的材料。即，所述組合物包含0重量％的這種材料。
[0018] 圖1示意地展示了根據(jù)本發(fā)明的實施方案的電池100。雖然只顯示了單一陰極層 10和單一陽極層20,應理解，電池100可具有多個陰極10和陽極20層，各自由分隔體40 分離。圖2示意地展示了根據(jù)本發(fā)明的實施方案的陰極10,其可用于其中使用了多個交替 的陽極和陰極層的電池。
[0019] 如圖1和2中所示，本發(fā)明的某些實施方案涉及鋰離子電池100的陰極10,該鋰離 子電池100包含導電基底12 (有時被稱為"集電器"或"電子集電器"），覆蓋所述導電基底 的至少一部分的第一層14,其包含含第IIIB族和/或第IV族金屬的預處理組合物，和覆蓋 第一層至少一部分的第二層16,所述第二層16包含含有含鋰化合物的涂料組合物。所述預 處理組合物處理導電基底12可產生電極的改進的抗腐蝕性能，和與沒有用所述預處理組 合物預處理的導電基底相比，包含含鋰化合物的涂料組合物對導電基底的改進的粘結。
[0020] 本發(fā)明的某些實施方案涉及處理導電基底的組合物和方法12。
[0021] 如圖1中所示，電池100可包括陰極10,陽極20,陽極20和陰極10之間的分隔體 40,以及與陰極10和陽極20相接觸的電解質30。與電極10、20之一相接觸的外殼50可容 納電極1〇、20,電解質30,和分隔體40。終端60與陰極10接觸。用于本發(fā)明的合適的導電 基底12包括經常用作電極的那些，例如鋰離子電池100中的陰極10或陽極20。合適的導 電基底12的具體實例包括，但不限于，鋁，銅，鐵，鎳，不銹鋼，和它們的組合。在某些實施方 案中，陰極10的導電基底12可包括鋁。在某些實施方案中，陽極20的導電基底可包括銅。 在某些實施方案中，導電基底可為厚度為1μπι-500μπι，例如15μπι。
[0022] 電解質30可包括通過將鹽溶解于有機溶劑制備的非水性溶液。用于電解質的電 解質鹽可為適于此類電池的任何電解質鹽。電解質鹽的實例包括LiC104,LiAsF6,LiPF6， LiBF4,LiB(C6H5)4,LiB(C204)2,CH3S03Li，CF3S03Li，LiCl，LiBr等。在一種實施方案中，有機 溶劑可以包括通常用于此類電池的任何合適的類型。此種有機溶劑的實例包括碳酸亞丙 酯，碳酸亞乙酯，碳酸二乙酯，碳酸二甲酯，1，2-二甲氧基乙烷，1，2-二乙氧基乙烷，γ- 丁 內酯，四氫呋喃，2-甲基四氫呋喃，1，3-二氧戊環(huán)，4-甲基-1，3-二氧戊環(huán)，二乙基醚，環(huán)丁 砜，甲基環(huán)丁砜，乙腈，丙腈，苯甲醚，乙酸酯，丁酸酯，丙酸酯等。在某些實施方案中，使用 環(huán)狀碳酸酯例如碳酸丙二酯，或鏈狀碳酸酯例如碳酸二甲酯和碳酸二乙酯。這些有機溶劑 可以單獨或以兩種或更多種類型的組合使用。在某些實施方案中，電解質還可包括添加劑 或穩(wěn)定劑，例如VC(碳酸乙烯酯），VEC(碳酸乙烯亞乙酯），ΕΑ(乙烯乙酸酯），ΤΡΡ(磷酸三 苯酯），磷腈，LiBOB，LiBETI，LiTFSI，ΒΡ(聯(lián)苯），PS(環(huán)亞硫丙烷），ES(環(huán)亞硫亞乙烷）， AMC(碳酸烯丙基甲基酯），和APV(己二酸二乙烯酯）。
[0023] 在某些實施方案中，陽極20可通過將負極活性材料、導電材料、和粘合劑通過本 領域人員已知的任何方法，如例如在LithiumIonBattery:ScienceandTechnologies， Yoshio等人，2009中描述的方法制備。在某些實施方案中，陽極可通過混合約93wt%的作 為負極活性材料的石墨，約3wt%的導電碳（例如乙炔黑），和約4wt%的粘合劑，例如聚偏 二氟乙烯（PVDF)，并使用銅電流集電器箱（典型地10-15μm厚度）來制備。
[0024] 在某些實施方案中，陰極10可通過混合正極活性材料、導電材料和粘合劑通過本 領域人員已知的任何方法，如例如在LithiumIonBattery:ScienceandTechnologies， Yoshio等人，2009中描述的制備。在某些實施方案中，陰極可通過混合約90wt%作為鋰活 性材料的LiNiCoMn02，約5wt%的導電碳（例如乙炔黑），和約5wt%的粘合劑，例如PVDF， 并使用鋁集電器箱（典型地10-15μm厚度）來制備。
[0025] 在某些實施方案中，如圖1中所示，陽極20和陰極10 (如下所述）可由分隔體40 分隔。在某些實施方案中，分隔體可由具有微孔的可層疊的聚合物膜，例如聚乙烯或聚丙 烯，來形成。在某些實施方案中，陽極20、陰極10和分隔體40可螺旋纏繞以產生螺旋型電 極元件。在某些實施方案中，卷可具有橢圓形狀。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的實施方案，并如圖2中示意地顯示，陰極10包括導電基底12,覆蓋所 述導電基底12的至少一部分的第一層14,其包含含第IIIB族和/或第IV族金屬的預處理 組合物，和覆蓋第一層14的至少一部分的第二層16,所述第二層16包含含有含鋰化合物的 涂料組合物。
[0027] 可首先將待根據(jù)本發(fā)明的方法處理的導電基底12清潔以除去油脂、污物或其它 外來物。這經常通過采用例如可商購并在金屬預處理工藝中常規(guī)使用的溫和或強堿性清 潔劑來實現(xiàn)。適用于本發(fā)明的堿性清潔劑的實例包括Chemkleen163，Chemkleen177， Chemkleen490MX，Chemkleen2010LP/Chemkleen181ALP，均可購自PPGIndustries，Inc。 這樣的清潔劑經常在之后和/或之前有水洗。
[0028] 在某些實施方案中，待根據(jù)本發(fā)明的方法處理的導電基底12可首先用氟