[发明专利]具有高倍率性能的半固体电极

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是2013年4月29日提交的名称为“具有高倍率性能的半固体电极”的美国专利申请第13/872613号的部分连续案并要求其优先权，其要求享有2012年12月13日提交的美国临时申请第61/736798号以及2013年3月15日提交的美国临时申请第61/787382号的优先权，通过引用将它们各自的公开整体并入本文。

本申请还要求2013年3月15日提交的名称为“具有高倍率性能的半固体电极”的美国临时申请第61/787382号的优先权和权利，通过引用将其公开整体并入本文。

本申请还要求2012年12月13日提交的名称为“具有高倍率性能的电化学浆料组合物”的美国临时申请第61/736798号的优先权和权利，通过引用将其公开整体并入本文。

背景技术

本文所述实施方案主要涉及具有高倍率性能的电化学电池，并且更特别地涉及制备具有较厚的半固体电极的高容量且高倍率性能的蓄电池的装置、系统和方法。

蓄电池典型地由固体电极、分隔体、电解质以及例如包装、热管理、电池平衡、电流载流子整合至端子和/或其它这种部件的辅助部件构成。电极典型地包括活性材料、导电材料、粘合剂和其它添加剂。

一些已知的用于制备蓄电池的方法包括：用由溶解或分散在溶剂中的活性材料、导电添加剂和粘合剂构成的浆料涂覆金属基材(例如，集流体)，蒸发溶剂，并压延干燥的固体基质至规定的厚度。然后切割电极，用其它部件包装，渗透电解质和然后密封整个包装。

这种已知的方法通常涉及复杂且昂贵的制造步骤(例如铸造电极)并且只适合于有限厚度的电极，例如，小于100μm(最终单面涂敷的厚度)。这些已知的制备有限厚度的电极的方法导致蓄电池具有较低的容量、较低的能量密度和非活性成分相对于活性材料的高比例。此外，在公知的电极配方中使用的粘合剂会增加扭曲并降低电极的离子传导性。

因此，开发能量存储系统以简化并降低制造成本，减少电极和成品蓄电池中的非活性成分，并提高能量密度、充电容量和综合性能，是一个长期的目标。

发明内容

本文所述实施方案主要涉及具有高倍率性能的电化学电池，并且更特别地涉及制备具有较厚的半固体电极的高容量且高倍率性能的蓄电池的装置、系统和方法。在一些实施方案中，电化学电池包括阳极和半固体阴极。该半固体阴极包括约35体积％至约75体积％的活性材料和约0.5体积％至约8体积％的导电材料在非水液体电解质中的悬浮液。离子渗透膜设置在该阳极和该阴极之间。该半固体阴极具有约250μm-2500μm范围的厚度，并且所述电化学电池在C/4的C-倍率下具有至少7mAh/cm²的面积比容量。在一些实施方案中，半固体阴极浆料具有至少约0.9的混合指数。

附图说明

图1是根据一个实施方案的电化学电池的示意图。

图2A-2C和图3A-3C是根据各种实施方案的半固体悬浮液的示意图。

图4是根据各种实施方案的半固体电极的导电率相对于导电添加剂载入量的曲线图。

图5A-5C描述了根据各种实施方案的具有不同的导电添加剂载入量的电极浆料混合物。

图6-9是示出根据各种实施方案的浆料配方的流变特性的曲线图。

图10-12是示出根据各种实施方案的混合曲线的曲线图。

图13是示出根据各种实施方案的混合指数和比能输入与导电添加剂载入量之间关系的曲线图。

图14是示出根据各种实施方案的混合对一些浆料参数的影响的曲线图。

图15示出对于两种不同的阴极组合物在100rpm下的持续混合时的混合指数和导电率的演化。

图16示出对于两个不同的阳极组合物在100rpm下的持续混合时的混合指数和导电率的演化。

图17示出根据各种实施方案在两种剪切条件下的导电率作为混合时间的函数的曲线。

图18示出对于两种不同的示例性的阴极组合物，随着时间变化的混合指数。

图19示出对于两种不同的示例性的阳极组合物，随着时间变化的混合指数。

图20示出包括至少一种本文所述的半固体电极的7个不同的电化学电池相比于市售蓄电池在各种C-倍率下的与电流密度相对的面积比容量。

具体实施方式