[发明专利]装置和形成装置的方法

说明书

公开了一种适合用于二次电池的多层电极。一层的主要活性组分不同于相邻层的主要活性组分。分层电极的使用改善了包括这种分层电极的电池的容量滞留和循环寿命。

本发明一般涉及包括电活性材料的粒子和添加剂的组合物以及所述组合物在包括燃料电池和可再充电金属离子电池的装置中的用途。

背景

例如锂离子电池的可再充电金属离子电池被广泛用于便携式电子装置如移动电话和笔记本电脑，并越来越多地应用于电动车和混合动力车中。

参考图1，熟知的可再充电金属离子电池100具有：导电层101，诸如金属层；阳极层103；阴极层107，能够释放和再插入金属离子；电解质105，位于阳极和阴极层103和107之间；以及导电层109，诸如金属层。当电池组电池(battery cell)被充满电时，金属离子已经通过电解质105从含有金属离子的阴极层107输送至阳极层103中。

阳极层103可以包括电活性材料的粒子以及粘合剂材料(本文所用的“活性材料”或“电活性材料”意味着在电池的充电期和放电期能够将如锂、钠、钾、钙或镁的金属离子插入至其结构中和从其中释放的材料。优选地，所述材料能够插入并且释放锂)。

在锂离子电池的石墨基阳极层的情况下，插入锂导致形成化合物Li_xC₆(0＜＝x＜＝1)。石墨具有372mAh/g的最大容量。

硅基活性阳极材料的使用也是已知的。硅的最大容量比石墨的最大容量大许多。然而，不像在金属离子的插入和释放过程中保持基本上不被改变的活性石墨，向硅中插入金属离子的过程导致实质的结构改变，伴有显著的膨胀。例如，锂离子向硅中的插入导致Si-Li合金的形成。在例如“用于可再充电的锂电池组的插入电极材料(InsertionElectrode Materials for Rechargeable Lithium Batteries)”，Winter等，Adv.Mater.1988，10，第10期，725-763页中，描述了Li离子插入对阳极材料的影响。

US 2009/301866公开了一种固体载体、附着到所述固体载体的第一固体层以及附着到所述第一固体层的第二固体层的多层，其中第一和第二固体层中的每个包含电化学活性材料的粒子与粘合材料。第一和第二层二者都包括弹性粘合剂。

US 2012/040242公开了一种锂离子二次电池的阳极，该阳极具有由含硅的第一层以及含硅和金属元素的第二层组成的多层结构。金属元素的存在是为了抑制阳极膨胀和收缩。

US 7311999公开了阳极集电体、阳极活性材料层以及在该阳极活性材料层上的氧化硅层的阳极。包括氧化硅层以便抑制阳极活性材料层和电解质之间的反应。

US 7638239公开了含铜的集电体、活性材料以及由在集电体和活性材料之间的两层形成的缓冲层的电极。设置缓冲层以便防止来自集电体的铜过度扩散到活性材料中以及来自活性材料的硅扩散到集电体。

US 7824801公开了集电体、不含氧的或氧硅比值较低的第一硅层、以及氧硅比值较高的第二硅层的电极。所述第一层具有高的充电/放电容量和较高的电子导通性，而膨胀系数大且离子导通性差。所述第二层相较于第一层具有较小的膨胀系数和较低的充电/放电容量，但是离子导通性较高。

US 8080337公开了一种集电体以及交替的第一和第二层。第一层包括活性材料。第二层比第一层具有更大的杨氏模量并且是导电的。第二层可以是导电金属化合物，例如，金属氮化物、金属碳化物或金属硼化物。

优选地，本发明提供了经过性能改善的能量产生装置，包括但不限于金属离子电池。

概述