[发明专利]复合电极和包括复合电极的锂离子电池组以及复合电极的制备方法

说明书

本发明涉及复合电极，所述复合电极具有导体，所述导体用包含活性电极材料、粘结剂和导电炭黑的电极物料涂布，其中电极物料在电极厚度的方向具有关于电极材料和导电添加剂的浓度梯度，活性电极材料的浓度梯度在导体的方向上增大，导电添加剂和粘合剂的浓度梯度在导体的方向减小。此外给出包括所述复合电极的锂离子电池组和用于制备所述复合电极的两种替代性方法。

本发明涉及复合电极、包括复合电极的锂离子电池组和复合电极的制备方法。

在如下说明中，术语“锂离子-电池组”、“可重复充电的锂离子-电池组”和“锂离子-二次电池组”以同义方式使用。所述术语还包括术语“锂-电池组”、“锂-离子-蓄电池”和“锂-离子-电池”以及所有锂-电池组或合金-电池组，尤其还有锂-硫体系、锂-空气体系或合金体系。因此使用术语“锂离子-电池组”作为现有技术中常见的上述术语的总称。其不仅表示可重复充电的电池组(二次电池组)而且表示不可充电的电池组(一次电池组)。尤其是，在本发明的意义上，“电池组”还包括单独或唯一的“电化学电池”。

在普遍情况下，锂-离子-电池组的工作方式如下：在伴随物质变化的化学过程中，电能储存在锂-离子(在负电极处)和(多数)过渡金属-氧化物(在正电极处)中。在此，锂-离子可以以离解和溶剂化形式(Li⁺)通过通常包含六氟磷酸锂(LiPF₆)作为锂传导性盐的电解质在两个电极之间来回移动。不同于锂-离子，阴极上存在的过渡金属-离子的位置固定。

在充电和放电时需要锂-离子-流来抵消外部电流，因此电极本身保持电中性。在放电时，负电极处的类锂-原子(或包含类锂-原子的负电极活性材料)各自交出电子，所述电子通过外部电路(用电器)流向正电极。同时，同样多的锂-离子通过电解质从负电极移动至正电极。但是在正电极处锂-离子不再接收电子，而是存在于该处的过渡金属-离子接收电子。根据电池组的类型，其可以是钴离子、镍离子、锰离子、铁离子等。锂在电池的放电状态下存在于正电极处，因此继续以离子形式(Li⁺)存在。

WO 2011/109815 A1公开了复合电极，所述复合电极在电极厚度方向上具有关于化学、物理和性能的序列的梯度。

本发明所基于的目的是提供复合电极，所述复合电极具有更好的离子传导性和大电流耐受能力以及电极物料在导体上的良好附着。

根据本发明在第一方面通过根据本发明的复合电极，在第二方面通过根据本发明的锂离子电池组，和在第三方面通过根据本发明的用于制备复合电极的两种替代性方法实现了所述目的。具体地，本发明提供以下技术方案：

第1项.复合电极，所述复合电极具有导体，所述导体用包含活性电极材料、粘结剂和导电炭黑的电极物料涂布，其中电极物料在电极表面的方向上具有关于电极材料、电极粘合剂和导电添加剂的浓度梯度，活性电极材料的浓度梯度向导体的方向增大，和导电添加剂和粘合剂的浓度梯度向导体的方向减小。

第2项.第1项所述的复合电极，其中电极物料基于体积计具有5至50％的孔隙度，并且近表面层中的孔隙度与近导体层中的孔隙度的比例为1.2至5，优选1.5至4，尤其优选1.5至2.5。

第3项.根据前述任一项所述的复合电极，其中在电极物料中，导电添加剂优选导电炭黑以1至4重量％的量存在，并且粘结剂以1至4重量％的量存在。

第4项.根据前述任一项所述的复合电极，其中在电极物料中，近导体层中的导电添加剂优选导电炭黑的以重量计的量与近表面层中的导电添加剂优选导电炭黑的以重量计的量的比例为1.2至5，优选1.5至4，尤其优选1.5至2.5。

第5项.根据前述任一项所述的复合电极，其中活性电极材料是选自合成石墨、天然石墨、碳、钛酸锂及其混合物的阳极材料。

第6项.根据前述任一项所述的复合电极，其中活性电极材料是选自锂-过渡金属氧化物、层状氧化物、尖晶石、橄榄石化合物、硅酸盐化合物、高能-NCM及其混合物的阴极材料。