[发明专利]制备用于电化学存储设备的电极的方法有效

专利信息
申请号: 201780035639.5 申请日: 2017-05-17
公开(公告)号: CN109565026B 公开(公告)日: 2022-07-08
发明(设计)人: A.里奥纳多;M-L.皮尔波尔夫;N.乔布 申请(专利权)人: 列日大学
主分类号: H01M4/04 分类号: H01M4/04;H01M4/36;H01M4/485;H01M4/62;H01M10/04;H01M10/54;H01M4/1393;H01M4/1397;H01M4/58;H01M4/587;H01M4/38;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/131
代理公司: 中国专利代理(香港)有限公司 72001 代理人: 童春媛;万雪松
地址: 比利*** 国省代码: 暂无信息
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摘要:
搜索关键词: 制备 用于 电化学 存储 设备 电极 方法
【说明书】:

本发明涉及通过在电极基底上喷雾包含水、黄原胶、导电碳颗粒源和活性材料的水性浆料组合物来制备用于电化学存储设备的电极的方法。可以通过首先将固体黄原胶与导电碳颗粒和活性材料混合,且其次向所得混合物中加入水来制备浆料。或者,通过将固体黄原胶与基于碳的活性材料混合并向获得的所得混合物中加入水来获得浆料。

本发明涉及制备用于电化学存储设备的电极的方法。本发明还涉及一种包括这种电极的电化学存储设备,且涉及在使用后回收电化学存储设备的有价值组分的方法。

已知的电化学存储设备的一个实例是如US4959281中首次描述的包括Li嵌入化合物的锂离子电池组。最广泛的电极制备涉及使用作为基于氟的聚合物的有机粘合剂、导电碳添加剂和有机溶剂例如N-甲基-2-吡咯烷酮,如例如在专利CN101414693中和由Jae-Kwang Kim, Johan Scheers, Young-Jin Choi, Jou-Hyeon Ahn, Gil-Chan Hwang:Facile preparation of nanoporous and nanocrystalline LiFePO4 with excellentelectrochemical properties, RSC Adv., 2013, 3, 20836所描述。

由于环境原因,如上述方法中的这些有机粘合剂和溶剂化合物的使用是不利的。另一个缺点是,在这种电池组寿命终止后回收集电器需要使用有毒有机溶剂来溶解电极复合材料,例如在US2013/0302226中描述。

使用更环境友好的途径的方法,例如通过水作为溶剂以及水相容的粘合剂来替换有机粘合剂和溶剂化合物(如在US2013/0108776中),也意味着将粘合剂与一种或多种分散剂结合使用,因此加入不参与电化学存储设备的电化学反应的大量无用的附加成分。

本发明的目的是提供一种制备用于电化学存储设备的电极的方法,其不具有一个或多个上述缺点。

该目的用以下制备用于电化学存储设备的电极的方法实现,该方法通过在电极基底上喷雾包含水、黄原胶、导电碳颗粒源和活性材料的水性浆料组合物以获得覆盖电极基底,其中所述浆料通过以下浆料制备方法之一获得:

(a) 包括以下顺序步骤,其中(ai) 首先将固体黄原胶与导电碳源和任选的活性材料混合,(aii) 任选地,在活性材料在步骤(ai)中不加入或不充分加入的情况下,将活性材料加入到所得混合物中,和(aiii) 将水加入到在步骤(ai)或(aii)中获得的所得混合物,使得所得水性浆料中的固体含量为2-25重量%,

或(b) 包括以下顺序步骤,其中(bi) 将固体黄原胶与基于碳的活性材料混合,和(bii) 将水加入到步骤(bi)中获得的所得混合物中,使得所得水性浆料中的固体含量为3-12重量%。

申请人发现,可以通过所述的浆料制备方法制备电极,所述方法不使用环境不利的有机粘合剂和溶剂化合物。与通过涉及使用有机粘合剂和溶剂的刮涂法可获得的现有技术电极相比,电极本身具有类似且有时更好的循环性质。此外,获得可以更容易地再循环的电极。换句话说,由金属或任何其他电流传导表面制成的电极基底可以更容易地从包含如通过根据本发明的方法可获得的电极的电化学存储设备回收。

为其制备电极的电化学存储设备可以是超级电容器、钠离子电化学存储设备、锂离子电化学存储设备,且优选锂离子电化学存储设备。以下描述主要涉及用于锂离子电化学存储设备的电极的制备。

在浆料制备方法(a)中,使用活性材料。活性材料的选择将取决于人们希望制备的电极类型。当电极是用于锂离子电化学存储设备的阳极电极时,活性材料可以是例如基于碳的材料,如例如多孔碳、碳纳米管、炭黑、石墨烯和石墨、Si-C复合材料、Sn-C复合材料、Sn或Si颗粒、LiTiO2或Li4Ti5O12

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