[发明专利]用于锂离子电池电极的多孔纤维素基质

说明书

提供了一种用于电化学电池的电极材料。电极包括多孔亲水基底、电活性材料和粘合剂。多孔亲水基底包括多个空隙并且可由纤维素或纤维素衍生物材料形成。电活性材料分散在多孔亲水基底的空隙的至少一部分中。在其它方面中，提供了另一种用于电化学电池的电极材料。电极包括多孔亲水基底、电活性材料、导电颗粒和粘合剂。多孔亲水基底包括多个空隙并且可由纤维素或纤维素衍生物材料形成。电活性材料和导电颗粒分散在亲水性基底的空隙的至少一部分中。在其它方面中，多孔亲水基底包括导电的涂层。

背景技术

本节提供与本公开有关的背景信息且不一定是现有技术。

本公开涉及具有包括形成电极的改进型多孔基底框架(包括纤维素或其衍生物)的电化学电池(诸如锂离子电池)以及形成这种电极的方法。

高能量密度的电化学电池(诸如锂离子电池)可用于各种消费产品和车辆，诸如混合动力电动车辆(HEV)和电动车辆(EV)。典型的锂离子电池包括第一电极(例如，阴极)、极性相反的第二电极(例如，阳极)、电解质材料和隔膜。常规的锂离子电池通过在负电极与正电极之间可逆地传递锂离子而操作。隔膜和电解质设置在负电极与正电极之间。电解质适合于传导锂离子并且可为固体或液体形式。在电池充电期间锂离子从阴极(正电极)移动至阳极(负电极)，且在电池放电时锂离子以相反方向移动。为方便起见，负电极将与阳极同义使用，但是如本领域技术人员所认识的，在锂离子循环的某些阶段期间，阳极功能可与正电极而不是负电极相关联(例如，负极在放电时可为阳极且在充电时可为阴极)。

在各个方面，电极包括电活性材料。负电极通常包括这样的电活性材料，其能够充当用作锂离子电池的负极端子的锂基质材料。常规的负电极包括电活性锂基质材料和任选的另一种导电材料(诸如炭黑颗粒)以及一种或多种聚合物粘合剂材料以将锂基质材料和导电颗粒保持在一起。

用于在锂离子电化学电池中形成负电极(例如，阳极)的典型电活性材料包括锂-石墨层间化合物、锂-硅层间化合物、锂-锡层间化合物和锂合金。虽然石墨化合物是最常见的，但是最近，具有高比容量(与常规石墨相比)的阳极材料越来越受到关注。例如，硅具有锂的最高已知理论充电容量，从而使其成为取代石墨作为可再充电锂离子电池的负电极材料的一种最有吸引力的替代物。然而，目前的硅阳极材料具有明显的缺点。在锂插入/提取(例如，嵌入和脱嵌)期间，含硅材料经历大的体积变化(例如，体积膨胀/收缩)。因此，在常规的含硅电极的循环期间，经常观察到负电极(例如，阳极)的开裂、电化学循环性能的下降和大的库仑电荷容量损失(容量衰减)，以及非常有限的循环寿命。这种性能下降在很大程度上被认为是由于锂离子循环期间电极体积大幅变化引起的硅颗粒与导电填料之间的物理接触的破坏。

开发包括硅或在大功率锂离子电池的使用期间具有大幅容积变化的其它电活性材料的高性能负电极材料将是合乎需要的，这克服了目前存在的妨碍大功率锂离子电池具有广泛商业用途、尤其是在车辆应用的缺点。为了长期和有效地使用，电极材料因此理想地能够最小化容量衰减并且最大化电荷容量以在锂离子电池中长期使用。

发明内容

本节提供本公开的一般概述，并且并非是本公开的全部范围或其全部特征的全面公开。

本公开涉及锂离子电化学电池，并且更具体地涉及用于电化学电池的改进型电极(例如，负电极或阳极)材料。

在各个方面中，本公开提供了一种用于电化学电池的电极材料。电极材料包括多孔亲水基底、电活性材料和粘合剂。多孔亲水基底包括多个空隙。电活性材料分散在多孔亲水基底的至少一些空隙中。

在各个其它方面中，本公开提供了一种用于电化学电池的电极材料。电极材料包括多孔亲水基底、电活性材料、导电颗粒和粘合剂。多孔亲水基底包括多个空隙。电活性材料和导电颗粒分散在多孔亲水基底的至少一些空隙中。

在某些变型中，多孔亲水基底包括纤维素(C₆H₆O₅)_n或其衍生物。