[发明专利]连续生产用于锂电池的无粘合剂和集电器的自立电极

说明书

本发明涉及一种用于从单独的源连续生产碳纳米管和电极活性材料的方法和装置。这样制备的复合物可以用作没有粘合剂或集电极的电极。此外，本发明的方法能够实现更具成本效益的生产，同时提供对纳米管负载和复合物厚度的控制。

联合研究协议

要求保护的本发明是由以下列出的联合研究协议的各方做出的或代表其进行的。联合研究协议在做出要求保护的发明之日或之前生效，并且做出要求保护的发明是在联合研究协议范围内进行的活动的结果。联合研究协议的各方是：1)Honda ResearchInstitute USA,Inc.；以及2)NanoSynthesis Plus,Ltd.。

背景技术

由于其电学和机械性能优异且对于复合材料是至关重要的纵横比高，单壁碳纳米管(SWNT)作为各种基质中的添加剂已经成为最深入研究的应用领域之一。在各种应用中，开发SWNT作为用于增强电池电极性能的添加材料是非常有前途的。混合技术的核心是基于液体工艺并且包括五个必要步骤：a)合成纳米管，b)纳米管在适当溶剂中分散(解聚集)，c)纳米管表面功能化(防止聚集)，d)与粘合剂混合，以及e)与活性材料混合(制备浆料)。这些偏好不仅昂贵，而且会降低纳米管的性能；例如，通过球磨、超声处理等分散会导致纵横比不可避免的减小并带来缺陷，因而需要更多的纳米管负载(重量％)以改善性能。

发明内容

在一些实施例中，本发明涉及一种制备自立(self-standing)电极的方法，所述方法包括：流化电极活性材料；以及将流化的电极活性材料与单壁碳纳米管共沉积到可移动多孔柔性基板上以形成自立电极，所述自立电极是电极活性材料与单壁碳纳米管的复合物。

在一些实施例中，本发明涉及一种用于制备自立电极的装置，所述装置包括：碳纳米管合成反应器，其构造用于合成碳纳米管；活性材料容器，其构造用于流化电极活性材料；可移动多孔柔性基板，其构造用于收集碳纳米管和流化的电极活性材料，并形成包括碳纳米管与电极活性材料的复合物的自立电极。

附图说明

图1示出根据本发明一个实施例的制造自立电极的示例性方法的示意性框图。

图2示出根据本发明一个实施例的用于制造自立电极的示例性装置的流程图。

图3示出根据本发明一个实施例的容器的示意图。

图4示出根据本发明一个实施例的装置的实例的示意图。

图5示出根据本发明一个实施例的装置的替代实例的示意图。

图6示出根据本发明一个实施例合成的碳纳米管的拉曼表征(A＝633nm)。

图7示出根据本发明一个实施例合成的碳纳米管的拉曼表征(A＝532nm)。

图8示出根据本发明一个实施例合成的碳纳米管的导数热重分析(DTG)。

具体实施方式

本发明提供一种用于生产自立电极的方法和装置。此外，还提供包括纳米管与电极活性材料的混合物的自立电极。

在一个实施例中，为了制备自立电极，分别提供雾化的纳米管和雾化的电极活性材料，并将雾化的纳米管和雾化的电极活性材料引导至可移动多孔基板以在基板上形成包括混合碳纳米管与电极活性材料的自立电极。

本发明涉及一种通过使用在移动多孔基板上共沉积碳纳米管和电极活性材料的单个步骤连续生产用于锂电池的自立电极的方法和装置。来自合成反应器的碳纳米管及流化的活性材料粉末可以直接从容器沉积到附接至卷带式系统(roll-to-roll system)的多孔柔性基板上(图4和5)。