[发明专利]产生寿命性能提高的厚硅电极的方法

说明书

提供一种用于电池的电极。电极具有包括第一活性材料的第一有源层、包括导电材料的中间层和包括第二活性材料的第二有源层。中间层设置在第一有源层和第二有源层之间。还提供了制造电极的方法。

引言

该部分提供与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。

诸如锂离子电池和锂硫电池等高能量密度电化学电池可用于各种消费产品和车辆，例如混合动力电动车(HEV)和电动车(EV)。典型的锂离子和锂硫电池包括第一电极(例如，阴极)、第二电极(例如，阳极)、电解质材料和分隔件。通常，一叠电池单元电连接以增加总输出。传统的锂离子电池和锂硫电池通过在负极和正极之间可逆地传递锂离子来操作。在负极和正极之间设置分隔件和电解质。电解质适用于传导锂离子，并且可以是固体或液体形式。在电池充电期间锂离子从阴极(正极)移动到阳极(负极)，在电池放电时其以相反方向移动。

为了增加电池的能量输出，可以加厚电极。然而，随着从无开裂到开裂、厚度不断增加，任何给定的电极活性材料的胶态分散体都存在断裂点，这可能会潜在地降低电极的机械完整性、减短电池寿命。该断裂点称为临界开裂厚度(CCT)。因此，需要具备能够克服CCT的增加的强度和寿命循环的电极。

发明内容

本部分提供了本公开的总体概述，而并非全面公开其全部范围或所有特征。

在各个方面，本技术提供了一种电极，其包括具有第一活性材料的第一有源层；具有导电材料的中间层；和具有第二活性材料的第二有源层。中间层设置在第一有源层和第二有源层之间。

在一个方面，第一有源层和第二有源层其中之一设置在集电器上，该集电器包括选自铜、铝、碳、锂、镍、不锈钢、钽、钛、钨、钒及其组合组成的组的材料。

在一个方面，电极是阳极，第一活性材料和第二活性材料独立地包括负的电活性材料。

在一个方面，第一活性材料和第二活性材料独立地选自包括石墨、钛酸锂氧化物Li₄Ti₅O₁₂(LTO)，MO的金属氧化物的组，其中M选自由钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)或铁(Fe)、硅(Si)、硅纳米颗粒、含硅合金、锡(Sn)、含锡合金及其组合组成的组。

在一个方面，电极是阴极，第一活性材料和第二活性材料独立地包括正电活性材料。

在一个方面，第一活性材料和第二活性材料独立地选自包括过渡金属氧化物，橄榄石结构的LiMPO₄的组，其中M是Fe、Mn、Co或Ni，LiMO₂的层氧化物，其中M是Mn、Ni、Co或Cr，尖晶石结构的LiM₂O₄，其中M是Mn或Fe，以及其组合组成的组。

在一个方面，导电材料包括碳。

在一个方面，导电材料选自由碳、类金刚石碳、碳纤维、碳纳米管、炭黑、金属线、金属微粒及其组合组成的组。

在各个方面，本技术还提供了一种电极，该电极包括：第一有源层，设置在铜基板上，第一有源层包括硅(Si)；中间层，设置在第一有源层上，使得第一有源层位于铜基板和中间层之间，中间层包括碳；第二有源层，设置在中间层上，使得中间层位于第一有源层和第二有源层之间，第二有源层包括Si(硅)。

在一个方面，第一有源层、中间层和第二有源层具有大于或等于约15μm至小于或等于约450μm的组合厚度。

在一个方面，电极位于电池中。

在各个方面，本技术还提供了一种制造电极的方法。该方法包括将包含第一活性材料的第一组合物置于基板上；第一组合物进行退火以在基板上产生第一有源层；将包括导电材料的第二组合物设置在第一有源层上；第二组合物进行退火以在第一有源层上产生中间层；将包含第二活性材料的第三组合物置于中间层上；并且第三组合物进行退火以在中间层上产生第二有源层。