[发明专利]用于含硅干阳极膜的组合物和方法

说明书

描述了干法电极膜和引入该电极膜的储能装置，该电极膜包含硅活性材料。该膜可以是独立式阳极电极膜。还提供了制造该类阳极电极膜的方法。

引入任何优先权申请

本发明申请主张2018年5月2日提交的标题为“用于含硅干阳极膜的组合物和方法”的美国临时专利申请号62/666,037的优先权的权益，其通过引用的方式整体并入本文并用于所有目的。

背景技术

发明领域

本发明总体上涉及储能装置，并且具体地涉及用于包含硅-基活性材料的干电极膜的材料和方法。

相关技术的说明

电能存储电池广泛用于为电子、电机、电化学和其它有用装置提供能量。这些电池，包括电池组(battery)，如一次化学电池和二次(可充电)电池、燃料电池和多种电容器，包括超级电容器。为了提高能量储存、提高功率容量和扩展实际使用情况，期望提高储能装置，包括电容器和电池的工作功率和能量。

包括结合了互补属性的电极膜的储能装置可以提高储能装置在实际应用中的性能。此外，现有的干燥和无溶剂制造方法可能对电极组合物施加了实用限制。因此，新型电极膜配方以及它们的制造方法可以导致电极膜配方扩展的可能性，并因此改善性能。

发明内容

出于总结本发明以及相对于现有技术所实现的优势的目的，本文描述了本发明的某些目标和优势。并非所有这些目标和优势均可以在本发明的任何具体实施方式中实现。因此，例如，本领域技术人员将认识到可以以实现或优化如本文所教导的一种优势或一组优势的方式体现或实施本发明，而无需实现如本文中可能教导或表明的其它目标或优势。

一个实施方式是包含两种不同石墨颗粒尺寸并且通过非溶剂基干法制备的硅-基锂电池阳极。在阳极中，初生石墨可以具有约20-30μm的平均(即D₅₀)颗粒尺寸，次生石墨可以具有约4-7μm的平均颗粒尺寸。阳极硅组分可以包括原始硅、氧化硅、预锂化硅和硅-碳复合材料。在一个实施方式中，硅组分占电极配方总质量的约10wt％至30wt％。阳极内的干粘结剂包括羧甲基纤维素、聚环氧乙烷、聚丙烯酸、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯及其组合。在一个实施方式中，以阳极配方总质量的约4wt％至10wt％包括干粘结剂。

在第一个方面，提供了包含硅活性材料的自支撑干阳极电极膜。

在第二个方面，提供了储能装置的干电极膜。该干电极膜包含干活性材料，该干活性材料包含14族活性材料和石墨活性材料以及干粘结剂，其中干电极膜是独立式(free-standing)的。

在第三个方面，提供了制造储能装置的干电极膜的方法。该方法包括将干14族活性材料与干石墨材料混合以形成干活性材料混合物，将该干活性材料混合物与干粘结剂混合以形成干电极膜混合物，并且压延该干电极膜混合物以形成独立式的干电极膜。

所有这些实施方式旨在包含在本文所公开的本发明的范围内。通过参考附图，根据以下优选实施方案的详细说明，本发明的这些及其它实施方式将变得对本领域技术人员容易理解，本发明不限于所公开的任何具体优选实施方式。

附图说明

图1显示了包含硅-基电极膜的储能装置的实施方式。

图2提供了制造包含14族活性材料和一种或多种石墨材料的自支撑阳极电极膜的方法。

图3提供了根据实施例1，与对于每种膜的计算理论容量相比，硅/石墨复合材料干阳极电极膜的实施方式的测量电化学充电容量的柱状图图示对比。