[发明专利]具有混合粒度的电极材料

说明书

本发明涉及电化学装置和其材料。更具体地，本发明所述实施例提供了一种低孔隙率电极，其包括大粒子和小粒子。所述大粒子包括电化学活性材料。所述小粒子包括离子传导电解液材料。在一些实施例中，所述大粒子和小粒子的特征是不高于0.5的分散度。以及其他实施例。

相关申请的交叉引用

本申请要求对2014年6月4日提交的题为“ELECTRODE MATERIALS WITH MIXEDPARTICLE SIZES”的美国临时专利申请号62/007,416享有的优先权，在此以所有目的引用其全部内容并入文本。

发明背景

本发明公开内容涉及电化学装置和其电化学材料。尤其是，本发明具体涉及一些关于电化学电极制备和纳米尺寸的电极填充结构和/或固态电极的挑战。

随着消费性电子产品(如：移动电话，平板电脑，和笔记本电脑)和电动汽车(如：插电式混合动力汽车和电动汽车)广泛普及，因此亟需更好的电力储存设备，以用于驱动汽车和电子产品。尽管可充电(二次充电/牵引式)锂(Li)离子电池(即：Li充电电池)在消费性电子产品中得到了广泛应用，但受制于能量密度和输出功率的限制，传统电池在其他应用领域(如汽车行业)得不到大量应用。固态锂充电电池，因其全部由固体部件组成，具有更高的能量密度和功率输出，作为依赖和包含液态电解液的传统电池的替代品，具有巨大的潜力。

固相中的离子电导率普遍低于液相中的离子电导率。因此，固态电池为了达到更高的输出功率，其中所有离子传导通道均应通过固体，所述离子通道应该减少，构成固态部分的所述固有离子电导率应当增加。尽管经过实质努力后，这些问题仍然没有得到纠正，并且固相电池仍然是电量输出低。

因此，在涉及固态电化学电极(如：薄膜正电极)以及以纳米结构和纳米级组成成分的方式(如：活性材料和阴极电解液)的相关领域仍有一系列问题存在。例如，在这些相关领域需要的是，制备新的薄膜正电极的方法，所述新的薄膜正电极包括高效能固态电池所需的具体尺寸特征。除了采取和使用相关领域中相关问题相同的解决方案和其他方案，本发明部分举例阐述了此类纳米结构和纳米级正电极。

发明摘要

在一个实施例中，本发明提供的固态电化学电极包括电化学活性材料的第一多个粒子，所述第一粒子具有第一粒度分布，其特征是0.25或更小的第一分散度以及第一中值直径；和离子导电材料的第二多个粒子，所述第二粒子具有第二粒度分布，其特征是0.25或更小的第二分散度以及第二中值直径；所述第二中值直径是所述第一中值直径的1/3或更低。

在第二实施例中，本发明提供的固态电化学电极包括：活性材料，其特征是具有第一中值粒径的第一粒度分布；阴极电解液材料，其特征是具有第二中值粒径的第二粒度分布；其中活性材料与阴极电解液材料的所述体积比为从99:1至1:1；和其中所述第一中值粒径与所述第二中值粒径的所述粒径比是至少3:1或更大。

在第三实施例中，本发明提供的电化学电池包括：阳极集流器；与所述阳极集流器直接接触的阳极；与所述阳极直接接触的电解液，所述阳极位于所述阳极集流器与所述电解液之间，以及所述电解液的特征是至少1e-4S/cm的离子电导率；和与所述电解液直接接触的固态正极，所述固态正极包括：活性材料，其特征是具有第一中值粒径的第一粒度分布；阴极电解液材料，其特征是具有第二中值粒径的第二粒度分布；其中活性材料与阴极电解液材料的所述体积比为从99:1至1:1；和其中所述第一中值粒径与所述第二中值粒径的所述粒径比是至少3:1或更大。

在第四和第五实施例中，本发明提供前面所述电化学电极的制备和使用方法。

附图简要说明

图1表示具有混合粒径的活性材料和阴极电解液粒子的电极实施例。

图2表示具有混合粒径的活性材料和阴极电解液粒子的电极实施例。

图3表示在固态阴极中阴极电解液材料的渗透网络实施例。