[发明专利]具有沉积到多孔集电体上的共形涂层的电极

说明书

本发明涉及一种电极，所述电极包括表面包括多个孔的多孔集电体；存在于所述多孔集电体所述表面的至少一部分上的共形涂层，所述共形涂层包括电化学活性材料和可电沉积粘合剂。本文还公开了包括所述电极的蓄电设备以及制备电极的方法。

政府支持的公告

本发明是在政府支持下根据能源部颁发的政府合同第DE-EE0007266号完成的。美国政府对本发明享有一定权利。

技术领域

本发明涉及由多孔集电体制成的电池电极、制造此类电极的方法以及包括所述电极的蓄电设备。

背景技术

电子行业的趋势是生产由更小、更轻的电池供电的较小的设备。具有如碳质材料的负极和如锂金属氧化物的正极的电池可以提供相对高的功率和相对轻的重量。用于产生此类电极的粘合剂通常以溶剂型或水性浆料的形式与负极或正极结合，将粘合剂涂覆到集电体以形成电极。一旦被涂覆，所粘合的成份需要能够在充电和放电循环期间承受大的体积膨胀和收缩，而不会失去电极内的互连性。电极中活性成分的互连性对电池性能极为重要，尤其是在充电和放电循环期间，这是因为电子必须穿过电极，而锂离子迁移率需要电极内活性颗粒之间的互连性。然而，溶剂型浆料存在安全、健康和环境危害，因为这些浆料中使用的许多有机溶剂有毒、易燃、本质上易挥发、致癌，并且涉及特殊的制造控制以降低风险和减少环境污染。相比之下，当包括在蓄电设备中时，水性浆料经常产生粘合性差和/或性能不佳的不符合要求的电极。此外，如果集电体形状和/或成分不均匀，如可降低电极总重量的多孔集电体，则将溶剂型和水性浆料涂覆到集电体的传统方法可能很难。期望改进电池性能，特别是在不使用致癌材料且不污染环境的情况下以降低的总重量实现改进的电池性能。

发明内容

本文公开了一种电极，其包括表面包括多个孔的多孔集电体；存在于多孔集电体表面的至少一部分上的共形涂层，该共形涂层包括电化学活性材料和可电沉积粘合剂。

本文还公开了一种蓄电设备，其包括(a)电极，所述电极包括表面包括多个孔的多孔集电体；存在于多孔集电体表面的至少一部分上的共形涂层，该共形涂层包括电化学活性材料和可电沉积粘合剂；(b)对电极；以及(c)电解质。

本文进一步公开了一种制备电极的方法，该方法包括将表面包括多个孔的多孔集电体至少部分地浸没到包括可电沉积涂料组合物的浴中，该可电沉积涂料组合物包括电化学活性材料和可电沉积粘合剂；将从可电沉积涂料沉积的共形涂层电沉积到浸没到浴中的多孔集电体的一部分上，其中共形涂层包括电化学活性材料和可电沉积粘合剂。

附图说明

图1是在其表面上具有多个孔的示例性金属丝网的图示。

图2是来自于图1的金属丝网的两条相邻金属丝的横截面图，两条相邻金属丝具有沉积在其上填充在两条金属丝之间的孔中的共形涂层。

图3是与图2相同的横截面图，带有额外的栅格线，其示出了所涂覆的金属丝网的不同组件之间距离。

图4是来自于图1的金属丝网的两条相邻金属丝的横截面图，两条相邻金属丝具有沉积在其上没有填充在两条金属丝之间的孔中的共形涂层。

图5A和5B是本发明的示例性电极在20μm级下的光学图像。

图6A和6B是本发明的示例性电极在50μm级下的光学图像。图6A显示了未涂覆的部分和边缘轮廓，而图6B显示了完全涂覆的部分。

图7A和7B是本发明的以5秒沉积速率涂覆的示例性电极的横截面场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)分析。图7A是高倍率(100μm级)，图7B是低倍率(300μm级)。

图8A和8B是本发明的以10秒沉积速率涂覆的示例性电极的横截面场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)分析。图8A是高倍率(100μm级)，图8B是低倍率(300μm级)。

具体实施方式