CN104124427A - 电极、包含该电极的电化学装置和制造该电极的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电极、包含该电极的电化学装置和制造该电极的方法。所述电极为包含形成在其表面的第一有机/无机复合多孔涂层的电极,其中第一涂层包含无机颗粒以及使无机颗粒相互连接和固定的粘合聚合物,该涂层具有由无机颗粒间的间隙体积形成的微孔。所述制造该电极的方法包括如下步骤:(a)用含有电极活性物质的浆料涂覆集电器,然后干燥以提供电极;以及(b)在从步骤(a)得到的电极的表面涂覆无机颗粒与粘合聚合物的混合物。包含该电极的锂二次电池显示了改善的安全性以及电池性能下降的最小化。
Description
本发明专利申请是基于2005年2月5日提交的发明名称为“用有机/无机复合多孔层涂覆的电极以及包括该电极的电化学装置”的中国专利申请号200580004235.7的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种电极,其可以改善电化学装置的性能和安全性。更具体地,涉及一种具有涂层的电极,制造该电极的方法,以及含有该电极的电化学装置,所述涂层可代替隔膜。
背景技术
近来,人们对储能技术的兴趣正在增加。电池已广泛应用于便携式电话、摄像机、笔记本电脑、个人电脑和电力汽车的电源,导致人们加强了对它们的研发。由于这个原因,电化学装置引起了很大的兴趣。更具体地,可充电的二次电池是关注的焦点。近来,在二次电池领域进行了可以改善容量密度和比能的新型电极和电池的大量研发。
在目前使用的二次电池中,在20世纪90年代早期出现的锂二次电池的工作电压和能量密度高于传统的采用含水电解质的电池(例如Ni-MH电池、Ni-Cd电池和H2SO4-Pb电池等)。因此,使用锂二次电池很有利。然而,这种锂二次电池存在的缺陷是其使用的有机电解质,其会导致由于电池起火或爆炸引起的安全性相关问题;而且制造这种电池的过程很复杂。
评估并保证电池的安全性是很重要的。最重要的考虑是电池不会对误操作电池使用者造成伤害。由于这个目的,应根据安全标准严格限制在电池起火和燃烧方面的电池安全性。因此,已作出了很多解决电池相关安全问题的尝试。
为了防止电池发热,已提出了多种方法,包括采用保护电路和通过隔板来绝热等。然而,采用保护电路会导致电池组在减小尺寸和降低成本上受到限制。当发热迅速产生时,通过隔板来绝热的机构常常失效。
近来,也提到采用有机电解质添加剂来解决上述问题。然而,基于电解质添加剂的安全机构存在缺陷:其热值(J)随着充电电流和电池的内阻变化而变化而且时间选择(timing)不均匀。另外,用电池内部的压力来切断电流的装置需要电池内部的空间来容纳它,因此在高容量方面不是优选的。而且上述传统的安全方法常伴随电池其它性能的下降下降。
韩国专利公开号为0326455、0326457和0374010的专利公开的方法是将无机颗粒涂覆到阴极活性物质上。然而,即使这种方法可改善电池的安全性,由于作为涂覆剂的无机颗粒没有锂离子传导性,因此这种方法存在使电池性能下降的缺陷。
同时,除了上述安全问题外,电化学装置,例如锂离子电池,还存在与目前所用的隔膜相关的问题。例如,目前使用的锂离子电池和锂离子聚合物电池采用聚烯烃基隔膜以防止阴极和阳极之间短路。然而,这种聚烯烃基隔膜存在缺陷,由于隔膜材料的性质,例如聚烯烃基材料在小于或等于200℃下熔化,以及加工特性,例如为了控制孔径和孔隙度而拉伸材料,故而隔膜会在高温加热时收缩到原始尺寸。因此当电池由于内部/外部因素而加热至高温时,隔膜的收缩或熔化很有可能导致阴极和阳极间的短路。因此有必要提供一种在高温下不会产生热收缩的隔膜。
为了解决上述与聚烯烃基隔膜相关的问题,已有许多尝试开发电解质,其中使用无机材料来取代传统的隔膜。这种电解质广义上可分为两类。第一类是固体复合电解质,其通过将不具有锂离子传导性的无机颗粒与具有锂离子传导性的聚合物混合而得到。然而,众所周知的是用这种复合电解质取代传统隔膜和液体电解质是不可取的,原因是这种复合电解质的锂离子传导性比液体电解质低,当无机材料与聚合物混合时它们之间的界面电阻高;当引入过量的无机材料时,这种复合电解质由于其脆性不容易处理;而且采用这种复合电解质时组装电池很困难。参见日本特许公开专利No.2003-022707,["Solid StateIonics"-vol.158,n.3,p.275,(2003)],["Journal of Power Sources"-vol.112,n.1,p.209,(2002)]和["Electrochimica Acta"-vol.48,n.14,p.2003,(2003)]等。
第二类是将无机颗粒与凝胶聚合物电解质混合得到的电解质,该凝胶聚合物是由聚合物和液体电解质形成的。参见美国专利No.6544689、日本特许公开专利No.2002-008724和No.1993-314995、国际专利公开No.WO02/092638和WO00/038263、[“Journal ofElectrochemical Society"-v.147,p.1251,(2000)]、["Solid StateIonics"-v.159,n.1,p.111,(2003)]、["Journal of Power Sources"-v.110,n.1,p.38,(2002)]和["Electrochimica Acta"-v.48,n.3,p.227(2002)]等。然而,由于用于这种电解质的聚合物的粘结能力差,所以不能采用大量的无机材料。因此,与聚合物和液体电解质相比,引入的无机材料的量相对小,因而仅仅起到协助液体电解质的锂离子传导性的辅助作用。而且这种凝胶型聚合物电解质的离子传导性比液体电解质低,因此降低了电池性能。
具体地,迄今为止的大部分尝试所开发的含有无机材料的复合电解质都是独立(free standing)膜的形式。然而,由于这种电解质的机械性能差,例如膜的高脆性,实际上很难将它应用于电池。
另外,美国专利No.6432586公开了含有聚烯烃基隔膜的复合膜,该隔膜上涂覆有二氧化硅,以改善有机/无机复合膜的机械性能如脆性。然而,因为这种膜仍采用了聚烯烃基隔膜,其缺点是不能显著地改善安全性,包括高温时防止热收缩。另外,Creavis Gesellschaft开发了一种有机/无机复合隔膜,该隔膜包括无纺聚酯载体,其上涂覆有二氧化硅(SiO2)或氧化铝(Al2O3)等。然而,Creavis的复合隔膜由于其无纺网的基本特性而不能提供优良优良的机械性能。而且,由于电化学反应中聚酯的化学结构容易破坏,Creavis复合隔膜在实际应用于电池时会有很多困难["Desalination"-vol.146,p.23(2002)]。
因此,对能够改善电化学装置的性能和安全性的隔膜的技术性研发是持续需要的。
发明内容
我们已经发现,有机/无机复合多孔涂层能够作为传统隔膜的替代品,所述复合多孔涂层是通过在电极表面直接涂覆无机颗粒以及可以用液体电解质溶胀(swellable)的聚合物而形成的。而且,上述有机/无机复合多孔涂层与电极牢固地结合(bonded)于界面上,不会导致热收缩,因而能解决与传统隔膜有关的上述问题,而且能改善包括涂有该涂层的电极的电化学装置的性能和安全性。
因此,本发明的一个目标是提供一种具有有机/无机复合多孔涂层的电极,其能改善电化学装置的性能和安全性,制造该电极的方法以及包括该电极的电化学装置。
根据本发明的一个方面,提供了一种电极,该电极具有在其表面形成的第一有机/无机复合多孔涂层,其中第一涂层包括无机颗粒和粘合聚合物,该聚合物用于使无机颗粒相互连接并固定,无机颗粒之间的间隙体积形成微孔。也提供了一种含有该电极的电化学装置。
根据本发明的另一个方面,提供了一种制造电极的方法,该电极具有在其表面形成的有机/无机复合多孔涂层。该方法包括如下步骤:(a)将含有电极活性物质的浆料涂覆到集电器(current collector)上并干燥,以得到电极;和(b)将无机颗粒与粘合聚合物的混合物涂覆到由步骤(a)得到的电极的表面。
附图说明
结合后面的详细说明和下列附图,本发明的前述的和其它的目的、特点和优点会更加明显:
图1是具有根据本发明的第一有机/无机复合多孔涂层的电极应用在电池中时的示意图;
图2是根据本发明制造电极的过程中在电极活性物质的表面形成第二涂层的步骤的示意图;
图3是示出了具有根据本发明的第一有机/无机复合多孔涂层的电极的断面结构的扫描电子显微镜(SEM)照片;
图4a和4b是扫描电子显微镜(SEM)照片,各示出了具有第一有机/无机复合多孔涂层的电极的断面结构,其中图4a是具有根据本发明形成的涂层的电极的照片,图4b是具有根据现有技术(增塑剂萃取用于涂覆凝胶型聚合物电解质到电极上)形成的涂层的电极的照片;
图5是根据实施例1(PVdF-CTFE/Al2O3)的第一有机/无机复合多孔涂层和根据比较例1的聚烯烃隔膜在150℃下放置1小时后,收缩对比的照片;
图6是包括具有根据实施例1的第一有机/无机复合多孔涂层的电极的锂二次电池的充/放电性能的图;
图7是包括具有根据实施例6的第一有机/无机复合多孔涂层以及聚烯烃基隔膜的电极的锂二次电池的充/放电性能的图;
图8是根据实施例1和比较例1的锂二次电池的高速放电性能(C-速率)的图;
图9是根据实施例1和比较例1的锂二次电池的循环性能的图;
图10是使用根据比较例1的锂二次电池过充测试(10V/1A)的结果的图;
图11是使用根据实施例1的锂二次电池过充测试(10V/1A)的结果的图;以及
图12是使用根据实施例1的锂二次电池和根据比较例1的锂二次电池在相同的条件下进行过充测试(10V/1A)后的结果对比的照片。
具体实施方式
下面,将更详细地说明本发明。
本发明的特征在于提供一种新型的一体式隔膜和电极,其具有隔膜的功能,可作为隔板防止阴极与阳极之间的电接触并允许离子通过;还具有电极的功能,实现可逆的锂的嵌入/脱出。
根据本发明的电极是一体式隔膜和电极,其是通过在预制的电极的表面上涂覆无机颗粒与粘合聚合物的混合物而形成有机/无机复合多孔涂层而得到。如上所述形成的涂层由于无机颗粒之间的间隙体积而具有均匀的多孔结构,其与电极中电极活性物质形成的多孔结构是一样的。
有机/无机复合多孔涂层的具体特征如下:
(1)根据本发明的形成在电极上的有机/无机复合多孔涂层能取代传统的隔膜,因为它可以防止阴极和阳极之间的短路,而且由于它的多孔结构,它可传导电解质。
(2)传统的聚烯烃基隔膜在高温下会发生热收缩,因为它们的熔点为120-140℃。然而,有机/无机复合多孔涂层由于无机颗粒的耐热性不会发生热收缩。因此,采用了具有上述含有无机颗粒和粘合聚合物的涂层的电极的电化学装置,即使在极端的条件下,例如高温、过充等,也不会由于阴极和阳极之间的短路导致安全性下降。因此,这种电化学装置与传统电池相比具有优良的安全性能。
(3)传统的隔膜或聚合电解质形成为独立膜形状然后与电极一起组装。相反地,有机/无机复合涂层通过将其直接涂覆到电极的表面上而形成,因此它可以固定(anchor)在电极表面的孔中,从而提供了涂层和电极之间的牢固的物理结合。因此,可改善与机械性能如脆性相关的问题。另外,电极和涂层之间这种增强的界面粘接可降低界面电阻(interfacial resistance)。实际上,根据本发明的电极包括有机/无机复合涂层,其与电极活性物质有机结合。另外,涂层不会影响电极中现有的孔结构,因此能维持该结构。而且,涂层本身具有由无机颗粒形成的均匀的孔结构(参见图3和图4)。
(4)取决于无机颗粒的直径或无机颗粒与聚合物的混合比例,有机/无机复合多孔涂层具有可控的孔径和孔隙度。上述孔能被随后注入的液体电解质填充,因此能显著地减小无机颗粒相互之间或无机颗粒与粘合聚合物之间产生的界面电阻。
(5)当用于有机/无机复合多孔涂层的粘合聚合物是具有电解质功能的聚合物时,该聚合物能被液体电解质溶胀和/或溶解,在组装电池后注入的电解质能渗透到聚合物中,所得的电解质渗透其中的聚合物具备传导电解质离子的能力。因此,与传统的有机/无机复合电解质相比,根据本发明的涂层能改善电化学装置的性能。另外,可被电解质溶胀和/或溶解的聚合物对电解质具有优良的亲合力,涂覆有该聚合物的电极对电解质也具有提高的亲合力,因此可望改善电池性能。而且,当该聚合物应用于碳质阳极活性材料时,能减小阳极的不可逆容量,因此使电池的总容量增加。
(6)尽管根据现有技术,装配电化学装置时采用了传统的电极和隔膜,但根据本发明仅采用了具有有机/无机复合多孔涂层的电极,该涂层可取代隔膜。因此,简化了制造电化学装置的方法。另外,用传统涂覆方法得到的涂层的厚度容易控制,这样能得到具有小于或等于10μm的薄膜形式的涂层或者得到厚膜形式的涂层。
有机/无机复合多孔涂层中的一种组分是本领域目前采用的颗粒形式的无机材料,该涂层形成在电极的表面上。该无机颗粒防止阳极和阴极之间短路,所以其能取代隔膜。因此,对无机颗粒的选择没有特别的限制,只要其是电化学稳定的即可。换句话说,对无机颗粒的选择没有特别的限制,只要它们在使用了它们的电池的工作电压范围内(例如,基于Li/Li+的0-5V)不会发生氧化和/或还原。特别地,优选的是采用的无机颗粒具有尽可能高的离子传导性,因为这种无机颗粒能改善电化学装置的离子传导性和性能。另外,当采用的无机颗粒具有高密度时,它们在涂覆步骤中难以分散,会增加所制造的电池的重量。因此,优选的是采用的无机颗粒的密度尽可能低。而且,当采用的无机颗粒具有高的介电常数时,它们有利于提高液体电解质中电解质盐例如锂盐的离解度,从而改善了电解质的离子传导性。
由于这些原因,优选的是采用具有大于或等于10的高介电常数的无机颗粒、具有锂传导性的无机颗粒、或它们的混合物。
介电常数大于或等于10的无机颗粒的具体但非限制性的例子包括BaTiO3、Pb(Zr,Ti)O3(PZT)、Pb1-xLaxZr1-yTiyO3(PLZT),PB(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT),二氧化铪(HfO2)、SrTiO3、SnO2、CeO2、MgO、NiO、CaO、ZnO、ZrO2、Y2O3、Al2O3、TiO2或它们的混合物。
本文所用的“具有锂离子传导性的无机颗粒”是指含有锂元素并且不用储存锂就能传导锂离子的无机颗粒。具有锂离子传导性的无机颗粒由于其结构中存在的缺陷而能传导并移动锂离子,因此能提高锂离子传导性并促进电池性能的改善。这种具有锂离子传导性的无机颗粒的非限制性例子包括:磷酸锂(Li3PO4)、磷酸钛锂(LixTiy(PO4)3,0<x<2,0<y<3)、磷酸钛铝锂(LixAlyTiz(PO4)3,0<x<2,0<y<1,0<z<3)、(LiAlTiP)xOy型玻璃(0<x<4,0<y<13)如14Li2O-9Al2O3-38TiO2-39P2O5、钛酸镧锂(LixLayTiO3,0<x<2,0<y<3)、硫代磷酸锗锂(LixGeyPzSw,0<x<4,0<y<1,0<z<1,0<w<5)如Li3.25Ge0.25P0.75S4、氮化锂(LixNy,0<x<4,0<y<2)如Li3N、SiS2型玻璃(LixSiySz,0<x<3,0<y<2,0<z<4)如Li3PO4-Li2S-SiS2、P2S5型玻璃(LixPySz,0<x<3,0<y<3,0<z<7)如LiI-Li2S-P2S5或它们的混合物。
根据本发明,使用介电常数相对高的无机颗粒,而不使用没有反应性或介电常数相对低的无机颗粒。而且,本发明也提供了无机颗粒的新用途,该用途从未被采用过。上述无机颗粒,例如Pb(Zr,Ti)O3(PZT)、Pb1-xLaxZr1-yTiyO3(PLZT)、PB(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT)、二氧化铪(HfO2)等,具有大于或等于100的高介电常数。无机颗粒还具有压电性,当它们在特定的压力应用中被拉制(drawn)或压缩时,通过形成电荷可在两个表面之间产生电压。因此,无机颗粒可防止两个电极之间的内部短路,因而有利于改善电池的安全性能。另外,当将这种具有高介电常数的无机颗粒和具有锂离子传导性的无机颗粒结合时,可得到协同的作用。
尽管对无机颗粒的尺寸没有特别的限制,优选的是无机颗粒的尺寸为0.001-10μm,这样是为了形成具有均匀厚度的涂层并提供适当的孔隙度。当其尺寸小于0.001μm时,无机颗粒的分散性差以致有机/无机复合多孔涂层的物理性能不易控制。当其尺寸大于10μm时,相同的固含量下形成的有机/无机复合多孔涂层的厚度增加,导致机械性能下降。而且,在反复充/放电循环时,这种过大的孔会增加内部短路的可能性。
有机/无机复合多孔涂层中的另一种组分是本领域中目前所用的粘合聚合物,该涂层形成在电极的表面上。优选的是粘合聚合物具有尽可能低的玻璃化转变温度(Tg),更优选的是Tg在-200℃和200℃之间。优选上述Tg低的粘合聚合物,是因为它们能改善最终涂层的机械性能,例如柔韧性和弹性。该聚合物用作粘结剂,使无机颗粒相互之间、无机颗粒与电极活性物质的表面之间以及电极中的一部分孔相互连接并稳定固定,这样防止最终形成的电极的机械性能下降。
采用具有离子传导性的粘合聚合物不是必需的。然而,当粘合聚合物具有离子传导性时,它能进一步改善电化学装置的性能。因此,优选的是粘合聚合物具有尽可能高的介电常数,因为电解质中盐的离解度取决于电解质中所用溶剂的介电常数,具有更高的介电常数的聚合物能增加本发明所用电解质中盐的离解度。该聚合物的介电常数范围是1.0-100(在1kHz频率下测量),优选是大于或等于10。
根据本发明,粘合聚合物可以是可溶解或可溶胀的聚合物,或者具有混合特性的聚合物,这取决于所用液体电解质的种类。可以用电解质溶胀的聚合物可吸收组装电池后注入的电解质而具有电解质离子传导性,因而提高了电池的性能。另外,可溶解于电解质的聚合物微溶于组装电池后注入的液体电解质以形成高粘度电解质,因此能抑制电极活性物质与电解质间的副反应,因而提高了电池的安全性。特别地,优选采用对电解质具有优良的亲合力的可溶胀于电解质的聚合物与可溶解于电解质的聚合物的混合物。当采用这种混合物形式的、能被电解质溶胀和/或溶解的具有电解质功能的粘合聚合物时,上述效果协同性地结合在一起,既改善了电池的安全性,又防止了电池性能下降下降。
而且,与疏水性聚合物如聚烯烃聚合物相比,具有许多极性基团的亲水性聚合物更适于用作粘合聚合物。因此,优选用于本发明的聚合物的溶解参数大于或等于17.0[J1/2/cm3/2],更优选地是17.0-30[J1/2/cm3/2]。当聚合物的溶解参数小于或等于17[J1/2/cm3/2]时,聚合物在电池的传统电解质中不能充分地溶胀。
除上述作用外,根据本发明的粘合聚合物,其特征还在于,当其溶胀于液体电解质时其被凝胶化,因而显示高的溶胀程度。因此,基于聚合物总重量,这种聚合物的用量优选为至少1wt%,更优选为1-1000wt%、
可用于本发明的粘合聚合物的非限制性例子包括聚环氧乙烷、聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-三氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、明胶、氰乙基支链淀粉、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基纤维素、氰乙基蔗糖、支链淀粉(pullulan)、醋酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、聚乙二醇、甘醇二甲醚、聚乙二醇二甲醚、羧甲基纤维素或它们的混合物。
根据本发明的有机/无机复合多孔涂层中的无机颗粒与聚合物的混合比例没有特殊的限制。根据最终形成的涂层的厚度和结构来控制混合比例。更具体地,无机颗粒与聚合物的比例优选重量比为10:90至99:1,更优选50:50至99:1。当混合比例小于10:90时,聚合物的量过大导致减少无机颗粒之间形成的间隙体积,因此减少了涂层的孔径和孔隙度,导致电池性能下降下降。当混合比例大于99:1,聚合物的量过小导致减弱无机颗粒之间的粘结力,使所得的有机/无机复合多孔涂层的机械性能下降。
通过涂覆无机颗粒与粘合聚合物的混合物而形成的有机/无机复合多孔涂层在厚度上也没有特别的限制。可根据电池的性能来控制厚度。可分别控制形成在阳极和阴极上的各涂层的厚度。根据本发明,为了降低电池的内部电阻,涂层的厚度优选的是1-100μm,更优选的是1-30μm。
另外,有机/无机复合多孔涂层的孔径和孔隙度主要取决于无机颗粒的尺寸。例如,当采用粒径小于或等于1μm的无机颗粒时,所形成的孔的孔径也小于或等于1μm。孔结构被随后注入的电解质填充,该电解质用来传导离子。因此,孔径和孔隙度是控制涂层的离子传导性的重要因素。优选地,根据本发明的有机/无机复合多孔涂层的孔径和孔隙度分别为0.001-10μm和10-95%。
根据本发明的形成在电极上的有机/无机复合多孔涂层还可包括其它添加剂。
在电极的另一个实施例中,该电极具有能取代隔膜的有机/无机复合多孔涂层,该电极非必须地还包括第二涂层,该涂层是通过用聚合物部分或全部涂覆形成电极的电极活性物质的表面而形成的。
在电极制造过程中,用聚合物涂覆以传统方法制备的电极中的电极活性物质的表面而得到第二聚合涂层,该聚合物优选为具有电解质功能的聚合物,其可用电解质溶胀和/或溶解。当表面涂覆有溶液时,该溶液含有能被电解质溶胀和/或溶解的聚合物,该溶液能通过电极自身的孔渗透到电极内部。因此,在维持电极的基本结构的情况下,将聚合物均匀地涂覆到电极内部的活性物质上是可能的。另外,由于维持了电极活性物质颗粒之间的孔结构,电解质能迅速地渗透到电极中,同时所得的厚度小于或等于1μm的聚合薄膜能使锂离子移动速率的下降最小化。
下面,将更详细地说明上述第二聚合涂层。
(1)根据本发明形成在电极中的电极活性物质表面上的第二聚合涂层能够改善电化学装置的安全性。更具体地,当常规的电极活性物质由于外部冲击如过充或高温贮存而不稳定时,会与高反应活性的电解质发生反应。然而,根据本发明,电极中的活性物质的表面被聚合物包裹,优选地,被能溶胀和/或溶解于液体电解质的聚合物包裹。因此,在电化学装置装配并然后注入常规的电解质后,电极活性物质不与电解质直接接触而与聚合物接触,从而使电极活性物质的反应活性显著下降。因此,能降低电极与电解质之间的副反应产生的热值,因而能提高电化学装置的安全性。
(2)根据本发明的形成在电极活性物质表面上的第二聚合涂层能使电化学装置性能的下降最小化。
根据本发明,首先制备电极,然后在电极表面涂覆聚合物。相反地,根据现有技术,在制备电极前将电极活性物质涂覆有导电聚合物或无机颗粒,然后用上述涂覆后的电极活性物质形成电极。因此,根据本发明,不会出现电极活性物质的聚集或涂覆在电极活性物质上的聚合物的分离。另外,因为能充分地维持电极各成分之间的结构和分布,因此也能维持电化学装置的性能和基本特性如容量。
(3)根据本发明的第二聚合涂层中的聚合物能被电解质溶胀和/或溶解。如上所述,在电池的制备过程中,当电解质注入到电池内时,聚合物能具有电解质离子传导性,因此使电池性能的下降最小化。
(4)由于能被液体电解质溶胀和/或溶解的聚合物具有优良的电解质亲合性,涂覆有该聚合物的电极也提高了对电解质的润湿性。因此减小阳极的不可逆容量而得到增加的总容量是可能的。
(5)根据现有技术,隔膜和电极可涂覆有聚合物。然而,这种涂覆有聚合物的隔膜可成为锂离子传导的阻挡层,因此产生电池性能,如离子传导性下降的问题。相反,根据本发明,能被液体电解质溶胀和/或溶解的聚合物仅存在于电极活性物质的表面。因此,没有与隔膜上存在聚合物而导致的电池性能下降相关的问题。
对可用于第二聚合涂层的聚合物的选择没有特别的限制,该第二聚合涂层形成在与电极互连的电极活性物质的表面上。优选的是采用具有与第一有机/无机复合多孔涂层中的粘合聚合物相似的物理性质的聚合物。任何材料,只要它们具有上述性质,即可单独或混合使用。
涂覆有第二涂层的聚合物的电极活性物质必须维持互连的活性物质颗粒之间的孔结构。优选的是聚合涂层作为独立相存在,不与粘结剂(binder)混合,该粘结剂非必须地用于传统的电极浆料中。
尽管第二聚合涂层的聚合物可采用使电极中的孔完全被聚合物填充的体积量,但考虑到电池的性能和安全性之间的关系可控制使用聚合物的量。另外,阴极和阳极中聚合物的用量可独立地控制。存在于电极中的第二聚合涂层中的聚合物的量,以电极活性物质的重量为基准,至少是0.01wt%,优选0.01-50wt%。
作为独立相涂覆在电极中互连的电极活性物质的表面上的第二聚合涂层,其厚度优选为0.001μm(1nm)-10μm,更优选为10nm-100nm。当厚度小于1nm时,不可能有效地防止电极活性物质和电解质之间的副反应和放热反应,这些反应主要发生在过充或高温贮存条件下。因此,不可能改善电池的安全性。当厚度大于10μm时,聚合物被渗透的电解质溶胀或溶解需要长的时间,这样降低了锂离子传导性,因此使电池的整体性能下降。
包括作为独立相涂覆在电极活性物质表面上的第二聚合涂层的电极比不包括第二涂层的电极的孔隙度小。包括第二涂层的电极的孔隙度优选控制在1%-50%的范围内。电极的孔部分填充有电解质。当电极的孔隙度小于1%时,电解质(E)与电极活性物质(M)的比值,即E/M太低,因此由于锂离子传导性不足使电池性能下降。当电极的孔隙度大于50%时,在过充或高温贮存的条件下,过度地进行电解质和电极活性物质间的副反应,因此导致电池安全性下降。
而且,第二涂层的聚合物对电解质具有高的亲合力,如上所述,因此包括第二涂层的电极对电解质也具有高的亲合力。因此,与不包括第二涂层的电极相比,包括第二涂层的电极与电解质间的接触角减小,优选为减小了1°或更多角度。
优选地,根据本发明的电极具有这样的结构,它包括形成在互连的电极活性物质颗粒的表面上的第二聚合涂层,以及形成在电极表面上、能取代隔膜的第一有机/无机复合多孔涂层。因此,协同地提高电池的性能和安全性是可能的。
在电极的表面上涂覆无机颗粒与粘合聚合物的混合物可通过本领域技术人员公知的方法来完成。
本发明的电极的制备方法的一个实施方案,包括下列步骤:(a)采用常规的方法将含有电极活性物质的浆料,以及非必须的粘结剂和/或导电剂施用到集电器上,以提供电极;(b)在适当的有机溶剂中溶解粘合聚合物以提供粘合聚合物溶液,向溶液中添加无机颗粒并将它们混合,用得到的混合物涂覆由步骤(a)得到的电极,然后干燥经涂覆的电极。
优选的是,所用的溶剂具有与聚合物相似的溶解参数,且沸点低。这种溶剂能与聚合物均匀地混合,而且涂覆聚合物后易于去除。可采用的溶剂包括:丙酮、四氢呋喃、二氯甲烷、氯仿、二甲基甲酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、环己胺、水和它们的混合物,但不限于此。
另外,优选的是将无机颗粒添加到粘合聚合物溶液中后,进行研磨无机颗粒的步骤。研磨所需时间为1-20小时是合适的。研磨后的粒子的粒径范围优选为0.01-10μm。可采用常规的研磨方法,优选的是采用球磨的方法。
为了将无机颗粒与粘合聚合物的混合物涂覆到预制的电极上,可采用本领域技术人员公知的任何方法。可采用不同的方法,包括浸渍涂覆、口模式涂覆(die coating)、辊涂、点涂(comma coating)或上述方法的联合。
涂覆有添加了无机颗粒的凝胶型聚合物的常规电极可通过有意地添加和萃取增塑剂而形成多孔结构(参见图4b)。然而,在这种情况下,孔的孔径为几个埃且孔隙率低。因此,采用这种常规电极的电池显示了差的性能。相反,如上所述制备的电极具有这样的结构,其中电极活性物质层和有机/无机颗粒复合多孔涂层相互紧密而有机地结合在一起,同时保持了各层中独特存在的孔结构,如图3和图4a所示。而且,存在于各层中的微孔结构允许锂离子顺利地传导。因此,可望将电极性能的下降最小化(参见图1)。
在本发明的电极的制备方法的另一个实施方案中,聚合物涂覆在电极活性物质颗粒的表面上形成第二涂层。在步骤(a)和(b)之间增加步骤(c),通过该步骤在电极活性物质颗粒的表面上涂覆用于第二涂层的聚合物来形成第二涂层。
例如,在步骤(c)中,用于第二涂层的聚合物溶解在适当的溶剂中以提供聚合物溶液,然后将预制电极浸渍到溶液中,如图2所示。另外,用于第二涂层的聚合物可添加到电极的常规浆料中并与其混合。
当用于第二涂层的聚合物溶解于溶剂时,应控制溶剂中聚合物的含量,使其不高于完全填充电极表面的孔所需的量。当聚合物含量过高时,溶液的粘度增加,因此聚合物可能不能渗透到电极的孔中但可存在于电极的表面上,因而在电极的表面上形成额外的聚合层。这种情况下,难以控制电极和电解质的反应。而且,这种额外形成在电极表面上的聚合层导致电池性能下降。另一方面,当聚合物含量过低时,存在于电极活性物质表面的聚合物的量也低,以致不能控制电极和电解质之间的反应。尽管溶剂中聚合物的含量可根据所使用的聚合物、溶剂的种类、溶液的粘度和电极的孔隙度而变化,但优选的是控制在0.1-20wt%的范围内。
此外,本发明提供的电化学装置包括阴极、阳极和电解质,其中一个或两个电极都包括含有无机颗粒和粘合聚合物的有机/无机复合多孔涂层,该涂层形成在电极的表面上,并可取代隔膜。
这种电化学装置包括任何可发生电化学反应的装置,其具体的例子包括所有类型的原电池、二次电池、燃料电池、太阳能电池或电容器。
在制造采用了上述电极的电化学装置的方法的一个实施方案中,不需要常规的聚烯烃基微孔隔膜,而采用具有上述涂层的电极,通过卷绕或层叠工艺,然后注入电解质,来组装电化学装置。
根据本发明的电极,其涂覆有有机/无机复合多孔涂层,可根据本领域技术人员公知的方法将电极活性物质施加(apply)到集电器上而形成。具体地,阴极活性物质可包括目前用于常规电化学装置的阴极的任何常规阴极活性物质。阴极活性物质非限制性的具体例子包括锂嵌入材料,如锂锰氧化物、锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂铁氧化物或它们的复合氧化物。另外,阳极活性物质可包括目前用于常规电化学装置的阳极的任何常规阳极活性物质。阳极活性物质的非限制性的具体例子包括锂嵌入材料,例如锂金属、锂合金、碳、石油焦炭、活性碳、石墨或其它的碳质材料。阴极集电器的非限制性例子包括铝、镍或它们的组合物形成的箔。阳极集电器的非限制性例子包括铜、金、镍、铜合金或它们的组合物形成的箔。
可用于本发明的电解质包括式A+B-表示的盐,其中A+表示碱金属的阳离子,其选自由Li+、Na+、K+和它们的组合的组成的组;B-表示阴离子,其选自由PF6 -、BF4 -、Cl-、Br-、I-、ClO4 -、AsF6 -、CH3CO2 -、CF3SO3 -、N(CF3SO2)2 -、C(CF2SO2)3 -和它们的组合的组成的组;该盐在有机溶剂中溶解或解离,该有机溶剂选自由碳酸亚丙酯(propylenecarbonate)(PC)、碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二丙酯(DPC)、二甲基亚砜、乙腈、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、四氢呋喃、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、碳酸甲乙酯、γ-丁内酯和它们的混合物组成的组。然而,可用于本发明的电极不限于上述例子。
更具体地,根据最终产品的制造方法和所需性能,可在电化学装置制造工艺的适当步骤中注入电解质。换句话说,可在电化学装置装配前注入电解质,或在装配电化学装置的最后步骤中注入电解质。
而且,由于电极是一体式隔膜和电极,因此不需要额外的隔膜。然而,根据最终电化学装置的用途和性能,涂覆有本发明的涂层的电极可与聚烯烃基微孔隔膜一起使用。
优选地,从上述方法得到的电化学装置为锂二次电池,该锂二次电池包括锂金属二次电池、锂离子二次电池、锂聚合物二次电池和锂离子聚合物二次电池等。
实施例
现在将详细参考本发明的优选实施方案。应当理解下列例子仅仅是示例性的,本发明并不限于此。
[实施例1-9]
实施例1.有机/无机复合多孔涂层涂覆的电极以及包含该电极的锂二次电池的制备
1-1.具有有机/无机复合多孔涂层的电极(PVdF-CTFE/Al 2 O 3 )
(阳极的制备)
以N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)作为溶剂,加入作为阳极活性物质的96wt%碳粉、作为粘结剂的3wt%PVDF(聚偏二氟乙烯)和作为导电剂的1wt%炭黑,形成阳极混合浆料。将浆料涂覆在作为阳极集电器的10μm厚的铜箔上,然后干燥形成阳极。然后将阳极进行辊压。
(阴极的制备)
以N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)作为溶剂,加入作为阴极活性物质的92wt%锂钴复合氧化物(LiCoO2)、作为导电剂的4wt%炭黑和作为粘结剂的4wt%PVDF(聚偏二氟乙烯),形成阴极浆料。将浆料涂覆在作为阴极集电器的20μm厚的铝箔上,然后干燥形成阴极。然后将阴极进行辊压。
(电极表面的涂覆)
将5wt%的PVdF-CTFE聚合物(聚偏二氟乙烯-氯三氟乙烯共聚物)加入到丙酮中,并在其中于50℃下溶解12个小时或更长时间以形成聚合物溶液。向上述得到的聚合物溶液中加入20wt%浓度的氧化铝(Al2O3)粉末。然后,用球磨方法研磨并分散氧化铝粉末约12小时或更长时间,以形成浆料。氧化铝的粒径可通过用于球磨方法的小珠的大小(粒径)和球磨时间来控制。本实施例中氧化铝研磨至粒径为大约500nm以提供浆料。然后该浆料通过浸渍涂覆方法涂覆在阴极和阳极的各表面上,至厚度大约为15μm。
1-2.锂二次电池
不采用常规的聚烯烃基隔膜,将按上述得到的涂覆后的阴极和阳极层叠形成组件。然后,将液体电解质(碳酸亚乙酯(EC)/碳酸亚丙酯(PC)/碳酸二乙酯(DEC)=30/20/50(wt%),其含有1M的六氟磷酸锂(LiPF6))注入其中以提供电池。
实施例2
除了用BaTiO3粉末代替氧化铝(Al2O3)粉末作为电极表面的涂覆材料中的无机颗粒外,重复实施例1以提供具有有机/无机复合多孔涂层(PVdF-CTFE/BaTiO3)的电极和锂二次电池。
实施例3
除了用PMN-PT(铌酸镁铅-钛酸铅)粉末代替氧化铝(Al2O3)粉末作为电极表面的涂覆材料中的无机颗粒外,重复实施例1以提供具有有机/无机复合多孔涂层(PVdF-CTFE/PMN-PT)的电极和锂二次电池。
实施例4
除了用TiO2粉末代替氧化铝(Al2O3)粉末作为电极表面的涂覆材料中的无机颗粒外,重复实施例1以提供具有有机/无机复合多孔涂层(PVdF-CTFE/TiO2)的电极和锂二次电池。
实施例5
除了用磷酸钛锂(LiTi2(PO4)3)粉末代替氧化铝(Al2O3)粉末作为电极表面的涂覆材料中的无机颗粒外,重复实施例1以提供具有有机/无机复合多孔涂层(PVdF-CTFE/LiTi2(PO4)3)的电极和锂二次电池。
实施例6
除了在组装电池时还采用了20μm厚的聚乙烯隔膜外,重复实施例1以提供具有有机/无机复合多孔涂层(PVdF-CTFE/Al2O3)的电极和锂二次电池。
实施例7
7.1在阴极活性物质表面上形成包括氰乙基支链淀粉的聚合涂层
在大约30℃下将氰乙基支链淀粉(聚合度约为600)在丙酮中溶解约1小时以提供溶液。聚合物溶液的浓度为1wt%。通过浸渍涂覆在根据上面实施例1-1所述得到的阴极上涂覆氰乙基支链淀粉溶液。特别地,阴极浸渍在聚合物溶液中并保持大约1至3分钟,直到驱赶出孔中所有的气泡,然后在室温下真空干燥涂覆后的阴极。
7.2在阴极和阳极上形成有机/无机复合多孔涂层((CTFE/Al
2
O
3
)
将5wt%的CTFE聚合物加入到丙酮中,并在50℃下溶解12个小时或更长时间以形成聚合物溶液。将氧化铝(Al2O3)粉末以20wt%的固含量加入到该聚合物溶液中并在其中分散以形成混合溶液。将上述浆料通过浸渍涂覆方法涂覆在阴极和阳极的各表面上,形成厚度大约为15μm的涂层。
7.3锂二次电池的装配
将按上述得到的涂覆后的阴极和阳极层叠形成组件。然后,将液体电解质(碳酸亚乙酯(EC)/碳酸亚丙酯(PC)/碳酸二乙酯(DEC)=30/20/50(wt%),其含有1M的六氟磷酸锂(LiPF6))注入其中以提供电池。
实施例8
除了用氰乙基聚乙烯醇代替氰乙基支链淀粉作为阴极活性物质的聚合涂覆剂、用BaTiO3(粒径=100nm)代替Al2O3作为阴极和阳极上的有机/无机复合多孔涂层的无机颗粒外,重复实施例7以提供电池。
实施例9
除了用聚甲基丙烯酸甲酯(平均分子量=120000)代替氰乙基支链淀粉作为阴极活性物质的聚合涂覆剂、用TiO2(粒径=100nm)代替Al2O3作为阴极和阳极上的有机/无机复合多孔涂层的无机颗粒外,重复实施例7以提供电池。
[比较例1-2]
比较例1
除了不采用在电极上的有机/无机复合多孔涂层来形成电极,以及采用常规的聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯(PP/PE/PP)三层隔膜来制备电池外,重复实施例1以提供电极和电池。
比较例2
电池,其包括阳极、聚烯烃基隔膜、和涂覆有聚合涂层(氰乙基支链淀粉)的阴极、
除了用氰乙基支链淀粉在阴极活性物质上形成聚合涂层、以及采用常规的阳极和常规的聚烯烃基(PP/PE/PP)隔膜外,重复实施例7以提供电极和电池。
实验例1.电极表面的评价
进行下列测试是为了分析具有根据本发明的有机/无机多孔涂层的电极的表面。
用于本测试的试样是根据实施例1得到的具有有机/无机复合多孔涂层(Al2O3/PVdF-CTFE)的电极。
当采用电子扫描显微镜进行分析时,根据本发明的电极显示了这样的结构,其中电极活性物质颗粒和有机/无机复合多孔涂层之间相互固定(参见图3)。更具体地,在根据本发明的电极中,保持了由电极活性物质颗粒形成的孔结构,并且由于无机颗粒之间的间隙体积,由无机颗粒和粘合聚合物形成的有机/无机复合层显示了均匀的孔结构(参见图3和图4a)。
实验例2.电极孔隙度和收缩量的评价
评价了在高温下,根据本发明得到的电极的孔隙度和收缩量(shrinkage)。
采用了具有根据实施例1-6的有机/无机复合多孔涂层的电极。采用比较例1所用的隔膜作对照。
在用孔隙率计测量各电极和隔膜的孔隙度后,具有根据本发明的有机/无机复合多孔涂层的电极显示的孔隙度比常规隔膜的高(参见表1)。
另外,将具有根据实施例1-6的有机/无机复合多孔涂层的各电极和根据比较例1的隔膜在150℃的高温下贮存1小时,以检测其热收缩性。常规的聚烯烃基隔膜显示的热收缩量约为60%,并且在制备隔膜过程中施加张力的方向上显示了过高的热收缩量(参见图5)。另一方面,根据实施例1-6的有机/无机复合多孔涂层即使在高温下贮存后,也未显示收缩。而且,涂层显示了这样程度的阻燃性,当使用酒精灯加热时也不会起火。这表明根据实施例1-6的有机/无机复合多孔涂层具有优良的热稳定性(参见表1)。
[表1]
实验例3.锂二次电池性能的评价
为了评价根据实施例1-6和比较例1的锂二次电池的性能,测量了各电池的容量和C-速率(C-rate)。
具有760mAh的各电池经受放电速率为0.2C、0.5C、1C和2C的循环。表2示出了各电池的放电容量,该容量基于C-速率表示。
根据实施例1-6的各个锂二次电池显示了与根据比较例1的电池可比(comparable)的C-速率特性[参见表2、图6(实施例1)、图7(实施例6)和图8(实施例1和比较例1)]。如表2所示,在最高达1C的速率下的容量等于在0.5C下的容量。在2C下的容量也显示了优良的高速率放电(high-rate discharge)特性(C-速率),其大于或等于在0.5C下的放电容量的90%。
另外,测量各个电池的循环特性。根据实施例1的具有有机/无机复合多孔涂层的锂二次电池显示了长的寿命特性,其至少与根据比较例1的具有常规隔膜的电池的寿命相等(参见图9)。
[表2]
实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 比较例1 | |
0.2C | 756 | 758 | 757 | 755 | 758 | 755 | 759 |
0.5C | 753 | 756 | 756 | 754 | 755 | 755 | 757 |
1C | 741 | 740 | 738 | 740 | 739 | 741 | 745 |
2C | 689 | 690 | 681 | 688 | 691 | 690 | 695 |
实验例4.锂二次电池安全性的评价
进行下列测试是为了评价根据实施例1-9和比较例1-2的各个锂二次电池的安全性。
4-1.过充测试
各电池在6V/1A、6V/2A、10V/1A和12V/1A的条件下充电,然后测试。
测试后,根据比较例1采用了现有的PP/PE/PP隔膜的电池发生爆炸(参见表3、图10和图12)。这表明聚烯烃基隔膜由于电池过充而收缩,导致电极间短路,因此使电池安全性降低。相反,根据本发明的具有有机/无机复合多孔涂层的各电池在过充条件下均显示了优良的安全性(参见表3、图11和图12)。
[表3]
4-2.热箱试验
在150℃、160℃和170℃的高温下存放各电池1小时,然后检测。结果显示在表4中。
在高温下贮存后,根据本发明实施例的各电池显示了安全状态,可防止起火和燃烧,而根据比较例1的具有常规隔膜的电池在相同条件下起火(参见表4)。
结果,根据本发明具有有机/无机复合多孔涂层的电极能取代热安全性差的传统隔膜,因此能改善电池的安全性。
[表4]
工业实用性
从前述可看出,根据本发明形成在电极表面上的有机/无机复合多孔涂层能取代传统隔膜,而且在高温下贮存不会发生热收缩。因此,即使在高温下贮存,涂层也可防止阴极和阳极间的内部短路,因此可提高电化学装置的安全性。另外,根据本发明的涂层具有优良的物理性质和离子传导性,因此有利于提高电化学装置的性能。
虽然已经结合目前被认为最实用而且最优选的实施方案描述了本发明,应当理解本发明并不限于公开的实施例和图的内容。相反,本发明旨在覆盖所附的权利要求的精神和范围内的各种修改和变化方案。
Claims (24)
1.一种电极,包括形成在其表面上的第一有机/无机复合多孔涂层,其中该第一涂层包括无机颗粒和粘合聚合物,该粘合聚合物使无机颗粒相互连接并固定,并且该第一涂层具有由无机颗粒之间的间隙体积形成的微孔。
2.根据权利要求1的电极,其还包括第二聚合涂层,该涂层部分或全部地形成在电极中的电极活性物质颗粒的表面上。
3.根据权利要求1的电极,其中电极活性物质当形成多孔结构时结合在集电器上,并且第一有机/无机复合多孔涂层与电极的表面相互固定。
4.根据权利要求1或2的电极,其中,取决于所用的电解质,第一涂层中的粘合聚合物和第二涂层中的聚合物各自具有介于17.0与30[J1/2/cm3/2]之间的溶解参数。
5.根据权利要求1或2的电极,其中该第一涂层中的粘合聚合物和第二涂层中的聚合物各自具有介于1与100之间的介电常数(在1KHz的频率下测试)。
6.根据权利要求1或2的电极,其中该第一涂层中的粘合聚合物和第二涂层中的聚合物各自以基于聚合物重量的1%-1000%的比例用液体电解质来溶胀。
7.根据权利要求1或2的电极,其中该第一涂层中的粘合聚合物和第二涂层中的聚合物各自分别为选自由下列物质组成的组中的至少一种:聚环氧乙烷、聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-三氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、明胶、氰乙基支链淀粉、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基纤维素、氰乙基蔗糖、支链淀粉、醋酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、聚乙二醇、甘醇二甲醚、聚乙二醇二甲醚和羧甲基纤维素。
8.根据权利要求2的电极,其中第二涂层包括聚合物,基于100wt%的电极活性物质,该聚合物的含量为0.01wt%-50wt%。
9.根据权利要求2的电极,其中形成第二涂层的聚合涂层的厚度为0.001μm-10μm。
10.根据权利要求1的电极,其中无机颗粒为选自下列颗粒组成的组中的至少一种:(a)介电常数等于或大于10的无机颗粒;(b)具有锂离子传导性的无机颗粒。
11.根据权利要求10的电极,其中介电常数等于或大于10的无机颗粒是选自由下列物质组成的组中的至少一种:BaTiO3、Pb(Zr,Ti)O3(PZT)、Pb1-xLaxZr1-yTiyO3(PLZT),PB(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT),二氧化铪(HfO2)、SrTiO3、SnO2、CeO2、MgO、NiO、CaO、ZnO、ZrO2、Y2O3、Al2O3和TiO2。
12.根据权利要求10的电极,其中具有锂离子传导性的无机颗粒是选自由下列物质组成的组中的至少一种:磷酸锂(Li3PO4)、磷酸钛锂(LixTiy(PO4)3,0<x<2,0<y<3)、磷酸钛铝锂(LixAlyTiz(PO4)3,0<x<2,0<y<1,0<z<3)、(LiAlTiP)xOy型玻璃(0<x<4,0<y<13)、钛酸镧锂(LixLayTiO3,0<x<2,0<y<3)、硫代磷酸锗锂(LixGeyPzSw,0<x<4,0<y<1,0<z<1,0<w<5)、氮化锂(LixNy,0<x<4,0<y<2)、SiS2型玻璃(LixSiySz,0<x<3,0<y<2,0<z<4)和P2S5型玻璃(LixPySz,0<x<3,0<y<3,0<z<7)。
13.根据权利要求1的电极,其中无机颗粒的粒径为0.001μm-10μm。
14.根据权利要求1的电极,其中第一涂层的厚度为1μm-100μm。
15.根据权利要求1的电极,其中在第一涂层中形成的孔径为0.001μm-10μm。
16.根据权利要求1的电极,其中第一涂层的孔隙度为10%-95%。
17.根据权利要求1的电极,其中,以重量百分比为基准,存在于第一涂层中的无机颗粒和粘合聚合物的混合比例介于10:90与99:1之间。
18.根据权利要求1的电极,其包括结合于集电器的阳极活性物质或阴极活性物质,其中阴极活性物质为选自由锂锰氧化物、锂钴氧化物、锂镍氧化物和锂铁氧化物组成的组中的至少一种,阳极活性物质为选自由锂金属、锂合金、碳、石油焦炭、活性碳、石墨和金属氧化物组成的组中的至少一种。
19.电化学装置,包括阴极、阳极和电解质,其中阴极和阳极中的一个或两者都为权利要求1或2中所定义的电极。
20.根据权利要求19的电化学装置,其为锂二次电池。
21.根据权利要求19的电化学装置,其还包括微孔聚合隔膜。
22.制造权利要求1或2中定义的电极的方法,其包括下列步骤:
(a)用含有电极活性物质的浆料涂覆集电器并干燥以提供电极;以及
(b)用无机颗粒与粘合聚合物的混合物涂覆由步骤(a)得到的电极的表面。
23.根据权利要求22的方法,其还包括介于步骤(a)和步骤(b)之间的步骤(c),该步骤(c)是用聚合物涂覆由步骤(a)得到的电极中的电极活性物质的表面,该聚合物可以用电解质来溶胀和/或溶解。
24.根据权利要求22或23的方法,其中涂覆步骤(b)和(c)通过以下步骤进行:将可以用电解质溶胀和/或溶解的聚合物以及无机颗粒与粘合聚合物的混合物分别溶解或分散在溶剂中以提供溶液,涂覆该溶液,然后将溶剂从溶液中除去。
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