CN105283998A - 具有合成固体电解质界面的电极材料 - Google Patents

具有合成固体电解质界面的电极材料 Download PDF

Info

Publication number
CN105283998A
CN105283998A CN201480020012.9A CN201480020012A CN105283998A CN 105283998 A CN105283998 A CN 105283998A CN 201480020012 A CN201480020012 A CN 201480020012A CN 105283998 A CN105283998 A CN 105283998A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode
base material
key element
silicon
electrode base
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201480020012.9A
Other languages
English (en)
Inventor
V·越
史金俊
张浦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
A123 System Co Ltd
Original Assignee
A123 System Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by A123 System Co Ltd filed Critical A123 System Co Ltd
Publication of CN105283998A publication Critical patent/CN105283998A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/366—Composites as layered products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0565—Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/386—Silicon or alloys based on silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0561—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of inorganic materials only
    • H01M10/0562—Solid materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0082—Organic polymers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本申请提供了一种适用于电极，特别是阳极的材料及其制备方法。该材料包括电极基材和人造有机固体电解质界面材料，所述人造有机固体电解质界面材料包括涂覆在电极基材上的水溶性有机聚合物。所述聚合物与交联剂聚合形成人造有机固体电解质界面材料。所得人造SEI涂层电极材料具有优越的放电速率容量和充放电循环稳定性。

Description

具有合成固体电解质界面的电极材料
技术领域
本申请主要涉及材料及其制备方法，特别是涉及电化学装置(如锂电池)电极组件中使用的硅基材料。
背景技术
锂离子电池操作中，电池充电时阳极(anode)捕获来自于阴极(cathode)的锂离子，放电时阳极向阴极释放锂离子。阳极材料的一个重要参数是其保持锂离子的能力，因为这将直接影响给定电池所能持有的电荷量。另一个重要的参数是可逆性(reversibility)，可逆性指的是材料能够无退化地或无明显容量损失地捕获及释放锂离子的次数。该参数会直接影响电池的使用寿命。
锂离子电池系统一般采用碳质阳极，因为所述碳质阳极可逆性很高并且相当安全。碳材料的一个问题是锂离子的容量只能算适中，因此在给定电池系统中必需使用较大量的阳极材料。硅能够与较大量的锂形成合金，且硅作为锂离子电池的阳极材料有许多优点。典型的碳基阳极的放电容量约为372mAh/g，而硅的理论容量为4200mAh/g。但是，当锂结合到硅中时，硅的体积变化相当大，这种体积的变化对于大部分电池系统来说是不利的，因为这种体积变化能导致容量损失，降低循环寿命，对电池结构造成机械破坏。在饱和嵌锂(锂化)(fulllithiuminsertion)时，硅体积膨胀度达到400％；而在脱锂(去锂化)时，硅(体积)有明显的收缩，这种体积的巨大变化产生了两个严峻的挑战：(1)如何最小化电极中硅结构的机械退化；(2)如何保持固体电解质界面(SolidElectrolyteInterface，SEI)的稳定性。硅阳极因体积的大变化产生的应力会导致开裂和粉碎。研究显示，这是导致电量迅速损失的主要原因。
一种减小或避免材料开裂和爆裂趋势的方法是，减小硅材料的粒度至纳米级别。确实，这种纳米型硅结构因尺寸小，周围有自由空间可用，应力容易得到缓冲而不产生机械断裂。在解决硅材料稳定性问题上已经取得了一些成功，如通过将纳米结构的硅材料设计成纳米线、纳米管、纳米多孔薄膜和硅纳米颗粒/碳复合材料。上述部分成果已经被美国专利申请公开案2007/0077490、2007/0190413和2005/0282070，美国专利7,316,792和公开的PCT申请WO2007/015910披露。
但是，对于实现电池长使用寿命的另一个重要的因素是位于硅和液体电解质之间界面的SEI的稳定性。即使硅的机械断裂和粉碎问题通过应用纳米结构大体上得到克服，但是由于硅反复的膨胀和收缩，导致电解质的界面不是静止的。该问题还没有行之有效的解决办法，仍是一个巨大的挑战。
在电池充电过程中，在低电势阳极上，电解质出现分解并在硅表面形成钝化的SEI层。该SEI层是电子的绝缘体，却是锂离子的导体。因此，在充放电循环过程中，在硅体积的变化下，SEI层在新形成的硅表面上的增长没有减少。纳米级别的硅虽然能使机械破坏产生的应力最小化，但是不能够解决SEI的生长问题。硅在锂化反应中膨胀，在脱锂过程中收缩。这种反复的变化会使硅表面开裂。即使使用纳米结构的硅，在先形成的SEI也会因为在脱锂过程中因为收缩而被破坏。在每一次充/放电循环中，硅表面反复暴露在电解液中，生成额外的SEI致使SEI变厚。
SEI的变厚能够导致电池性能退化，主要表现为：(1)SEI的持续生成过程中会消耗电解质和锂离子；(2)SEI的电绝缘性会弱化集流器和阳极材料之间的电接触；(3)厚厚的SEI增加了锂离子的扩散距离；(4)增厚的SEI产生的机械应力会致使电极材料退化。形成稳定的SEI对实现硅基阳极长使用寿命来说是非常重要的，对于遭受大体积变化的其他电极材料也是这样。
尽管做出了各种努力，研究人员还是无法成功地将硅基材料用于制备高容量的阳极结构中，让锂离子电池显示出高循环寿命。下面详细阐述了本申请提供的一种抗粉碎的电极材料，该材料能够与大量的锂离子合金化，并且在多次充/放电循环中保持自身性能。本申请电极材料能够用于制造大容量锂电池，使得该电池具有优越的循环寿命。本申请电极材料的这些优点和其他的优越性见本申请接下来的附图、描述和讨论部分。
发明内容
本申请概述用于帮助理解本申请独特的创新特性，而不是对本申请的完整描述。总的来说，从本申请整个的说明书、权利要求、附图和摘要对本申请的多个方面有一个透彻的理解。
本申请提供了一种带有聚合涂层的电极材料，该聚合涂层在该电极材料并入电极之前(如在与粘合剂粘合或与集流器连接之前)形成与该电极材料相连结的人造SEI。所述人造SEI能够明显改善高功能电池系统的充放电循环寿命和其他参数。根据本申请一些实施例所述的电极材料，包括电极基材和人造有机固体电解质界面材料，所述人造有机固体电解质界面材料包含水溶性有机聚合物，所述人造固体电解质界面(SEI)形成交联的聚合涂层，所述涂层聚合在所述电极基材上。人造SEI视情况可包括聚合材料和与聚合材料聚合的交联剂。所述交联剂视情况可以是金属离子或路易斯碱。当交联剂为金属离子时，所述金属离子视情况可为硼、铬、钛、锆或锑。在一些实施例中，交联剂视情况可为四硼酸锂。人造SEI视情况可包括或者能够吸收电解质溶剂，该电解质溶剂视情况可为碳酸盐电解质溶剂。聚合物视情况可以是PAA、PVA，或PMMA，与交联剂或电极基材的类型无关。在一些实施例中，水溶性有机聚合物与交联剂各自比例为4:1至1:1。视情况，电极基材上的人造固体电解质界面材料占电极材料总重量的0.05％至5％。电极基材视情况可包括嵌锂材料，与聚合物或交联剂种类无关。视情况，电极基材包括硅、石墨、硅/石墨复合物，或者是这些材料的组合，视情况可为硅和石墨的硅复合物，视情况可选为硅石墨复合纳米线。当电极基材包含硅石墨复合纳米线时，在纳米线上视情况涂有碳中间层，所述碳中间层位于所述纳米线和人造固体电解质界面材料之间。视情况，所得到的电极材料适合作为阳极。
本申请还提供了一种电极材料的制备方法，所述电极材料适用于二次锂离子电池中。在一些实施例中，所述制备方法包括：提供电极基材；将电极基材与水溶液中的聚合物和交联剂相结合，聚合物与交联剂有一定的比例；使聚合物与交联剂聚合并在电极基材上形成聚合的人造固体电解质界面材料。聚合步骤的温度视情况可为30℃至70℃，视情况可选为50℃。聚合步骤的聚合时间可为5分钟至30分钟，视情况可选为15分钟。人造SEI视情况可包括聚合物材料和与聚合物材料聚合的交联剂。交联剂视情况可是金属离子或路易斯碱。当交联剂是金属离子时，金属离子视情况可为硼、铬、钛、锆或锑。在一些实施例中，交联剂视情况可选可为四硼酸锂。人造SEI视情况可包含或者能够吸收电解质溶剂，该电解质溶剂视情况可为碳酸盐电解质溶剂。聚合物视情况可以是PAA、PVA或PMMA，与交联剂或电极基材类型无关。在一些实施例中，水溶性有机聚合物与交联剂的比例为4:1至1:1。人造固体电解质界面材料在电极材料总重量中视情况可占0.05％-5％。电极基材与聚合物和交联剂的类型无关，可为嵌锂材料。视情况电极基材包括硅、石墨、硅/石墨复合物，或者是这些材料的组合，视情况可为硅与石墨的硅复合物，视情况可选为硅石墨复合纳米线。当电极基材包含硅石墨复合纳米线时，纳米线视情况可涂有碳中间层，所述碳中间层位于纳米线和人造固体电解质界面材料之间。所得电极材料视情况可用作阳极。
本申请还提供了包括以上任意一种电极材料，且可选地用上述任一种方法制备的电池。
附图说明
图1A图示应用对照组或根据一个实施例的人造SEI涂层电极材料的纽扣电池的循环寿命。
图1B图示根据一个实施例的含有人造SEI涂层电极材料的电池，其表现出至少25％的循环寿命改善(改善幅度在26％与42％之间)。
图2A图示应用对照组或PVA涂覆的8％SiNW复合电极材料的袋装电池的比容量(specificcapacity)的保持情况。
图2B图示应用对照组或PVA涂覆的16％SiNW复合电极材料的袋装电池的比容量的保持情况。
图3图示并有根据一个实施例的涂覆的电极基材的袋装电池的改善的循环寿命。
图4图示在阳极中使用根据一个实施例的人造SEI涂覆的电极材料的电池的改善的容量保留。
具体实施方式
以下对特定实施例的描述本质上仅是示例性的，并不意图限制本申请范围，应用或用途。当然，本申请的范围、应用或用途可以发生变化。本申请描述中涉及非限制性的定义和术语，这些定义和术语不是对本申请范围或实施例的限定，而只是用于解释性和描述性的目的。尽管本申请制备方法或组分被描述为有序的单个步骤或特定的材料，但是这些步骤或材料可以互换。例如，本申请可被描述为多个部分，或所述步骤可以有多个组合方式。
应当理解，当一个发明要素描述为“在另一个要素上”时，该要素可以是直接地在另一个要素上，或者两者之间存在中间要素。相反的，当一个要素被称作“直接在另一要素上”时，它们中间没有其他要素。
应当这样理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述不同的要素、组件、区域、层和/或部分，但这些要素、组件、区域、层和/或部分不受限于这些术语。这些术语仅用来将一个要素、组件、区域、层和/或部分与其他要素、组件、区域、层和/或部分区分开。因此，在不背离以上这些教导的情况下，以下所述“第一要素”、“组件”、“区域”、“层”或“部分”可以被称作第二个(或其他)要素，组件、区域、层、或部分。
在本申请中使用的术语仅仅是为了描述本申请中的特定实施例，而非限制本申请。在本申请中，除非有清楚地说明，否则所使用的单数形式的“一个”、“一种”和“该”也旨在包括复数形式的“至少一个”。“或”的意思是“和/或”。本申请中，术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任意或所有可能组合，还可以进一步理解为在本申请说明书中，使用“包含”，和/或“由…组成”，或“包括”，和/或“其中包括”对特定特征、区域、整体、步骤、方法、要素、和/或组件进行详细说明时，不排除其他额外的特征、区域、整体、步骤、方法、要素、和/或组件，和/或其组合。术语“或其组合”意为包括所述这些要素的至少一种的组合。
除非有其他的定义，否则本申请所述全部术语(包括科技术语)，其含义均应按本领域普通技术内容解释。更进一步的，除非有明确的说明，否则如本申请中已经在词典中有明确定义的术语，解释应当与相关领域现有技术所披露的信息一致，而不能有过于理想化或过于正式的解释。
本申请提供了一种用于电化学电池电极或电池元件中的电极材料。该电极材料包括带有人造有机固体电解质界面(SEI)的电极基材。本申请所得电极材料包括有机聚合物柔性涂层，当所述柔性涂层与交联剂结合时，形成人造SEI。在对电池系统进行操作过程中，当离子被捕捉和释放时，所述SEI很大程度上提高了位于SEI下面的电极基材的机械和尺寸稳定性。
本发明人发现，与未经涂覆或以往的电解质材料相比，人造有机SEI涂层的存在，能够将第一次充电过程中与电解质有关的不可逆容量损失(ICL)降低20％。本申请所述人造有机SEI还能作为循环过程中的物理屏障，阻止新的电解质形成SEI，为底层电极基材的结构起到支撑作用，还能够避免与电解质的直接接触。本申请的人造有机SEI的另一个额外的次要优点是，所述人造有机SEI能够显著减少不必要的气体副产物的量，而以往电极材料通常会产生此类气体副产物。
一种视情况可用于电化学电池阴极或阳极的电极材料。电极材料包括电极基材。电极基材视情况可以适用于形成阴极或阳极。在一些实施例中，电极基材视情况可包括硅、石墨、硅碳复合物、锡、锗、锑、铝、铋、砷、锂金属、锂合金、金属合金、过渡金属氧化物、氮化物、硫化物以及这些材料的组合。合金视情况可包括镁、铁、钴、镍、钛、钼和钨中的一种或多种。
用作电极材料中的金属合金的实例是硅合金。硅合金可以是硅与锗、铍、银、铝、金、镉、镓、铟、锑、锡、锌的合金，或者与上述几种金属的组合的合金。与硅合金化的金属，视情况为硅重量的5％至2000％，视情况可为5％至500％，视情况可为20％至60％。
在一些实施例中，电极基材包括锂合金。锂合金视情况包含与锂合金化的任何金属或合金，可以包括铝、硅、锡、银、铋、镁、锌、铟、锗、铅、钯、铂、锑、钛、锡合金和硅合金。
关于上述合金以及合金的制备方法在美国专利US6,235,427中进一步记载。
在一些实施例中，电极基材为或包括：硅；碳和石墨材料，比如天然石墨、石墨烯、人造石墨、膨胀石墨、碳纤维、硬碳、炭黑、碳纳米管、富勒烯和活性炭；金属或金属化合物与碳或石墨材料的复合材料，其中所述金属视情况包括锂和硅；以及含锂氮化物。视情况，电极基材在除了硅、锂或金属之外，并非只有石墨。在特定实施例中，电极基材为硅和石墨的复合材料，该电极基材可包括或不包括碳涂层，也可以包括或不包括用于将涂层对于表面的粘附稳定化的热处理。在一些实施例中，电极基材包括涂层，具体来说为碳涂层。当有碳涂层时，所述碳涂层位于电极基材和人造SEI之间，作为覆盖于电极基材表面的超覆层。预沉积的碳涂层提高了电子导电性，还提高了后沉积的离子聚合物涂层的附着力。传统的碳涂布方法也适用于本申请，例如利用PVDP浆料浇注，将溶于N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)的PVDF的质量分数为1％至2％的溶液与电极基材混合以形成碳涂层电极材料。可以采用相似的浆料浇注方法来实现人造SEI与带涂层或不带涂层的阳极基材的结合。
在形成人造SEI之前或之后，电极基材可以是任何物理形态，例如微粒(如粉末)、纳米线、薄片、纳米管、纳米纤维、多孔结构、雪片状、片状纳米颗粒或其他本领域已知的构造。
电极基材可与导电衬底相结合或不结合。当与导电衬底相结合时，该衬底可以是由任意一种合适的导电防渗或基本防渗材料加工而成的，所述导电防渗或基本防渗材料包括但不限于铜、不锈钢、钛或碳片/薄膜、无孔金属箔、铝箔、镍铝覆层材料、铜铝覆层材料、镀镍钢、镀镍铜、镀镍铝、金、银或任何其他合适的导电防渗材料，或上述材料的任意合适组合。在一些实施例中，所述基板可以由一种或多种适合的金属或金属组合物(如合金、固溶体、电镀金属)加工而成。视情况，电极基材可以不与衬底相结合。
电极材料包括离子导电人造有机SEI，所述SEI为层覆或涂覆在电极基材上。这里的术语“涂覆”不包括用粘合剂粘在电极基材周围的方法。这里的涂覆方法与用粘合剂将电极基材粘合起来的方法有很大的不同。此外，当使用本领域技术人员易于理解的加工工艺制备电极时，涂层电极材料更适合借助粘合剂材料来使用。更优选的，人造有机SEI完全涂布在电极材料上。人造SEI为有机聚合物或共聚物(都描述为聚合物)与交联剂结合形成的离子导电人造SEI。人造SEI视情况可以在聚合物网状结构之间传导锂离子。在无特定机理束缚(解释)的情况下，认为锂离子传导的出现是由于聚合物链段的局部运动导致配位点之间产生重复的迁移，形成穿隧机制而产生的。在一些实施例中，有机聚合物在高于50℃时具有水溶性。在一些实施例中，人造SEI能够吸收包括碳酸盐基电解质在内的常见电解质。在人造SEI中所用的聚合物材料的说明性实例包括聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酸(PAA)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，或这些聚合物的组合。人造SEI中的聚合物或共聚物的分子量为10,000道尔顿或更高。所述聚合物和共聚物(统称聚合物)视情况可包括PVA、PAA或PMMA，并且可以从市面购得。市售PVA聚合物和共聚物可以有不同的乙酸乙烯酯的水解度。所述共聚物或聚合物视情况可有很高的聚合度，视情况可大于3000。电极材料视情况可不包括除电极基材、聚合物和交联剂之外的其他物质。
聚合物能够与交联剂材料结合形成人造SEI，该人造SEI可视情况结合，涂覆或完全涂覆在电极基材上。所述交联剂用于与聚合物交联形成人造有机聚合物SEI涂层材料，该人造有机聚合物SEI涂层材料在电极基材上形成一个外涂层。视情况，所述涂层材料可以直接在电极基材上。该人造SEI的一个重要的创新点是有机聚合物的组成与构象，其能够以类似于PEO的机制支持锂离子运输，但是也不排除是由于液体电解质产生高的离子迁移率。在示例性系统中，有机聚合物形成人造SEI的过程如下：
交联剂视情况包括金属或路易斯碱。在一些实施例中，交联剂包括硼、铬、钛、锆、锑或这些金属的组合。在一些实施例中，交联剂为四硼酸锂(Li2B4O7)(LTB)。
本申请电极基材中的人造SEI，包括有机聚合物和交联剂。与裸电极基材或其他类型的人造SEI相比，该人造SEI可以提高循环寿命并减缓容量衰减。该人造SEI涂层能够吸收一种或多种电解质材料。视情况，该人造SEI的密度可为1.2g/cc至1.6g/cc，能够促进锂离子的迁移，这是该人造SEI的一个特性。
本申请中聚合物和交联剂的比例视情况可为4:1至1:1。视情况，该比例可为4:1，或3:1，或2:1，或1:1。在一些实施例中，聚合物和交联剂的比例可以是4:1到1:1中的任意数值或范围，视情况，一般不超过5:1，不低于1:1。
本申请中人造SEI在电极基材总重量中的质量分数，视情况可为0.05％至5％，或者是在该范围内的任意一个数值或范围。视情况，所述人造SEI涂层的质量分数不超过5％。视情况，人造SEI涂层的厚度小于1μm，视情况可小于100nm，视情况小于10nm，视情况小于5nm，视情况在0.01nm至3nm之间。在一些实施例中，人造SEI的厚度不超过2nm，视情况不超过5nm。视情况，某些厚度或质量分数的人造SEI，不适合作为粘合剂使用。
特别需要说明的是，所述电极材料可用在二次电池的电极中。视情况，将经涂层的电极材料和粘合剂(视情况，相对于溶剂的质量分数为1％至10％)悬浮在溶剂中制备浆料，所得浆料被涂覆在集流器上，然后干燥，视情况可进行压制，从而制得所述电极。示例性的粘合剂包括NMP中的PVDF粘合剂溶液，或者水性的聚烯烃乳胶悬浊液。用于制备电极的溶剂的实例包括但不限于碳酸盐基溶剂、酯基溶剂、醚基溶剂、酮基溶剂、醇基溶剂，或者非质子溶剂。具体的有机溶剂如二甲基亚砜(DMSO)，N—甲基吡咯烷酮(NMP)，乙二醇，蒸馏水也可用到。所述溶剂为本领域公知的溶剂。
人造有机SEI在电解液中结构稳定，不发生溶解或解离。例如，聚合度低的、非交联PVA会在长期的充放电循环过程中被电解液溶解(日本专利特许公开案H11-67215)。高聚合度的非交联PVA在电解液中能够稳定存在，但水溶性很差，很难作为水性粘合剂使用。与这些先前的体系相比，本申请人造SEI采用原位(insitu)交联PVA，所述原位交联PVA的耐溶剂性能与高聚合度的PVA一样，而且可以加工成水溶液。对本申请人造SEI进行测试，表明在60℃的锂离子电解液中浸泡7天后，交联的PVA膜无溶解。
另外，人造SEI涂层具备热稳定性和机械稳定性的2个重要原因在于：(1)在电极的涂覆和电池单元的组装中，有多个热处理步骤且温度通常在60℃-150℃；(2)锂离子电池在大功率或严苛操作条件下，能达到很高的温度。本申请人造SEI在上述条件下，具备化学和物理稳定性。完全水解化的PVA，与作为粘合剂使用的传统类似材料(如PVdF和SBR)相比，具有高得多的玻璃化温度(Tg＝85℃)和熔点(Tm＝230℃)。
本申请也提供了一种涂覆有所述人造有机SEI的电极基材的电极材料的加工方法，所述电极材料视情况可以是阳极材料。所述方法包括提供电极基材。所述人造SEI的形成是通过在水性介质中加入所要的聚合物，然后将水性介质与交联剂水溶液在合适的比例下结合。所述比例为本申请所述的任意比例。视情况，将所述电极基材浸入含有所述聚合物和交联剂的混合溶液中，所述聚合物和交联剂通过聚合作用涂覆在所述电极基材上，在所述电极基材上形成人造SEI涂层。为了增强聚合物在被涂覆材料表面上的流动性和亲和力，涂覆可视情况在高温下进行，温度范围为30℃至70℃或所述范围内任意数值或范围。视情况可为50℃。涂覆时间视情况可为5分钟至90分钟或在此范围内的任何数值或范围，视情况可选为15分钟。涂覆时间可视情况进行调整，以控制人造SEI的厚度。
涂层电极基材的后续加工过程视情况可包括过滤，漂洗除去未附着的材料。视情况可将所述涂层电极基材干燥，以备随后电化学电池中使用。
在一些实施例中也提供了一种电化学电池，所述电化学电池的电极由涂覆有本申请所述人造SEI的电极基材组成。视情况，所述电极基材可以单独或与衬底材料结合使用。
视情况，电化学电池还进一步包括相反的电极，视情况可以是阴极。可以用本领域公知的任意适合材料来形成所述阴极。视情况，阴极也可以包括人造SEI。在阴极中所用的活性材料的实例包括层状化合物，如锂钴氧化物(LiCoO2)、锂镍氧化物(LiNiO2)，或由一种或多种过渡金属取代而成的化合物；锂锰氧化物如分子式为Li1+xMn2-xO4(0≤x≤0.33)的化合物、LiMnO3、LiMn2O3和LiMnO2；锂铜氧化物(Li2CuO2)；钒氧化物如LiV3O8、V2O5和Cu2V2O7；镍位点型锂化镍氧化物(Ni-sitetypelithiatednickeloxide)，其分子式为LiNi1-xMxO2(M＝Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或Ga，且0.01≤x≤0.3)；锂锰复合氧化物，分子式为LiMn2-xMxO2(M＝Co、Ni、Fe、Cr、Zn或Ta，且0.01≤x≤0.1)，或Li2Mn3MO8(M＝Fe、Co、Ni、Cu或Zn)；LiMn2O4，其中一部分锂被碱土金属离子取代；二硫化物；以及Fe2(MoO4)3；LiFe3O4等。
电化学电池包括电解质。电解质视情况可为固体或液体电解质。为便于说明，本申请所用电解质包含锂盐和非水有机溶剂，锂盐视情况可以为LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiN(SO2C2F5)2、Li(CF3SO2)2N、LiN(SO3C2F5)2、LiC4F9SO3、LiClO4、LiAlO2、LiAlCl4、LiCl、LiI或LiB(C2O4)2(双草酸基硼酸锂；LiBOB)。视情况，所述锂盐的浓度范围为约0.1M至约2.0M。当锂盐的浓度在上述范围时，由于电解质的导电性和粘性最佳，电解质的性能优良，锂离子的迁移率高。
结合有所述人造SEI的电极基材可适合作为电化学电池的阳极或阴极添加材料。伴随锂的循环，普通硅基材料会产生物理退化，而所述人造SEI涂层电极基材其中一个特点是能够抵抗这种物理退化，提高循环寿命，降低容量衰竭的速度。
通过以下非限制性实施例，对本申请的多个方面进行了阐述，但本申请内容不限于这些实施例所述内容。本申请实施例仅用于解释和说明，而不是作为对本申请内容的限定。在不背离本申请主旨和适用范围内，可以对本申请内容其进行变更或修改。当然，当实施例中以硅颗粒为电极基材时，其他电极基材也同样适用。反应试剂均为市售，且本领域技术人员懂得如何得到这些试剂。
实验例
石墨/硅纳米线复合电极材料(硅含量为8％至16％)涂覆交联PVA/四硼酸锂(LTB)的步骤如下：
1.PVA粉末溶于热水中，制备出一定PVA浓度的PVA溶液，如表1所示。由于此时PVA粘合剂为非交联状态，因此该悬浊液的粘度较低。
2.四硼酸锂(LTB，Li2B4O7)溶于热水中制备一定硼酸盐浓度的硼酸盐溶液，硼酸盐溶液的浓度如表1所示。
3.配好的PVA溶液和硼酸盐溶液按照一定的质量比混合(如4:1至1:1)。
4.将阳极粉末(石墨/硅复合纳米线，Nanosys公司提供)加入上述PVA和硼酸盐混合液中，在50℃下快速搅拌15分钟。
5.将上述阳极/PVA/硼酸盐悬浊液真空抽滤，并用去离子水洗涤3次。
6.在约100℃下对所得抽滤粉末真空干燥。
7.将干燥好的粉末过筛。
真空干燥是在电极基材粉末上形成保护层的一种方法，其他的标准粉末干燥方法如喷雾干燥和冷冻干燥等方法也能够用于实现本申请发明目的。反应物浓度和质量的不同组合以及合适的干燥方法能够决定保护层的最终加载水平。起始的基线组成/条件为：50g电极材料被加入到100mlPVA浓度为2％的PVA水溶液中(最终比例为活性物质/PVA＝20:1)，悬浊液中固体含量为35％，4％的交联剂溶液，PVA与交联剂的比例为4:1，温度为25℃。当使用石墨/硅纳米线复合材料(购自Nanosys公司)时，理想加载水平为保护层占全部粉末重量的质量百分比为0.05％至5％。
以下表1给出了在上述方法中形成的电极材料，以及其他的特性与变更。
表1
所述涂层阳极粉末适合在NMP/PVDF非水浆料和CMC/SBR水性浆料中与粘合剂粘合。
涂层阳极粉末用于形成被测电池中的阳极。为制备活性物质浆料以形成电池阳极，活性浆料(涂层活性物质和水)在FlacktecSpeedMixer高速混合机中混合，并用刮刀对电极进行手工铸造。一旦活性物质涂覆在导电衬底上，会被压制成合适的孔隙率，对于相对较厚的加载，一般为35％至40％的孔隙率范围。通过流变仪来检测浆料的粘度和稳定性。在干、湿状态下测试电极的附着力。扫描电子显微镜(SEM)和光学显微镜用于检测电极表面和横截面的均一性，包括电极组件(如活性物质，导电碳和粘合剂)是否均匀分散，厚度/孔隙率是否均匀。使用2至5公斤级的双行星式搅拌机在控温控压，高速剪切条件下，对浆料进行混合。ToyoSystems150WI挤出流延涂布器对电极进行涂布，所述涂布器能够进行150mm宽度的涂布，支持双面，连续式或间歇式的电极沉积。IRMModel200热辊轮压延压力机用于将电极压延成型到所要的孔隙率。
电极的附着力和柔韧性需满足标准生产规程才能合格：
心轴测试法：该被测单元在两个辊轮中放置一芯棒(尺寸在1.0mm至4.0mm)，电极样品开有4英寸长的狭缝，双手握住电极两端，将电极样品在芯轴棒上来回滚5至6次。根据标准操作规程，涂层表面和干粘合力的等级分为1至4级。
热电解质测试：将3块1英寸×1英寸的电极浸泡在85℃电解质中2个小时。冷却后将电极用吸纸吸干。在已经揩干的电极上，测试者用刀片末端轻轻刮电极。根据标准操作规程，湿态附着力共分为1至4个等级。
每个掺入涂层材料的阳极都要在半电池和全电池中进行测试。在纽扣半电池和锂离子袋装电池(250mAh)中，电极的组成和结构得到验证。为了便于解释说明，上述涂层电极材料被用作纽扣电池的电极，纽扣电池被装配成以氩气填充的盒子，其中使用锂镍钴锰氧化物(LNCM)阴极与锂离子电池中的涂层硅阳极相匹配。最开始的一系列测试中，所述纽扣电池使用在比例为1:1:1的EC:DMC:DEC混合物中含有1molLiPF6的电解液。
在低C倍率下(C/10)，用Maccor电池测试设备测定三组电池的容量和电能，以测定电池的循环特性。根据充放电曲线的电压、电流、时间和锂离子电池的质量，计算电池的比能(Wh/kg)，并将所测得结果与计算值进行比较。以该C倍率下(C/10)的容量和电能为基线，测定电池的充放电性能和循环寿命。
在不同的C倍率(C/10、C/5、C/2、1C、2C、5C、10C和30C)下，测定电池的充放电容量，以评价循环特性。根据在特定C倍率下相对于C/10的比值，可以计算在不同C倍率下的充放电容量保持量。
表2中，所述涂层电极材料在首次循环中库伦效率增加，在接下来的循环之后出现较低的不可逆容量损失(ICL)：粘合剂为CMC的电极或粘合剂为PVDF的电极的库伦效率都增加。
表2
以上数据表明，不可逆容量损失(ICL)降低了将近20％，这是可观的数字，也是之前从未达到的水准。
纽扣电池的循环电压为0.01V至0.7V，锂离子电池循环电压为3.0V至4.3V。可逆储存容量以Ah为单位，相对于循环次数做图。在+0.5C/-0.5C的倍率和室温条件下，计算电池的循环寿命。电池容量大于200mAh的锂离子电池，在放电深度(DOD)为100％时，循环寿命大于300个循环数。图1A给出了这些系列实验的数据，表明掺入本申请所述材料的电池的循环数大于250，充放电循环稳定性优良。
本申请对被测电池的深度放电循环(0.5C/-0.5C)进行了研究。包含人造SEI涂层电极材料的电池循环寿命至少提高了25％(提高幅度在26％与42％之间)，对于相同保留容量下的相对保留循环寿命，在较低的保留容量下的提高更大(图1B)。
表1中的人造SEI涂层电极材料被并入阳极中并进而在袋装电池中进行了测试。所述电池根据硅的比例不同，循环电压为4.3V至3V和3V至4.2V。图2和图3中，可逆阳极的蓄电容量以mAh/g为单位，以循环数为横轴，与现有技术中的石墨阳极和未做处理的硅复合材料进行比较。与未经涂布的阳极材料(对照组)相比，硅含量为8％的阳极的比容量大大改善，这种状况可以维持至少150个循环(图2A)。相似地，使用硅含量为16％的硅阳极的人造SEI涂层电极材料也表现出卓越的提高(图2B)。
这些袋装电池也表现出良好的循环寿命。如图3所示，并入未经涂布的阳极活性材料的电池在循环数为197时容量衰减为70％。将涂层硅活性材料并入阳极的被测电池在243个循环时，容量仍然大于70％。
对上述袋装电池放电速率容量进行了测定。图4所示，PVA/LTB涂层阳极基材的放电速率容量大幅度提高。
利用硅/石墨，碳覆硅，或碳覆硅/石墨复合材料以及石墨基阳极材料在使用时也可以预期相似的结果。
要素列表
要素1：一种电极材料，包括：电极基材；以及人造有机固体电解质界面材料，所述人造有机固体电解质界面材料包含水溶性有机聚合物；所述人造固体电解质界面形成交联聚合物涂层，所述涂层聚合在所述电极基材上。
要素2：根据要素1所述的材料，其中，所述人造固体电解质界面材料还包含交联剂。
要素3：根据要素2所述的材料，其中，所述交联剂包含金属离子或路易斯碱。
要素4：根据要素3所述的材料，其中，所述金属离子为硼、铬、钛、锆或锑。
要素5：根据要素2所述的材料，其中，所述交联剂为四硼酸锂。
要素6：根据要素1至5中任意一项所述的材料，其中，所述人造有机固体电解质界面材料还包含电解质溶剂或者能够吸收电解质溶剂，所述电解质溶剂视情况可为碳酸盐电解质溶剂。
要素7：根据要素1至5中任意一项所述的材料，其中，所述水溶性有机聚合物为PAA、PVA，或PMMA。
要素8：根据要素2至5中任意一项所述的材料，其中，所述水溶性有机聚合物和所述交联剂的比例为4:1至1:1。
要素9：根据要素1至5中任意一项所述的材料，其中，所述人造固体电解质界面材料在所述电极基材上，占所述电极材料的总重量的0.05％至5％。
要素10：根据要素1至5中任意一项所述的材料，其中，所述电极基材包含嵌锂材料。
要素11：根据要素1至5中任意一项所述的材料，其中，所述电极材料包括硅、石墨、硅/石墨复合物，或这些物质的组合。
要素12：根据要素11所述的材料，其中，所述电极基材为含硅和石墨的硅复合物。
要素13：根据要素1至5中任意一项所述的材料，其中，所述电极基材为硅石墨复合纳米线。
要素14：根据要素13所述的材料，其中，所述纳米线涂覆有碳中间层，所述碳中间层位于所述纳米线和所述人造固体电解质界面材料之间。
要素15：根据要素1至5中任意一项所述的材料，其中，所述电极基材用作电化学电池的阳极。
要素16：一种电化学装置中电极的制备方法，所述方法包括以下步骤：提供电极基材；将所述电极基材与水溶液中的聚合物和交联剂结合，所述聚合物和所述交联剂成一定的比例；聚合步骤，令所述聚合物和所述交联剂聚合，以在所述电极基材上形成聚合态的人造固体电解质界面材料。
要素17：根据要素16所述的制备方法，其中，所述聚合步骤在30℃至70℃的温度下进行。
要素18：根据要素16所述的制备方法，其中，所述聚合步骤在50℃的温度下进行。
要素19：根据要素16所述的制备方法，其中，所述聚合步骤的聚合时间为5分钟至30分钟。
要素20：根据要素19所述的制备方法，其中，所述聚合步骤的聚合时间为15分钟。
要素21：根据要素16至20中任意一项所述的制备方法，其中，所述聚合物和所述交联剂的比例为4:1至1:1。
要素22：根据要素16至20中任意一项所述的制备方法，其中，所述电极基材为含硅和石墨的硅复合物。
要素23：根据要素16至20中任意一项所述的制备方法，其中，所述电极基材为硅-石墨复合纳米线。
要素24：根据要素23所述的制备方法，其中，所述纳米线涂覆有碳中间层，所述碳中间层位于所述电极基材和所述人造固体电解质界面材料之间。
要素25：根据要素16至20中任意一项所述的方法，其中，所述电极包括根据权利要求1至5中任意一项所述的材料。
要素26：一种电池，包括：根据权利要求1至5中任意一项所述的电极材料；电解质；以及容器，用于容纳所述电极材料和所述电解质。
要素27：根据要素26所述的电池，其中，所述电解质为碳酸盐电解质。
要素28：根据要素26所述的电池，其具有根据要素1至15中的任意一项或多项所述的电极材料。
要素29：根据要素1、2或3所述的电极材料，其具有根据要素4至15中的任意一项或多项所包含的内容。
要素30：根据要素1所述的电极材料，其与要素4、5或要素7至15组合。
要素31：根据要素7所述的电极材料，其具有根据要素8至15中的任意一项或多项所述内容。
要素32：根据要素8所述的电极材料，其具有根据要素9至15中的任意一项或多项所述内容。
要素33：根据要素9所述的电极材料，其具有根据要素10至15中的任意一项或多项所述内容。
要素34：根据要素10所述的电极材料，其具有根据要素11至15中的任意一项或多项所述内容。
要素35：根据要素11所述的电极材料，其具有根据要素12至15中的任意一项或多项所述内容。
要素36：根据要素13所述的电极材料，其具有根据要素14至15中的任意一项或多项所述内容。
要素37：根据要素15所述的电极材料，其具有根据要素6至14中的任意一项或多项所述内容。
要素38：根据要素16所述的制备方法，用于形成根据要素1至15中的任意一项或多项所述的电极。
要素39：根据要素17所述的制备方法，其具有根据要素18至25中的任意一项或多项所述内容。
要素40：根据要素18所述的制备方法，其具有根据要素19至25中的任意一项或多项所述内容。
要素41：根据要素19所述的制备方法，其具有根据要素17至18或20至25中的任意一项或多项所述内容。
要素42：根据要素20所述的制备方法，其具有根据要素17至18或21至25中的任意一项或多项所述内容。
要素43：根据要素21所述的制备方法，其具有根据要素22至25中的任意一项或多项所述内容。
要素44：根据要素22所述的制备方法，其具有根据要素23至25中的任意一项或多项所述内容。
要素45：根据要素23所述的制备方法，其具有根据要素25中的任意一项或多项所述内容。
要素46：根据要素26所述的电池，其包含根据要素1至15或29至37中的任意一项或多项所述的电极材料。
要素47：根据要素26所述的电池，其包含根据要素16至25或38至45中的任意一项或多项所述方法形成的电极材料。
根据要素27所述的电池，其包含根据要素1至15或29至37中的任意一项或多项所述的电极材料。
根据要素27所述的电池，其包含根据要素16至25或38至45中的任意一项或多项所述方法形成的电极材料。
除本申请所示和所述之外，对本申请进行各种变动和更改，对于本领域技术人员一目了然。这些变动和修改应理解为落在在本申请所附权利要求范围之内。
除非有特殊说明，本申请所有试剂均可以通过本领域公知的来源来得到。
本申请说明书中提及的专利、公开文献和应用用于说明本领域技术人员的技术水平。这些专利、公开文献和应用通过引用的方式并入本文中，如同各个专利、公开文献或应用单独地通过引用的方式并入本文中。
以上为对本申请特定实施例的解释说明，但不能认为是对本申请实际操作的限定。以下权利要求，包括所有等同物，用于定义本申请范围。

Claims (29)

1.一种电极材料，包括：
电极基材；和
人造有机固体电解质界面材料，其包含有水溶性有机聚合物；
所述人造有机固体电解质界面材料形成交联的聚合涂层，该聚合涂层聚合在所述电极基材上。
2.根据权利要求1所述的电极材料，其中，所述人造有机固体电解质界面材料还包含交联剂。
3.根据权利要求2所述的电极材料，其中，所述交联剂包括金属离子或路易斯碱。
4.根据权利要求3所述的电极材料，其中，所述金属离子为硼、铬、钛、锆或锑。
5.根据权利要求2所述的电极材料，其中，所述交联剂为四硼酸锂。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的电极材料，其中，所述人造有机固体电解质界面材料还包含电解质溶剂或能够吸收电解质溶剂，可选地，所述电解质溶剂为碳酸盐电解质溶剂。
7.根据权利要求1至5中任意一项所述的电极材料，其中，所述水溶性有机聚合物是PAA、PVA或PMMA。
8.根据权利要求2至5中任意一项所述的电极材料，其中，所述水溶性有机聚合物和所述交联剂的比例为4:1至1:1。
9.根据权利要求1至5中任意一项所述的电极材料，其中，所述人造有机固体电解质界面材料位于所述电极基材上，占所述电极材料的总重量的0.05％至5％。
10.根据权利要求1至5中任意一项所述的电极材料，其中，所述电极基材包含嵌锂材料。
11.根据权利要求1至5中任意一项所述的电极材料，其中，所述电极材料包括硅、石墨、硅/石墨复合物或这些材料的组合。
12.根据权利要求11所述的电极材料，其中，所述电极基材为含硅和石墨的硅复合物。
13.根据权利要求1至5中任意一项所述的电极材料，其中，所述电极基材为硅-石墨复合纳米线。
14.根据权利要求13所述的电极材料，其中，所述硅-石墨复合纳米线涂覆有碳中间层，所述碳中间层位于所述硅-石墨复合纳米线和所述人造有机固体电解质界面材料之间。
15.根据权利要求1至5中任意一项所述的电极材料，其中，所述电极基材用作电化学电池中的阳极。
16.一种电化学装置中电极的制备方法，包括以下步骤：
提供电极基材；
将所述电极基材与水溶液中的聚合物以及交联剂结合，所述聚合物和所述交联剂成一定的比例；以及
聚合步骤，使所述聚合物和所述交联剂聚合，以在所述电极基材上形成聚合态的人造固体电解质界面材料。
17.根据权利要求16所述的制备方法，其中，在30℃至70℃的温度下进行所述聚合步骤。
18.根据权利要求16所述的制备方法，其中，在50℃的温度下进行所述聚合步骤。
19.根据权利要求16所述的制备方法，其中，所述聚合步骤的聚合时间为5分钟至30分钟。
20.根据权利要求19所述的制备方法，其中，所述聚合步骤的聚合时间为15分钟。
21.根据权利要求16至20中任意一项所述的制备方法，其中，所述聚合物和所述交联剂的比例为4:1至1:1。
22.根据权利要求16至20中任意一项所述的制备方法，其中，所述电极基材为含硅和石墨的硅复合物。
23.根据权利要求16至20中任意一项所述的制备方法，其中，所述电极基材为硅-石墨复合纳米线。
24.根据权利要求23所述的制备方法，其中，所述硅-石墨复合纳米线涂覆有碳中间层，所述碳中间层位于所述电极基材与所述人造有机固体电解质界面材料之间。
25.根据权利要求16至20中任意一项所述的制备方法，其中，所述电极包括权利要求1至5中任意一项所述的材料。
26.一种电池，包括：
根据权利要求1至5中任意一项所述的电极材料；
电解质；以及
容器，用于容纳所述电极材料和所述电解质。
27.根据权利要求26所述的电池，其中，所述电解质为碳酸盐电解质。
28.一种如本申请说明书中所描述的电极材料。
29.一种电池，其包含如本申请说明书中所描述而形成的阳极。
CN201480020012.9A 2013-02-05 2014-02-04 具有合成固体电解质界面的电极材料 Pending CN105283998A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361760947P 2013-02-05 2013-02-05
US61/760,947 2013-02-05
PCT/US2014/014684 WO2014123910A1 (en) 2013-02-05 2014-02-04 Electrode materials with a synthetic solid electrolyte interface

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105283998A true CN105283998A (zh) 2016-01-27

Family

ID=51300087

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480020012.9A Pending CN105283998A (zh) 2013-02-05 2014-02-04 具有合成固体电解质界面的电极材料

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9685678B2 (zh)
JP (1) JP2016507142A (zh)
KR (1) KR102204513B1 (zh)
CN (1) CN105283998A (zh)
DE (1) DE112014000685T5 (zh)
TW (1) TWI617066B (zh)
WO (1) WO2014123910A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109119633A (zh) * 2017-06-22 2019-01-01 丰田自动车株式会社 非水电解液二次电池
CN109792079A (zh) * 2016-09-29 2019-05-21 Tdk株式会社 全固体锂离子二次电池

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11152657B2 (en) * 2012-04-11 2021-10-19 Ionic Materials, Inc. Alkaline metal-air battery cathode
US9819053B1 (en) 2012-04-11 2017-11-14 Ionic Materials, Inc. Solid electrolyte high energy battery
WO2016197098A1 (en) 2015-06-04 2016-12-08 Ionic Materials, Inc. Solid state bipolar battery
US10559827B2 (en) 2013-12-03 2020-02-11 Ionic Materials, Inc. Electrochemical cell having solid ionically conducting polymer material
US11319411B2 (en) 2012-04-11 2022-05-03 Ionic Materials, Inc. Solid ionically conducting polymer material
US11251455B2 (en) 2012-04-11 2022-02-15 Ionic Materials, Inc. Solid ionically conducting polymer material
JP2015111514A (ja) * 2013-12-06 2015-06-18 株式会社豊田自動織機 リチウムイオン二次電池用負極活物質、リチウムイオン二次電池用負極、及びリチウムイオン二次電池
KR102385977B1 (ko) 2014-04-01 2022-04-13 아이오닉 머터리얼스, 인코퍼레이션 고용량 중합체 캐소드 및 당해 캐소드를 포함하는 고 에너지 밀도 재충전가능한 전지
WO2016145341A1 (en) * 2015-03-11 2016-09-15 Navitas Systems, Llc Crosslinked polymeric battery materials
EP3353844B1 (en) 2015-03-27 2022-05-11 Mason K. Harrup All-inorganic solvents for electrolytes
EP3282512B1 (en) * 2015-04-08 2023-05-03 LG Chem, Ltd. Polymer electrolyte membrane, electrochemical cell and flow cell comprising same, method for manufacturing polymer electrolyte membrane, and flow cell electrolyte
JP6944380B2 (ja) 2015-06-04 2021-10-06 イオニツク・マテリアルズ・インコーポレーテツド 固体ポリマー電解質を含むリチウム金属バッテリー
CN108140882A (zh) 2015-06-08 2018-06-08 离子材料公司 具有铝阳极和固体聚合物电解质的电池
US11342559B2 (en) 2015-06-08 2022-05-24 Ionic Materials, Inc. Battery with polyvalent metal anode
KR102479722B1 (ko) * 2015-09-24 2022-12-21 삼성에스디아이 주식회사 복합 음극 활물질, 이를 포함하는 음극 및 리튬 이차 전지, 및 상기 복합 음극 활물질의 제조방법
US10707531B1 (en) 2016-09-27 2020-07-07 New Dominion Enterprises Inc. All-inorganic solvents for electrolytes
KR102463414B1 (ko) 2016-12-16 2022-11-03 현대자동차주식회사 공극이 제어된 고체 전해질막, 및 상기 전해질막의 제조방법
CN110337746A (zh) 2017-01-26 2019-10-15 离子材料公司 具有固体聚合物电解质的碱性电池阴极
US11990609B2 (en) * 2017-06-20 2024-05-21 Coreshell Technologies, Incorporated Solution-deposited electrode coatings for thermal runaway mitigation in rechargeable batteries
JP7200143B2 (ja) 2017-06-20 2023-01-06 コアシェル テクノロジーズ インコーポレイテッド バッテリー電極の表面上に薄膜の液相堆積を行うための方法、システム、及び組成物
JP6760224B2 (ja) * 2017-07-20 2020-09-23 トヨタ自動車株式会社 全固体電池用負極活物質
JP6986199B2 (ja) * 2017-11-08 2021-12-22 トヨタ自動車株式会社 負極材料とこれを用いたリチウム二次電池
US20210119213A1 (en) * 2017-12-21 2021-04-22 Michael A. Zimmerman Battery electrode with solid polymer electrolyte and aqueous soluble binder
CN112469669A (zh) 2018-06-25 2021-03-09 离子材料公司 物质的锰氧化物组合物、以及其合成和其用途
KR102118023B1 (ko) * 2018-07-26 2020-06-09 한국과학기술연구원 이차전지 음극 보호용 인조 고체-전해질 중간상, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬금속 이차전지
US20220190311A1 (en) * 2019-03-11 2022-06-16 Coreshell Technologies, Inc. Solution-phase electrodeposition of artificial solid electrolyte interphase (sei) layers on battery electrodes
CN112635917A (zh) * 2020-12-29 2021-04-09 浙江大学 一种用于碱金属基电池的高强度功能隔膜及制备方法和碱金属基电池
US20230089292A1 (en) * 2021-09-13 2023-03-23 StoreDot Ltd. Self healing lithium-ion battery

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1412873A (zh) * 2001-10-12 2003-04-23 中国科学院化学研究所 一种锂离子电池炭负极材料及其制备方法和应用
JP2004311237A (ja) * 2003-04-08 2004-11-04 Mitsubishi Chemicals Corp 非水電解液二次電池用負極材料及びこれを用いた非水電解液二次電池
CN101746168A (zh) * 2008-12-02 2010-06-23 日本合成化学工业株式会社 液压转印印刷用基膜
CN101960642A (zh) * 2008-02-29 2011-01-26 吉列公司 电池
CN102144323A (zh) * 2008-07-15 2011-08-03 陶氏环球技术公司 用于电池电极的无机粘合剂及其水法流程
US20120088155A1 (en) * 2010-05-03 2012-04-12 Gleb Yushin Alginate-containing compositions for use in battery applications
CN102770995A (zh) * 2010-02-26 2012-11-07 Lg化学株式会社 显示出优异粘合力的用于二次电池的粘合剂

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1167215A (ja) 1997-08-22 1999-03-09 Ricoh Co Ltd 非水電解質二次電池
US6235427B1 (en) 1998-05-13 2001-05-22 Fuji Photo Film Co., Ltd. Nonaqueous secondary battery containing silicic material
JP2010108945A (ja) * 1998-05-13 2010-05-13 Ube Ind Ltd 非水二次電池
EP1313158A3 (en) 2001-11-20 2004-09-08 Canon Kabushiki Kaisha Electrode material for rechargeable lithium battery, electrode comprising said electrode material, rechargeable lithium battery having said electrode , and process for the production thereof
US20040214085A1 (en) 2003-01-06 2004-10-28 Kyou-Yoon Sheem Negative active material for rechargeable lithium battery, method of preparing same, and rechargeable lithium battery
JP2005019358A (ja) * 2003-06-30 2005-01-20 Sanyo Electric Co Ltd アルカリ二次電池の製造方法
KR100595896B1 (ko) 2003-07-29 2006-07-03 주식회사 엘지화학 리튬 이차 전지용 음극 활물질 및 그의 제조 방법
JP2005276503A (ja) * 2004-03-23 2005-10-06 Mitsubishi Electric Corp 電池用セパレータ及びそれを用いた電池
KR100537745B1 (ko) 2004-06-21 2005-12-19 한국전기연구원 리튬이차전지용 음극 활물질 및 그 제조방법
EP1888459A4 (en) 2005-05-09 2010-12-29 Vesta Res Ltd SILICON NANOEPONGES PARTICLES
US7767349B2 (en) 2005-07-25 2010-08-03 3M Innovative Properties Company Alloy compositions for lithium ion batteries
KR100745733B1 (ko) 2005-09-23 2007-08-02 삼성에스디아이 주식회사 음극 활물질, 그의 제조방법 및 이를 채용한 리튬 전지
KR100800969B1 (ko) 2006-01-18 2008-02-11 주식회사 엘지화학 바인더로서 폴리비닐알콜을 포함하는 전극 합제 및 이를기반으로 한 리튬 이차전지
US20100009267A1 (en) * 2006-09-29 2010-01-14 The University Of Akron Metal oxide fibers and nanofibers, method for making same, and uses thereof
US20090186267A1 (en) 2008-01-23 2009-07-23 Tiegs Terry N Porous silicon particulates for lithium batteries
US8034485B2 (en) 2008-05-29 2011-10-11 3M Innovative Properties Company Metal oxide negative electrodes for lithium-ion electrochemical cells and batteries
HUE054466T2 (hu) * 2009-05-19 2021-09-28 Oned Mat Inc Nanoszerkezetû anyagok akkumulátor alkalmazásokhoz

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1412873A (zh) * 2001-10-12 2003-04-23 中国科学院化学研究所 一种锂离子电池炭负极材料及其制备方法和应用
JP2004311237A (ja) * 2003-04-08 2004-11-04 Mitsubishi Chemicals Corp 非水電解液二次電池用負極材料及びこれを用いた非水電解液二次電池
CN101960642A (zh) * 2008-02-29 2011-01-26 吉列公司 电池
CN102144323A (zh) * 2008-07-15 2011-08-03 陶氏环球技术公司 用于电池电极的无机粘合剂及其水法流程
CN101746168A (zh) * 2008-12-02 2010-06-23 日本合成化学工业株式会社 液压转印印刷用基膜
CN102770995A (zh) * 2010-02-26 2012-11-07 Lg化学株式会社 显示出优异粘合力的用于二次电池的粘合剂
US20120088155A1 (en) * 2010-05-03 2012-04-12 Gleb Yushin Alginate-containing compositions for use in battery applications

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
邹新禧编著: "《超强吸收剂》", 31 January 2003, 化学工业出版社 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109792079A (zh) * 2016-09-29 2019-05-21 Tdk株式会社 全固体锂离子二次电池
CN109792079B (zh) * 2016-09-29 2022-04-01 Tdk株式会社 全固体锂离子二次电池
CN109119633A (zh) * 2017-06-22 2019-01-01 丰田自动车株式会社 非水电解液二次电池
CN109119633B (zh) * 2017-06-22 2021-05-11 丰田自动车株式会社 非水电解液二次电池

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016507142A (ja) 2016-03-07
TWI617066B (zh) 2018-03-01
KR102204513B1 (ko) 2021-01-19
KR20150140277A (ko) 2015-12-15
DE112014000685T5 (de) 2015-10-29
WO2014123910A1 (en) 2014-08-14
US9685678B2 (en) 2017-06-20
US20150364791A1 (en) 2015-12-17
TW201444145A (zh) 2014-11-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105283998A (zh) 具有合成固体电解质界面的电极材料
JP7111468B2 (ja) 半固体電極中の電極材料のプレリチオ化
US11824191B2 (en) Alkali and/or alkaline earth ion-sulfur battery
KR101500983B1 (ko) 질소 도핑된 탄소 코팅을 포함하는 실리콘계 음극활물질의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지
EP2908370B1 (en) Low resistance electrode for electrochemical element, method for manufacturing same, and electrochemical element including same
Sun et al. Effect of poly (acrylic acid)/poly (vinyl alcohol) blending binder on electrochemical performance for lithium iron phosphate cathodes
CN104956530A (zh) 二次电池用负极及包括该负极的锂二次电池
KR20130067914A (ko) 리튬 이차 전지용 리튬 금속­탄소 분말 복합체 음극 및 이를 함유하는 리튬 금속 이차전지
JP2021108305A (ja) 正極及び該正極を含むリチウム電池
JP2002246020A (ja) 活物質およびこれを用いた非水電解質電池、ならびに電極の製造方法
CN104716307A (zh) 负极活性物质、其制备方法以及包含它的可再充电锂电池
CN108923060A (zh) 一种界面修饰的固态锂电池及制备方法
CN114242942A (zh) 一种具有稳定负极界面的复合缓冲层及其固态锂金属电池
CN101207195A (zh) 一种电池极片的制备方法
JP4258711B2 (ja) 非水電解質電池
Azaki et al. Poly (methyl methacrylate) grafted natural rubber binder for anodes in lithium-ion battery applications
KR102634600B1 (ko) 리튬이온 이차전지용 금속계-카본 복합 음극재, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 이차전지
JP4370759B2 (ja) 非水電解質電池
JP4479159B2 (ja) 非水電解質電池
JP4207123B2 (ja) 非水電解質電池
KR102623063B1 (ko) 리튬 이차전지용 복합음극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
US20240136499A1 (en) Anodeless all-solid-state battery including composite structure layer and manufacturing method thereof
TWI747184B (zh) 電化學裝置用接合劑、電極合劑、電極、電化學裝置及二次電池
EP4207362A2 (en) Negative electrode for secondary battery and secondary battery including the same
KR102663588B1 (ko) 고분자 고체 전해질 및 이의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20160127