CN110649224A - 电池组电池的电极、包含该电极的电池组电池及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明描述一种用于电池组电池、特别是用于含锂的二次电池的电极，其包括层状的电极材料（40），所述电极材料包含电极活性材料（42）以及聚合物粘合剂（32），其中所述电极活性材料（42）包括硅颗粒并且所述聚合物粘合剂（32）包含由聚丙烯酸与至少一种其他的聚合物构成的块共聚物。

Description

电池组电池的电极、包含该电极的电池组电池及其应用
技术领域
本发明从根据独立权利要求的前序部分的一种用于电池组电池的电极、一种包含该电极的电池组电池以及其应用出发。
背景技术
目前，主要使用锂离子电池组来存储电能。主要将石墨设置为这种锂离子电池组的阳极材料。为了实现这种阳极的足够的形状稳定性，该阳极除了石墨之外还包含少量的聚合物粘合剂、诸如聚偏二氟乙烯PVDF。所述少量的聚合物粘合剂因此是足够的，因为在充电/放电过程中运行相应的电池组电池期间只得出石墨的大约10%的范围内的小的体积膨胀。在此，在聚合物粘合剂与石墨颗粒之间只存在弱的范德华相互作用。
在电池组电池的更新型电极中，代替石墨而使用硅颗粒。然而，在充电/放电过程中，所述硅颗粒表现出明显更强的高达300%的体积膨胀。利用现今的粘合剂系统不再能够补偿所述体积膨胀。
关于此，从US 2016/164099已知：作为含硅的阳极的粘合剂系统使用由聚丙烯酸PAA和聚乙烯醇PVA构成的聚合混合物。
发明内容
根据本发明提供具有独立权利要求的特征性特征的用于电池组电池的电极、包含该电极的电池组电池以及其应用。
根据本发明提供一种用于电池组电池的电极，该电池组电池例如实施为含锂的二次电池。该电极包括层状的电极材料，该电极材料除了电极活性材料之外还包含至少一种聚合物粘合剂。该聚合物粘合剂保证了电极材料的形状稳定性。电极活性材料在此称为电极材料的材料组分，在电极在电池组电池内运行时，对于释放或存储电能所需的电化学过程、例如氧化或还原类型的电化学过程在所述材料组分的表面上运行。电极活性材料在此优选地具有硅颗粒。
聚合物粘合剂根据本发明形成为由丙烯酸和至少一种其他的聚合物构成的块共聚物。通过该方式可以进一步改进这样实施的电极在长期运行中的机械稳定性以及其离子传导性。因此，在块共聚物内添加聚丙烯酸负责通过聚丙烯酸的羧基与硅颗粒表面上的羟基相互作用而固定连接到硅上。
本发明的其他有利实施方式是从属权利要求的主题。
有利的是，电极包括块共聚物作为粘合剂，所述块共聚物除了聚丙烯酸之外还包含聚丙烯腈PAN、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚氯乙烯PVC、聚偏二氟乙烯PVDF、聚碳酸亚乙烯酯PVCa、聚乙烯基碳酸亚乙酯（Polyvinylethylencarbonat）PVEC、聚合物冠醚或特别是聚乙基乙二醇PEG。这些提到的化合物具有以下优点，它们作为聚合物粘合剂的组成部分导致聚合物粘合剂的以及因此根据本发明的电极的电极材料的离子传导性的明显改进。
此外有利的是，聚合物粘合剂除了聚丙烯酸之外还包含聚苯乙烯PS，因为所述聚苯乙烯明显改进聚合物粘合剂以及因此电极材料本身的机械稳定性。
此外有利的是，聚合物粘合剂除了聚丙烯酸之外还包含聚合物硅烷化合物，其包含至少一个用于聚合的双键。设置硅烷化合物改进了聚合物粘合剂在硅颗粒表面上的例如通过合适的硅烷功能性的连接。在此，作为硅烷功能性例如考虑三氯硅基或三甲氧基硅基。
特别有利的是，使用由聚丙烯酸、聚乙基乙二醇和聚苯乙烯构成的块共聚物。
根据本发明的电极可以有利地以电池组电池的阳极形式用在电池组电池中。该电极又应用在例如用于移动应用、如电动车辆、混合动力车辆或插电式混合动力车辆的电池组中，应用在移动数据处理设备或用于电信的装置中，应用在修理设备或智能家庭应用中，以及应用在特别是可再生电能的静态存储器中。
附图说明
在附图中示出本发明的有利实施方式并且在随后的附图描述中详细阐述。其中：
图1示出根据本发明的一个实施例的包括根据本发明的电极的电池组电池的示意性截面图。
具体实施方式
根据本发明的电池组电池100除了阴极10之外还包括隔离器20和阳极22，该阳极以根据本发明的电极形式实施。阳极22在此包括平坦的排流体50，其例如由金属材料、如铝或铜来实施并且用于将阳极22与电池组电池100的在图1中未示出的极电接触。
电极材料40的层位于排流体50的大表面上。电极材料40本身包括电极活性材料42的颗粒，该电极活性材料例如包含硅或由硅构成。电极活性材料42的颗粒也可以替代地或附加地包含硅合金。此外，电极活性材料42的颗粒可以附加地包含二氧化硅。
此外，电极材料40包含导电、例如含碳的材料44的颗粒，该材料44也称为导电添加剂。该材料44确保电极材料40的导电性。此外，电极材料40包括聚合物粘合剂32，其确保电极材料40的组成部分在层之内的机械固定。
阳极22在电极材料40的背向排流体50的侧上还包括锂盐30的层。所述锂盐例如可以是氧化锂、氟化锂或碳酸锂。替代地或附加地，也可以的是，在电极活性材料的颗粒42的表面上设置锂盐30的层。锂盐30的层在电池组电池100开始运行之后附加地包括以下组成部分，所述组成部分由电池组电池100的液态电解质在形成保护层SEI的情况下分解的成分构成。
根据本发明，聚合物粘合剂32实施为块共聚物。在此，块共聚物除了聚丙烯酸或聚丙烯酸的相应的锂盐、钠盐或钾盐之外还包括聚乙基乙二醇或聚苯乙烯。在此，聚丙烯酸的羧基负责聚合物粘合剂32良好地连接到电极活性材料42上。聚乙基乙二醇负责聚合物粘合剂的提高的离子传导性并且聚苯乙烯提高机械稳定性。附加地或替代地，然而聚合物粘合剂32为了提高离子传导性也可以包含聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚碳酸亚乙烯酯、聚乙烯基碳酸亚乙酯或聚合物冠醚。
此外，在块共聚物中可以设置聚合物硅烷化合物，其包含至少一个用于聚合的双键。所述聚合物硅烷化合物通过合适的功能性的硅烷基实现聚合物粘合剂与电极活性材料的硅颗粒的表面的更好连接。合适的硅烷功能性例如是三氯硅基或三甲氧基硅基。

Claims (8)

1.用于电池组电池、特别是用于含锂的二次电池的电极，包括层状的电极材料（40），所述电极材料包含电极活性材料（42）以及聚合物粘合剂（32），其特征在于，所述电极活性材料（42）包括硅颗粒并且所述聚合物粘合剂（32）包含由聚丙烯酸与至少一种其他的聚合物构成的块共聚物。
2.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述块共聚物还包含聚乙基乙二醇、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚碳酸亚乙烯酯、聚乙烯基碳酸亚乙酯或聚合物冠醚。
3.根据权利要求1和2之一所述的电极，其特征在于，所述块共聚物包含聚苯乙烯。
4.根据前述权利要求之一所述的电极，其特征在于，所述块共聚物包含聚合物硅烷化合物，所述聚合物硅烷化合物具有至少一个用于聚合的双键。
5.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述块共聚物除了聚丙烯腈之外还包含聚乙基乙二醇和聚苯乙烯。
6.根据前述权利要求之一所述的电极，其特征在于，所述聚丙烯酸至少部分作为锂盐、钠盐或钾盐存在。
7.一种电池组电池、特别是含锂的二次电池，其包含根据前述权利要求之一所述的电极（22）。
8.根据权利要求1至6之一所述的电极或根据权利要求7所述的电池组电池在以下方面的应用：应用在移动应用、如电动车辆、混合动力车辆或插电式混合动力车辆的电池组中，应用在移动数据处理设备或用于电信的装置中，应用在修理设备或智能家庭应用中，以及应用在特别是可再生电能的静态存储器中。
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