CN113939925A - 用于包含弹性聚合物粘结剂的干电极膜的组合物和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了干法电极膜和包含其的能量存储装置，它们包括弹性聚合物粘结剂。在一些实施方案中，干法电极膜无PTFE或包含微量的PTFE。电极膜表现出改善的机械和加工特性。还提供了加工这种弹性聚合物粘结剂和将弹性聚合物粘结剂掺入电极膜中的方法。

Description

用于包含弹性聚合物粘结剂的干电极膜的组合物和方法
优先权申请的引证
本申请要求2019年3月29日提交的美国临时专利申请第62/826,273号的优先权权益，出于所有目的，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及干式能量存储装置电极、实现这种电极的能量存储装置以及相关方法。
背景技术
常规的能量存储装置和相关方法通常包括与活性电极材料和其他添加剂组合，并且以形成电极膜的方式加工的粘结剂材料。电极膜通常应用于一层或多层材料的其他层以形成电极。通常，形成负电极(阳极)和正电极(阴极)，在它们之间放置隔膜，并插入带有电解质的外壳中以形成各种类型的能量存储装置。
在能量存储装置电极内使用的电极膜可以使用湿法或干法形成。例如，活性电极材料可以与粘结剂材料、溶剂和其他添加剂以湿涂覆方法组合，湿涂覆方法需要大量的后续干燥技术来制造电极膜。
已开发干电极工艺以减少前述湿法所需的耗时且昂贵的干燥程序。例如，电极工艺可以包括将聚四氟乙烯(PTFE)粘结剂与活性电极材料组合，并且压延以形成电极膜。然而，包括包含PTFE粘结剂的电极的能量存储装置可能表现出不期望的装置性能，例如在氧化还原过程中增加的不可逆容量损失。
发明内容
为了概述本发明以及相对于现有技术实现的优点，在本文描述了本发明的某些目的和优点。在本发明的任何特定实施方案中，并非所有这些目的或优点都可以实现。因此，例如，本领域技术人员将认识到，本发明可以实现或优化本文所教导的一个优点或一组优点的方式实施或执行，而不必实现本文所教导或建议的其他目的或优点。
在第一方面，提供了一种能量存储装置的干电极膜。干电极膜包括干活性材料和包含弹性聚合物的干粘结剂，其中干粘结剂不含PTFE或包含微量的PTFE，并且其中干电极膜是自立式的。
在一些实施方案中，弹性聚合物选自PE、PEO和PVDF中的至少一种。在一些实施方案中，干电极膜包含约0-5wt.％的PE和约0-2wt.％的PVDF。在一些实施方案中，干活性材料包括石墨。在一些实施方案中，干电极膜包含约96wt.％的石墨和约4wt.％的PE。在一些实施方案中，干电极膜包含约96wt.％的石墨、约3wt.％的PE和约1wt.％的PVDF。
在另一方面，提供了一种用于能量存储装置中的干电极膜。干电极膜包括干活性材料和包含弹性聚合物的干粘结剂，其中干电极膜是自立式的并且包含至多微量的聚四氟乙烯(PTFE)。
在一些实施方案中，弹性聚合物选自由纤维素、聚烯烃、聚醚、聚醚前体、聚硅氧烷、其共聚物及其混合物组成的组。在一些实施方案中，弹性聚合物选自由聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚(环氧乙烷)(PEO)、聚(苯醚)(PPO)、聚乙烯-嵌段-聚(乙二醇)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚二甲基硅氧烷-共-烷基甲基硅氧烷、羧甲基纤维素(CMC)、其共聚物及其混合物组成的组。在一些实施方案中，弹性聚合物选自由PE、PEO、PVDF及其混合物组成的组。在一些实施方案中，干电极膜包含重量百分比为约0.5-10wt.％的弹性聚合物。
在一些实施方案中，干电极膜不含PTFE。在一些实施方案中，干电极膜不存在处理溶剂残留物。在一些实施方案中，干电极膜包含重量百分比为至少约95wt.％的干活性材料。在一些实施方案中，干活性材料是石墨。在一些实施方案中，干电极膜包括至少约1N的拉伸强度。在一些实施方案中，干电极膜几乎没有缺陷。
在一些实施方案中，提供了包括集电器和干电极膜的电极。在一些实施方案中，提供了包括电极的电池。
在另一方面，提供了一种干电极膜制造方法。该方法包括将干燥的活性材料和干粘结剂混合以形成干第一混合物，其中干粘结剂包含弹性聚合物，并且压延干第一混合物以形成干电极膜，其中干电极膜是自立式的并且包含至多微量的聚四氟乙烯(PTFE)。
在一些实施方案中，通过非破坏性混合工艺进行混合。在一些实施方案中，混合不包括高剪切混合。在一些实施方案中，混合在至少约室温的温度下进行。
在一些实施方案中，干活性材料在混合之前具有第一粒度分布，并且在混合之后具有第二粒度分布，并且其中第一和第二粒度分布基本上相似。在一些实施方案中，压延在约150-250℃的温度下进行。在一些实施方案中，该方法进一步包括压延干电极膜。
所有这些实施方案均旨在落入本文所公开的本发明的范围内。从以下参考附图对优选实施方案的详细描述中，本发明的这些和其他实施方案对于本领域技术人员将变得显而易见，本发明不限于所公开的任何特定优选实施方案。
附图说明
图1描绘了具有包含弹性聚合物粘结剂的电极膜的能量存储装置的实施方案。
图2A-图2H示出了从粉末加工成自立式膜的电极膜的实施方案的照片。图2A示出了加工的最终制剂粉末。图2B示出了压延之前两个辊之间的最终粉末。图2C-图2F示出了制剂1(图2C)、制剂4(图2D)、制剂5(图2E)、和制剂6(图2F)的压延自立式膜。图2G和图2H示出了制剂5(图2G)和制剂6(图2H)的可弯曲自立式膜。
图3A提供了显示各种自立式石墨电极膜实施方案的拉伸强度的图。图3B提供了显示各种自立式石墨电极膜实施方案的延伸的图。
图4A提供了显示具有电解质A的石墨电极半电池实施方案的充电和放电容量的图。图4B提供了显示具有电解质A的石墨电极半电池实施方案的效率的图。
图5A提供了显示具有电解质B的石墨电极半电池实施方案的容量的图。图5B提供了显示具有电解质B的石墨电极半电池实施方案的效率的图。
图6A-图6C提供了显示具有电解质A的制剂1(图6A)、制剂2(图6B)和制剂3(图6C)的石墨电极半电池实施方案的不同容量的图。
图7A-图7C提供了显示具有电解质B的制剂1(图7A)、制剂2(图7B)和制剂3(图7C)的石墨电极半电池实施方案的不同容量的图。
图8A-图8C提供了显示具有电解质A的制剂1(图8A)、制剂2(图8B)、和制剂3(图8C)的石墨电极半电池实施方案的第一循环电压曲线的图。
图9A-图9C提供了显示具有电解质B的制剂1(图9A)、制剂2(图9B)、和制剂3(图9C)的石墨电极半电池实施方案的第一循环电压曲线的图。
图10A-图10C提供了显示具有电解质B的制剂1(图10A)、制剂2(图10B)、和制剂3(图10C)的石墨电极半电池实施方案的第一次形成，然后以0.1C的速率连续循环的图。
具体实施方式
公开了用于锂离子电池的自立式电极膜，其通过干法制备并且不包含或包含至多微量的聚四氟乙烯(PTFE)粘结剂。电极膜可以通过避免使用溶剂的工艺制备，因此是“干”法。在一些实施方案中，电极膜包括替代的(alternative)粘结剂，例如聚乙烯(PE)、聚环氧乙烷(PEO)和聚偏二氟乙烯(PVDF)中的一种或多种，发现它们可用于干法制造工艺，如下所述。在一个实施方案中，不含PTFE的电极膜用于制备锂离子电池或其他电子存储装置的阳极或阴极组件。
定义
术语“电池”和“电容器”应被赋予本领域普通技术人员对其理解的普通和习惯含义。术语“电池组”和“电容器”互不排斥。电容器或电池组可以指可以单独操作或作为多电池系统的组件操作的单个电化学电池。
能量存储装置的电压是单个电池或电容器单元的工作电压。在载荷下或根据制造公差，电压可能超过额定电压(rated voltage)或低于额定电压。
“自支撑(self-supporting)”电极膜是结合粘结剂基质结构的电极膜，该粘结剂基质结构足以支撑膜或层并保持其形状，使得电极膜或层可以是自立式的。当结合到能量存储装置中时，自支撑电极膜或有源层是结合这种粘结剂基质结构的一种。通常，并且取决于所采用的方法，这样的电极膜或有源层足够坚固以在没有任何外部支撑元件(例如集电器或其他膜)的情况下用于能量存储装置制造过程中。例如，“自支撑”电极膜可以具有足够的强度以在没有其他支撑元件的情况下在电极制造过程中被卷起、处理和展开。干电极膜，例如阴极电极膜或阳极电极膜，可以是自支撑的。
“无溶剂”电极膜是不包含可检测的或基本上没有加工溶剂、也没有加工溶剂残留物和/或加工溶剂杂质的电极膜。这种“无溶剂”电极膜不同于基于常规溶剂基工艺的常规电极膜，其包含可检测的或大量的加工溶剂、加工溶剂残留物和/或加工溶剂杂质，即使在溶剂基膜经历干燥工艺之后。干电极膜，例如阴极电极膜或阳极电极膜，可以是无溶剂的。无溶剂的干电极膜可由干成分制成，例如干活性材料和干粘结剂(例如，粉末)，它们也是如上定义的无溶剂的。在一些实施方案中，由于从周围空气中吸收痕量的湿气，干燥成分可包含一定量的大气水分。在一些实施方案中，无溶剂成分和/或无溶剂电极膜含有约、至多或至多约2000ppm、1500ppm、1000ppm、900ppm、800ppm、700ppm、600ppm、500ppm、400ppm、300ppm、200ppm、100ppm、50ppm或10ppm，或其之间的任何值范围的水分含量。
“湿”电极、“湿工艺”电极或泥浆电极是通过至少一个步骤制备的电极，该步骤涉及活性材料(多种)、粘结剂(多种)和任选的添加剂(多种)的浆料。湿电极可包括处理溶剂、处理溶剂残留物和/或处理溶剂杂质。
“无PTFE”膜描述了不含聚四氟乙烯(PTFE)的膜。具有“微量PTFE”的膜描述了具有少量PTFE的膜，其中PTFE的量，如果有的话，基本上不影响膜或包含这种膜的电化学装置的性能。例如，具有微量或至多微量PTFE的膜可包含小于0.5wt.％的PTFE，其包括不含PTFE的膜。
“非破坏性”过程是其中电极活性材料，包括电极活性材料的表面在该过程期间基本上未被改性的过程。因此，活性材料在应用(例如结合在能量存储装置中)中的分析特性和/或性能，与未经历该过程的那些相同或几乎相同。例如，在该过程中，活性材料上的涂层可以不受干扰或基本不受干扰。非破坏性过程的非限制性实例是“非破坏性地混合或共混”，或在降低的压力、增加的进料速率、降低的速度(例如，共混机速度)和/或其他过程参数(多个)的改变下进行喷射研磨，使得当施加到能量存储装置中时，施加在活性材料上的剪切力保持在阈值以下，在该阈值下不利地影响活性材料的分析特性和/或性能。有效的非破坏性混合工艺的一个实例是通过使用叶尖速度范围从约10米/分钟到约40米/分钟的叶片式混合器。“非破坏性”过程可以不同于高剪切过程，该高剪切过程实质上修饰了电极活性材料，例如电极活性材料的表面，并且实质上影响了活性材料的分析特性和/或性能。例如，高剪切共混或高剪切喷射研磨可对电极活性材料的表面产生有害影响。可以实施高剪切过程，这损害活性材料的表面特性，以提供其他益处，例如粘结剂材料的原纤化，或另外形成粘结剂/活性材料基质以帮助形成自支撑电极膜。本文的实施方案可以提供类似的益处，同时避免了过度使用高剪切过程的有害影响。通常，本文的非破坏性过程在较高进料速率、较低速度和/或较低压力中的一种或多种下进行，从而导致剪切过程比更具有破坏性的过程少，所述破坏性过程否则将实质上修饰电极活性材料，并且从而影响性能。
描述
尽管以下描述了某些实施方案和实例，但是本领域技术人员将理解，本发明超出了具体公开的实施方案和/或用途及其明显的修改和等同物。因此，意图是本文所公开的本发明的范围不应受到以下描述的任何特定实施方案限制。
如本文所述，已开发干电极工艺以减少前述湿法所需的耗时且昂贵的干燥程序。还开发了干电极工艺，其不需要使用聚四氟乙烯(PTFE)粘结剂将活性电极材料保持在一起，然后将其压延以形成电极膜。在本文描述的实施方案包括用于电极膜的替代粘结剂材料，其可以减少上述劣化缺点和单独使用PTFE作为电极粘结剂所固有的容量的不可逆损失，例如，在干电极工艺中。一些实施方案提供了可以允许在低电压下进行电化学操作而减少或几乎没有能量的显著额外损失的电极粘结剂材料。一些实施方案提供了具有包括弹性聚合物粘结剂的粘结剂的自立式干处理的电极。在一些实施方案中，自立式电极包括石墨活性材料和弹性聚合物粘结剂，例如高分子量聚乙烯(PE)、聚环氧乙烷(PEO)和聚(偏二氟乙烯)(PVDF)。在一些实施方案中，电极膜是无PTFE的，因此不存在PTFE。在一些实施方案中，电极膜可包含微量的PTFE。在一些实施方案中，电极膜可包含至多微量的PTFE。本文研究了这种自立式电极膜的材料特性，例如机械强度和电化学性能。例如，具有弹性聚合物粘结剂并包含微量的PTFE的电极膜可表现出相对于包含PTFE的可比较的电极膜的相等或更高的拉伸强度和/或延展性，这可促进能量存储装置的制造。具体地，具有较高拉伸强度和/或延展性的电极膜可以更容易地施加到集电器或其他基板上。当使用干电极加工技术时，这些因素特别相关，因为电极膜可以作为自立式膜处理，在本文进一步定义为“自支撑膜”。
一个实施方案是用于形成包含无PTFE的粘结剂组合物的阳极和/或电极膜的制造方法。在一些实施方案中，制造工艺或制造工艺的一部分可以在室温或更高温度下进行以促进显示出期望的电性能的电极的形成。在一些实施方案中，制造工艺或制造工艺的一部分在、约、至少或至少约18℃、20℃、25℃、30℃、40℃、60℃或80℃，或其之间的任何值范围下进行。在一些实施方案中，提供了用于形成包含本文所述的粘结剂组合物的阳极电极膜的制造方法。在一些实施方案中，阳极电极膜制造工艺包括喷射研磨、共混、翻滚或声混合步骤以促进使用干制造法形成缺陷减少或几乎无缺陷的电极膜。在一些实施方案中，电极膜制造工艺不包括高剪切混合步骤(例如，高剪切喷射研磨)，并且干电极成分可以在更温和的条件下混合，例如非破坏性混合工艺，以使用干制造法形成无缺陷的或几乎无缺陷的电极膜。在一些实施方案中，电极膜制造工艺可以由在形成电极膜之前活性材料和弹性聚合物粘结剂的单一混合步骤组成或基本上由其组成。
在开发用于形成电极的复合粘结剂材料和工艺时，也可以考虑其他机械和电性能。例如，可选择粘结剂材料的延展性和/或孔隙率以提供电极的改进的机械完整性和/或离子电导率。在一些实施方案中，可选择粘结剂材料以提供具有期望的电性能的所得电极膜，同时还展示与装置的一种或多种其他组分(例如，电解质)的期望的相互作用，和/或提供作为粘结剂材料的期望的有效性。
在一个实施方案中，将非破坏性加工的活性材料，例如活性材料颗粒的未损坏和/或原始表面结合到电极膜混合物中。未损坏和/或原始活性材料可包括与商业购买的和/或可能改变活性材料的这些物理特性的工艺之前的材料具有基本相似的粒度分布、表面积分布、表面化学再活化和/或表面化学组成的材料。因此，提供了降低的表面降解的本体活性材料(多种)。在一些实施方案中，非破坏性混合可包括共混、翻滚或声混合。在一些实施方案中，非破坏性混合可以由共振声混合器进行。
本文提供的材料和方法可以在各种能量存储装置中实现。例如，能量存储装置可以是结合上述两个或更多个方面的电容器、锂离子电容器(LIC)、超级电容器、电池或混合能量存储装置和/或混合电池。在一些实施方案中，装置是电池。能量存储装置可特征在于工作电压。在一些实施方案中，本文所述的能量存储装置可具有约0V至约5V的工作电压。在进一步的实施方案中，工作电压可为约2.7V至约4.2V、约3.0V至约4.2V或其之间的任何值。
在一个实施方案中，能量存储装置包括一个或多个电极。电极通常包括电极膜和集电器。电极膜可由一种或多种粘结剂和一种或多种活性电极材料的混合物形成。应当理解，弹性聚合物粘结剂和包括弹性聚合物粘结剂的电极可用于具有多种能量存储装置和系统中的任一种的各个实施方案中，例如一个或多个电池、电容器、电容器-电池混合体、燃料电池或其他能量存储系统或装置，及其组合。在一些实施方案中，电极膜混合物和由本文所述的电极膜混合物制造的电极可以是锂离子电容器、锂离子电池、超级电容器或结合上述两个或更多个方面的混合能量存储装置的组件。
能量存储装置可以具有任何合适的构造，例如平面的、螺旋缠绕的、纽扣形的或袋状的。能量存储装置也可以是系统的组件，例如，发电系统、不间断电源系统(UPS)、光伏发电系统、用于例如工业机械和/或运输的能量回收系统。能量存储装置可以用于为各种电子设备和/或机动车辆供能，包括混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)和/或电动车辆(EV)。
在一个实施方案中，能量存储装置可以包括在装置的寿命期间等效串联电阻的减小的上升。这可以允许装置在装置的寿命期间具有增加的功率密度。在一些实施方案中，这些类型的能量存储装置在装置的寿命期间可以具有降低的容量损失。这些装置还可包括改进的循环性能，包括循环期间改进的储存稳定性和减少的容量衰减。
图1示出了具有包含弹性聚合物粘结剂的电极膜的能量存储装置100的实例的侧截面示意图。能量存储装置100可以被分类为例如，电容器、电池、电容器-电池组混合物或燃料电池。在一个实施方案中，装置100是锂离子电池。
装置具有第一电极102、第二电极104和位于第一电极102与第二电极104之间的隔膜106。第一电极102和第二电极104与隔膜106的相应的相对表面相邻。能量存储装置100包括电解质118，以促进能量存储装置100的电极102、104之间的离子连通。例如，电解质118可以与第一电极102、第二电极104和隔膜106接触。电解质118、第一电极102、第二电极104和隔膜106被容纳在能量存储装置壳体120内。
第一电极102、第二电极104和隔膜106中的一个或多个或其组成可包括多孔材料。多孔材料内的孔可以提供用于和/或增加的表面积的安全壳(containment)以与壳体120内的电解质118接触。能量存储装置壳体120可以围绕第一电极102、第二电极104和隔膜106密封，并且可以从周围环境物理密封。
在一些实施方案中，第一电极102可以是阳极(“负电极”)，且第二电极104可以是阴极(“正电极”)。隔膜106可被配置为电隔离与隔膜106的相对侧相邻的两个电极，例如第一电极102和第二电极104，同时允许两个相邻电极之间的离子连通。隔膜106可包括合适的多孔电绝缘材料。在一些实施方案中，隔膜106可包括聚合物材料。例如，隔膜106可包括纤维素材料(例如，纸)、聚乙烯(PE)材料、聚丙烯(PP)材料和/或聚乙烯和聚丙烯材料。
通常，第一电极102和第二电极104各自包括集电器和电极膜。电极102和104包括电极膜112和114，其中第一电极膜112被描绘为包括弹性聚合物粘结剂，并且包括微量的PTFE。尽管第二电极膜114没有被描绘为包含弹性聚合物粘结剂和/或包含微量的PTFE，但应当理解，电极膜112和/或114中的任一个或两者可以包含弹性聚合物粘结剂和/或包含微量的PTFE。如所示，电极102和104各自具有单个电极膜112和114，但是对于每个电极102和104具有两个或更多个电极膜的其他组合是可能的。装置100被示为具有单个电极102和单个电极104，但其他组合是可能的。电极膜112和114可各自具有任何合适的形状、尺寸和厚度。例如，电极膜可各自具有约30微米(μm)至约250微米的厚度，例如，约或至少约50微米、约100微米、约150微米、约200微米、约250微米、约300微米、约400微米、约500微米、约750微米、约1000微米、约2000微米或其之间的任何值的范围。对于单个电极膜，在整个公开中描述了另外的电极膜厚度。电极膜通常包含一种或多种活性材料，例如，阳极活性材料或阴极活性材料。电极膜112和/或114可以是具有减小的厚度、增加的电极膜密度、高能量密度、高比能量密度、面能量密度、面容量或比容量的干燥和/或自支撑电极膜。第一电极膜112和/或第二电极膜114还可以包括一种或多种粘结剂。可以通过本文所述的方法来制备电极膜112和/或114。电极膜112和/或114可以是如本文所述的湿的或自支撑的干电极。
在一些实施方案中，活性材料可以是碳基材料或电池材料。在一些实施方案中，活性材料可包括锂金属氧化物、硫碳复合材料和/或硫化锂。在一些实施方案中，活性材料可包括锂镍锰钴氧化物(NMC)、锂锰氧化物(LMO)、磷酸铁锂(LFP)、锂钴氧化物(LCO)、钛酸锂(LTO)、锂镍锰氧化物(LNMO)和/或锂镍钴铝氧化物(NCA)。在一些实施方案中，活性材料可包括本文所述的其他材料。在一些实施方案中，活性材料可包括一种或多种碳材料。碳材料可以选自例如，石墨材料、石墨、含石墨烯的材料、硬碳、软碳、碳纳米管、多孔碳、导电碳或其组合。活性炭可以衍生自蒸汽工艺或酸/蚀刻工艺。在一些实施方案中，石墨材料可以是经表面处理的材料。在一些实施方案中，多孔碳可包含活性炭。在一些实施方案中，多孔碳可包括分层结构的碳。在一些实施方案中，多孔碳可以包括结构化的碳纳米管、结构化的碳纳米线和/或结构化的碳纳米片。在一些实施方案中，多孔碳可包括石墨烯片。在一些实施方案中，多孔碳可以是经表面处理的碳。在优选的实施方案中，活性材料包括石墨、基本上由石墨组成或由石墨组成。
通常，本文所述的电极膜可以使用改进的干制造法来制造。例如，用于制造本申请中描述的组件的一些步骤可以在美国专利公开号2005/0266298和美国专利公开号2006/0146479中找到。这些以及对本文外部文献的任何其他参考的全部内容通过引用并入本文。如本文所用，干法制造工艺可以指在电极膜的形成中不使用或基本上不使用溶剂的工艺。例如，包括碳材料和粘结剂的电极膜的组分可以包括干燥颗粒。可以组合用于形成电极膜的干颗粒以提供干颗粒电极膜混合物。在一些实施方案中，电极膜可以由干颗粒电极膜混合物形成，使得电极膜的组分的重量百分比和干颗粒电极膜混合物的组分的重量百分比基本相同。在一些实施方案中，使用干法制造工艺由干颗粒电极膜混合物形成的电极膜可以不含或基本上不含任何加工添加剂，例如溶剂和由此产生的溶剂残留物。在一些实施方案中，所得的电极膜是使用干法由干颗粒混合物形成的自支撑电极膜。在一些实施方案中，所得的电极膜是使用干法由干颗粒混合物形成的自立式电极膜。如本文所述，电极膜可包含弹性聚合物粘结剂和/或包含微量的PTFE。在一些实施方案中，可以在不存在集电器的情况下形成自立式电极膜。在进一步的实施方案中，电极膜可以是自支撑电极膜。在一些实施方案中，通过第一压延工艺压延干颗粒电极膜混合物以形成电极膜。在一些实施方案中，通过第二压延工艺再次压延形成的电极膜。在一些实施方案中，压延工艺(例如，第一和/或第二压延工艺)在、或在约100℃、150℃、165℃、185℃、200℃、215℃、230℃、250℃或280℃，或其之间的任何值范围下进行。
如图1所示，第一电极102和第二电极104包括分别与第一电极膜112接触的第一集电器108和与第二电极膜114接触的第二集电器110。第一集电器108和第二集电器110促进每个对应的电极膜与外部电路(未示出)之间的电耦合。第一集电器108和/或第二集电器110包括一种或多种导电材料，并且可以具有被选择为促进电荷在相应的电极与外部电路之间的转移的任何合适的形状和尺寸。例如，集电器可包括金属材料，例如包括铝、镍、铜、铼、铌、钽的材料，以及诸如银、金、铂、钯、铑、锇、铱的贵金属以及合金，以及前述的组合。例如，第一集电器108和/或第二集电器110可包括例如，铝箔或铜箔。第一集电器108和/或第二集电器110可以具有矩形或基本矩形的形状，其尺寸设置成在相应的电极与外部电路之间提供电荷转移。
在一些实施方案中，能量存储装置100是包括包含活性材料的阴极的锂离子电池或混合能量存储装置。在一些实施方案中，锂离子电池被配置为在约2.5至5V或2.7至4.2V下运行。
在一些实施方案中，能量存储装置被配置为在3伏或更高下操作。在进一步的实施方案中，能量存储装置被配置为在2.7伏或更高下操作。在一些实施方案中，能量存储装置被配置用于在选定的电压和温度条件下运行。例如，能量存储装置可被配置用于在40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃、100℃，或更高，或其之间的任何值范围的温度下运行。能量存储装置可配置用于在60至85℃下在2.7V下、60至85℃下在2.8V下、60至85℃下在2.9V下或60至85℃下在3V下或在其之间的任何选定的温度和电压值下连续运行。在一些实施方案中，电压和温度的条件为约2.7V和约85℃、约2.8V和约80℃、约2.9V和约75℃、约3V和约70℃或约3.1V和约65℃。
锂离子能量存储装置
在一些实施方案中，能量存储装置100可以是锂离子能量存储装置，例如锂离子电容器、锂离子电池或混合锂离子装置。在一些实施方案中，锂离子能量存储装置电极的电极膜可包含一种或多种活性材料、包含弹性聚合物粘结剂和/或无PTFE或包含微量的PTFE。
在一些实施方案中，锂离子能量存储装置的电极膜可包含阳极活性材料。阳极活性材料可以包括例如，插入材料(例如碳、石墨和/或石墨烯)、合金化/脱合金材料(例如硅、氧化硅、锡和/或氧化锡)、金属合金或化合物(例如，Si-Al和/或Si-Sn)和/或转换材料(例如，氧化锰、氧化钼、氧化镍和/或氧化铜)。阳极活性材料可以单独使用或混合在一起以形成多相材料(例如Si-C、Sn-C、SiOx-C、SnOx-C、Si-Sn、Si-SiOx、Sn-SnOx、Si-SiOx-C、Sn-SnOx-C、Si-Sn-C、SiOx-SnOx-C、Si-SiOx-Sn或Sn-SiOx-SnOx.)。
在一些实施方案中，锂离子能量存储装置的电极膜可包含活性阴极材料。在一些实施方案中，电极膜可进一步包含粘结剂，和任选的多孔碳材料，以及任选的导电添加剂。在一些实施方案中，导电添加剂可以包括导电碳添加剂，例如炭黑。在一些实施方案中，多孔碳材料可包含活性炭。在一些实施方案中，阴极活性材料可包括锂金属氧化物和/或硫化锂。在一些实施方案中，阴极活性材料可包括锂镍锰钴氧化物(NMC)、锂锰氧化物(LMO)、磷酸铁锂(LFP)、锂钴氧化物(LCO)、钛酸锂(LTO)、锂镍锰氧化物和/或锂镍钴铝氧化物(NCA)。阴极活性材料可包含硫或含硫的材料，例如硫化锂(Li2S)，或其他基于硫的材料，或其混合物。在一些实施方案中，阴极膜包含至少50wt.％的浓度的硫或包含硫活性材料的材料。在一些实施方案中，包含硫或包含硫活性材料的材料的阴极膜具有至少10mAh/cm2的面积容量。在一些实施方案中，包含硫或包含硫活性材料的材料的阴极膜具有1g/cm3的电极膜密度。在一些实施方案中，包含硫或包含硫活性材料的材料的阴极膜还包含粘结剂。
在一些实施方案中，锂离子电池或混合能量存储装置的阴极电极膜可包含约70wt％至约99wt％的活性材料，包含约70wt％至约96wt％，或约70wt％至约88wt％。在一些实施方案中，阴极电极膜可包含最多达约10wt.％的多孔碳材料，包括最多达约5wt.％，或约1wt.％至约5wt.％。在一些实施方案中，阴极电极膜包含最多达约5wt％，包括约1wt％至约3wt％的导电添加剂。在一些实施方案中，阴极电极膜包含最多达约20wt.％的粘结剂，例如，约1.5wt.％至10wt.％、约1.5wt.％至5wt.％或约1.5wt.％至3wt.％。在一些实施方案中，阴极电极膜包含约1.5wt.％至约3wt.％的粘结剂。
在一些实施方案中，阳极电极膜可包含活性材料、粘结剂和任选的导电添加剂。在一些实施方案中，导电添加剂可以包括导电碳添加剂，例如炭黑。在一些实施方案中，阳极的活性材料可包括石墨碳、合成石墨、天然石墨、硬碳、软碳、石墨烯、中孔碳、硅、氧化硅、锡、氧化锡、锗、钛酸锂、混合物或上述材料的复合材料。在一些实施方案中，阳极电极膜可包含约80wt.％至约99wt.％的活性材料，包括约90wt.％至约98wt.％、或约94wt.％至约97wt.％。在一些实施方案中，阳极电极膜包含最多达约5wt.％，包括约1wt.％至约3wt.％的导电添加剂。在一些实施方案中，阳极电极膜包含最多达约20wt％的粘结剂，包括约1.5wt％至10wt％、约1.5wt％至5wt％或约3wt％至5wt％。在一些实施方案中，阳极电极膜包含约4wt.％的粘结剂。在一些实施方案中，阳极膜可以不包括导电添加剂。
在一些实施方案中，电极膜包括重量百分比为、为约、为至少或为至少约、90wt.％、92wt.％、94wt.％、95wt.％、96wt.％、97wt.％、98wt.％或99wt.％、或其之间的任何值范围的活性材料。
在一些实施方案中，锂离子能量存储装置电极的电极膜包含电极膜混合物，该电极膜混合物包含被配置为可逆地嵌入锂离子的碳。在一些实施方案中，嵌锂碳选自石墨碳、石墨、硬碳、软碳及其组合。例如，电极的电极膜可包括粘结剂材料、石墨碳、石墨、含石墨烯的碳、硬碳和软碳中的一种或多种，以及导电促进材料。在一些实施方案中，电极与锂金属和/或锂离子混合。
在进一步的实施方案中，能量存储装置100填充有合适的含锂电解质。例如，装置100可以包括锂盐和溶剂，例如非水或有机溶剂。通常，锂盐包括氧化还原稳定的阴离子。在一些实施方案中，阴离子可以是单价的。在一些实施方案中，锂盐可选自六氟磷酸盐(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锂(LiN(SO2CF3)2、三氟甲磺酸锂(LiSO3CF3)、双(草酸合)硼酸锂(LiB(C2O4)2)、双(氟磺酰基)酰亚胺锂(LiN(SO2F)2、二氟(草酸合)硼酸锂(LiC2BF2O4)及其组合。在一些实施方案中，电解质可包含季铵阳离子和选自由六氟磷酸根、四氟硼酸根和碘负离子组成的组的阴离子。在一些实施方案中，盐浓度可为约0.1mol/L(M)至约5M、约0.2M至约3M或约0.3M至约2M。在进一步的实施方案中，电解质的盐浓度可为约0.7M至约1M。在某些实施方案中，电解质的盐浓度可为约0.2M、约0.3M、约0.4M、约0.5M、约0.6M、约0.7M、约0.8M、约0.9M、约1M、约1.1M、约1.2M或其之间的值。
在一些实施方案中，能量存储装置可包括液体溶剂。溶剂不需要溶解电解质的每个组分，也不需要完全溶解电解质的任何组分。在另外的实施方案中，溶剂可以是有机溶剂。在一些实施方案中，溶剂可包含选自碳酸盐、醚和/或酯的一种或多种官能团。在一些实施方案中，溶剂可包含碳酸盐。在进一步的实施方案中，碳酸盐可选自环状碳酸酯，诸如例如碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯基乙烯酯(VEC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸氟乙烯酯(FEC)及其组合，或无环碳酸酯，诸如例如碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)及其组合。在某些实施方案中，电解质可包含LiPF6和一种或多种碳酸盐。
在一些实施方案中，活性材料包括经处理的碳材料，其中经处理的碳材料包括数量减少的含氢官能团、含氮官能团和/或含氧官能团，如美国专利公开号2014/0098464中所述。例如，经处理的碳颗粒可包括在经处理的碳的一个或多个表面上的一种或多种官能团的数量的减少，例如与未处理的碳表面相比，一种或多种官能团减少约10％至约60％，包括约20％至约50％。经处理的碳可包括减少数量的含氢官能团、含氮官能团和/或含氧官能团。在一些实施方案中，经处理的碳材料包含官能团，其小于约1％包含氢，包括小于约0.5％。在一些实施方案中，经处理的碳材料包含官能团，其小于约0.5％包含氮，包括小于约0.1％。在一些实施方案中，经处理的碳材料包含官能团，其小于约5％包含氧，包括小于约3％。在另外的实施方案中，经处理的碳材料包含比未处理的碳材料少约30％的含氢官能团。
弹性聚合物粘结剂
公开了一种电极，例如阳极和/或阴极，其具有一个或多个包含弹性聚合物粘结剂材料的电极膜。在一些实施方案中，电极膜是无PTFE的。在一些实施方案中，电极膜包含微量的PTFE。在一些实施方案中，弹性聚合物粘结剂可包含一种或多种聚烯烃和/或其共聚物。在一些实施方案中，弹性聚合物粘结剂可包含纤维素、聚烯烃、聚醚、聚醚的前体、聚硅氧烷、其共聚物和/或其混合物中的一种或多种。在一些实施方案中，一种或多种聚烯烃可包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、其共聚物和/或其混合物。在一些实施方案中，弹性聚合物粘结剂可包括支化聚醚、聚乙烯醚、其共聚物等。弹性聚合物粘结剂可包括聚硅氧烷和聚硅氧烷的共聚物，和/或聚醚前体的共聚物。例如，弹性聚合物粘结剂可包括聚(环氧乙烷)(PEO)、聚(苯醚)(PPO)、聚乙烯-嵌段-聚(乙二醇)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚二甲基硅氧烷-共-烷基甲基硅氧烷、其共聚物和/或其混合物。在一些实施方案中，一种或多种聚烯烃可包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、其共聚物和/或其混合物。粘结剂可包括纤维素，例如羧甲基纤维素(CMC)。聚合物的混合物可包含上述聚合物或共聚物的互穿(interpenetrating)网络。例如，在一些实施方案中，弹性聚合物粘结剂可包括选自PE、PVDF和PEO中的至少一种的粘结剂。在一些实施方案中，弹性聚合物粘结剂可以由PE组成或基本上由PE组成。在一些实施方案中，弹性聚合物粘结剂可以由PVDF组成或基本上由PVDF组成。在一些实施方案中，弹性聚合物粘结剂可以由PEO组成或基本上由PEO组成。在一些实施方案中，弹性聚合物粘结剂可以由PE和PVDF组成或基本上由PE和PVDF组成。在一些实施方案中，弹性聚合物粘结剂可以由PE、PVDF和PEO组成或基本上由PE、PVDF和PEO组成。
在一些实施方案中，弹性聚合物粘结剂为颗粒形式。在一些实施方案中，弹性聚合物粘结剂颗粒具有为或约为2μm、5μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm或100μm或其之间的任何值范围的D50平均粒度分布。
电极膜可包含不同量的弹性聚合物粘结剂。在一些实施方案中，电极膜可包含或包含约0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、6、8或10wt.％或其之间的任何值范围的弹性聚合物粘结剂。在一些实施方案中，电极膜可包含或包含约0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、6、8或10wt.％或其之间的任何值范围的PE。在一些实施方案中，电极膜可包含或包含约0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、6、8或10wt.％或其之间的任何值范围的PVDF。在一些实施方案中，电极膜可包含或包含约0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、6、8或10wt.％或其之间的任何值范围的PEO。
在一些实施方案中，包含如本文所述的弹性聚合物的自立式和/或自支撑电极膜可具有至少为或至少约0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5或6N，或其之间的任何值范围的拉伸强度。在进一步的实施方案中，拉伸强度可为或可为约0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5或6N，或其之间的值范围。
实施例
电极材料
SMG-A5石墨和LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2(NMC622)粉末未经干燥按原样使用。因此，由于大气水分，粉末可能包括有限的残留水。弹性聚合物粘结剂包括聚乙烯(PE)、聚环氧乙烷(PEO)和聚偏二氟乙烯(PVDF)(具有广泛的分子量)、均聚物和共聚物。在一些实施方案中，粘结剂聚合物的粒度和分布可在维持自立式电极膜的机械稳定性方面起作用。在比较实施例中还使用了聚四氟乙烯(PTFE)粘结剂。表1显示了下面测试的活性材料和粘结剂的规格。
表1：活性材料和粘结剂规格
Figure BDA0003376814990000151
Figure BDA0003376814990000161
干涂覆的电极制剂
表2提供了包含活性材料和粘结剂的被检查的电极制剂。在以下干混工艺之后进行干粉工艺：(i)使用共振声混合器以60％的强度混合石墨和粘结剂5分钟；(ii)使用微粉机在40psi压力下以9的进料速率研磨混合的粉末。无PTFE的制剂4-6不包括于步骤(ii)研磨过程，它们仅通过共振声混合器步骤(i)进行处理，而没有步骤(ii)的喷射研磨。制剂3包含PTFE，并作为对比提供。图2A示出了加工的无PTFE制剂粉末的照片，与包含PTFE的加工的粉末制剂不同，它看起来是粉状和多尘的。如图2B所示，在表3所示的压延工艺条件下将处理的干粉转化为自立式电极膜，以形成用于电极膜制剂1-6中的每一个的膜A和膜B。膜A膜直接从加工的粉末转化为膜，而膜B膜是通过重新压延在膜A条件下制备的膜直到达到目标厚度和负载而获得的。图2C-图2F分别示出了由混合粉末直接压延的制剂1、4、5和6的无PTFE膜A膜的图像，这表明可以生产没有PTFE粘结剂和喷射研磨工艺的自立式石墨膜。我们注意到，与以PTFE作为唯一粘结剂的典型石墨电极膜相比，制剂1、2和4-6允许仅通过一次压延通过直接从加工的制剂粉末制造出更薄且更低材料负载的石墨电极膜。
表2电极制剂组成
制剂 石墨 PE PVDF PTFE
1 96wt％ 4wt％ - -
制剂 石墨 PE PVDF PTFE
2 96wt％ 3wt％ 1wt％ -
3 96wt％ - - 4wt％
4 97wt％ 3wt％ - -
5 98wt％ 2wt％ - -
6 99wt％ 1wt％ - -
表3压延处理条件
制剂 膜A 膜B 轧制速度
1 185℃ 185℃ 1.0rpm
2 185℃ 185℃ 1.0rpm
3 100℃ 150℃ 1.7rpm
4 185℃ 185℃ 1.0rpm
5 185℃ 185℃ 1.0rpm
6 185℃ 185℃ 1.0rpm
机械性能
图3A和图3B示出了压延成膜A和膜B规格的制剂1-3的自立式石墨电极膜的拉伸强度和延伸结果。意外且有利地，发现不含PTFE粘结剂的制剂1和2的自立式石墨电极膜的拉伸强度与具有PTFE粘结剂的制剂3膜的拉伸强度相当或超过。此外，与具有PTFE粘结剂的制剂3石墨电极膜相比，制剂1和2膜显著降低膜延伸率。此外，将PVDF添加到具有PE粘结剂的石墨电极膜的制剂2，显示出显著提高的拉伸强度，同时保持与仅具有PE粘结剂的石墨电极膜的制剂1类似的膜延伸特性。我们注意到，使用PE和PVDF粘结剂的制剂2石墨电极膜比仅使用PTFE粘结剂的制剂3电极膜产生更高的膜密度，如表4所示。
表4机械强度测试
Figure BDA0003376814990000181
电化学电池测试
将包含制剂1-3的膜A和膜B的自立式电极通过在185℃下的压延工艺层压在铜箔上，并在110℃下真空干燥过夜，然后抵靠在带有电解质的袋壳中的锂金属电极上组装用于电化学评价。表5提供了用于电池组电池评价的石墨电极的涂层重量。表6提供了包含膜A和B处理的电极膜的电池组电池的电解质组合物。
表5：涂层负载
电解质 制剂1 制剂2 制剂3
A 17.4mg/cm<sup>2</sup> 19.5mg/cm<sup>2</sup> 20.3mg/cm<sup>2</sup>
B 17.3mg/cm<sup>2</sup> 11.3mg/cm<sup>2</sup> 20.6mg/cm<sup>2</sup>
表6：电解质组成
Figure BDA0003376814990000182
Figure BDA0003376814990000191
图4A-图5B示出了在0.05C倍率下测量的具有电解质A和电解质B的干石墨电极半电池的第一循环容量和效率结果。不管电解质组成如何，与制剂3相比，制剂1和2的无PTFE石墨电极提供了显著更低的充电和放电容量，部分原因是更高的电极密度。此外，制剂1和2的无PTFE石墨电极显示出合理的容量以及显著更高的第一循环效率。此外，观察到具有1wt.％VC的电解质B抑制充电和放电容量，同时保持第一循环效率。使用电解质A时也发现了类似的结果。
图6A-图7C示出了具有电解质A和电解质B的制剂1-3的干石墨电极半电池的锂化过程的扩展差异容量曲线，其在与第一循环效率相关的初始充电过程期间表现出不可逆的SEI形成行为。这些结果表明，PTFE的电化学还原发生在约0.6V，认为这是使用PTFE粘结剂的石墨电极的较低第一循环效率的原因。此外，具有PTFE粘结剂的制剂3石墨电极在0.2V-0.6V之间的电压下表现出附加峰。
图8A-图9C示出了在0.05C倍率下测试的具有电解质A和电解质B的制剂1-3的干石墨电极半电池的第一循环电压曲线。具有PE和/或PVDF粘结剂的制剂2和3干石墨电极在锂化过程中表现出0-50mAh/g之间的较浅拐点(knee)。与用于电解质A和电解质B两者的具有PTFE粘结剂的制剂3石墨电极相比，在脱锂过程中发现类似的曲线。
图9A-图9C示出了在0.1C倍率下测试的具有电解质B的制剂1-3干石墨电极半电池的初始循环性能。与制剂3石墨电极电池相比，制剂1和2无PTFE的石墨电极电池表现出更稳定的初始循环行为，这反映了PTFE粘结剂在石墨电极和锂金属电极之间形成高钝化界面的影响和电化学不稳定性。制剂2石墨电极电池在0.1C倍率下表现出持续稳定和高容量而没有容量下降，而制剂3石墨电极电池在0.1C倍率下显示出相对较大的容量下降，随后容量逐渐增加。这表明具有PTFE粘结剂的制剂3电极电池遭受由极化超电势引起的高界面阻抗。
尽管已经描述了某些实施方案，但是这些实施方案仅通过示例的方式提出，并且不意图限制本公开的范围。实际上，本文描述的新颖方法和系统可以多种其他形式实施。此外，在不脱离本公开的精神的情况下，可以对本文所述的系统和方法进行各种省略、替换和改变。所附权利要求及其等同物旨在覆盖落入本公开的范围和精神内的这种形式或修改。
结合特定方面、实施方案或实例描述的特征、材料、特性或组应理解为适用于本节或本说明书其他地方描述的任何其他方面、实施方案或实例，除非与其不兼容。在本说明书中公开的所有特征(包括任何所附权利要求、摘要和附图)和/或所公开的任何方法或过程的所有步骤可以任何组合方式进行组合，除了其中至少一些这样的特征/或步骤是互相排斥的组合之外。保护不限于任何前述实施方案的细节。保护延伸至本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的特征的任何新颖特征或特征的任何新颖组合，或者如此公开的任何方法或过程的步骤的任何新颖步骤或步骤的任何新颖组合。
此外，在本公开中在单独的实现方式的上下文中描述的某些特征也可以在单个实现方式中组合地实施。相反，在单个实现方式的上下文中描述的各种特征也可以分别在多个实现方式中或以任何合适的子组合来实施。此外，尽管特征在上面可以描述为以某些组合形式起作用，但是在某些情况下，可以从该组合中切除来自所要求保护的组合的一个或多个特征，并且该组合可以作为子组合或子组合的变体要求保护。
此外，尽管操作可以特定顺序在附图中描绘或在说明书中描述，但是不需要以所示的特定顺序或顺序次序执行这样的操作，或者不需要执行所有操作来获得期望的结果。未描绘或描述的其他操作可以并入示例性方法和过程中。例如，可以在任何所述操作之前、之后、同时或之间执行一个或多个附加操作。此外，在其他实现方式中，操作可以被重新布置或重新排序。本领域技术人员将理解，在一些实施方案中，在图示和/或公开的过程中采取的实际步骤可能与图中所示的步骤不同。取决于实施方案，可以去除上述某些步骤，可以添加其他步骤。此外，以上公开的特定实施方案的特征和属性可以不同的方式组合以形成另外的实施方案，所有这些都落入本公开的范围内。另外，在上述实现方式中的各种系统组件的分离不应被理解为在所有实现方式中都需要这种分离，并且应当理解，所描述的组件和系统通常可以一起集成在单个产品中或包装成多个产品。例如，在本文描述的用于储能系统的任何组件可以被分开提供，或者被集成在一起(例如，包装在一起，或者被附接到一起)以形成储能系统。
为了本公开的目的，本文描述了某些方面、优点和新颖特征。根据任何特定实施方案，不一定可以实现所有这些优点。因此，例如，本领域技术人员将认识到，可以实现本文所教导的一个优点或一组优点而不必实现本文所教导或建议的其他优点的方式来实现或实施本公开。
除非另有明确说明或在所使用的上下文中以其他方式理解，否则条件语言，例如“可以(can)”、“可能的(could)”、“有可能(might)”或“可能(may)”通常旨在传达某些实施方案包括，而其他实施方案不包括某些特征、元件和/或步骤。因此，这种条件语言通常不旨在暗示一个或多个实施方案以任何方式要求特征、元素和/或步骤，或者一个或多个实施方案必须包括用于在有或没有用户输入或提示的情况下决定这些特征、元素和/或步骤是否包括在内或将在任何特定实施方案中执行的逻辑。
除非另外特别说明，否则诸如短语“X、Y和Z中的至少一个”的连接语在上下文中通常被用来理解为传达项目、术语等可以是X、Y或Z。因此，这种连接语通常不旨在暗示某些实施方案要求X的至少一个、Y的至少一个和Z的至少一个的存在。
本文所用的程度语言，例如本文所用的术语“大致(approximately)”、“约(about)”、“通常(generally)”和“基本上(substantially)”表示接近仍然可以执行所需的功能或达到所需的结果的所述值、量或特性的值、量或特性。例如，术语“大致”、“约”、“通常”和“基本上”可以是指取决于期望的功能或期望的结果，在规定的量的小于10％之内、小于5％之内、小于1％之内、小于0.1％之内、小于0.01％之内的量。
本文件中包含的标题(如果有的话)仅是为了方便起见，并不一定影响本文公开的装置和方法的范围或含义。
本公开的范围不旨在由本部分或本说明书的其他部分中的优选实施方案的特定公开来限制，并且可以由如本部分或本说明书的其他地方或将来提出的权利要求书限定。权利要求的语言将基于权利要求中使用的语言来广泛地解释，并且不限于本说明书中或在本申请的执行期间描述的实例，这些实例应被解释为非排他性的。

Claims (20)

1.一种用于能量存储装置的干电极膜，包括：
干活性材料；和
包含弹性聚合物的干粘结剂；
其中所述干电极膜是自立式的并且包含至多微量的聚四氟乙烯(PTFE)。
2.根据权利要求1所述的干电极膜，其中所述弹性聚合物选自由纤维素、聚烯烃、聚醚、聚醚前体、聚硅氧烷、其共聚物及其混合物组成的组。
3.根据权利要求1所述的干电极膜，其中所述弹性聚合物选自由聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚(环氧乙烷)(PEO)、聚(苯醚)(PPO)、聚乙烯-嵌段-聚(乙二醇)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚二甲基硅氧烷-共-烷基甲基硅氧烷、羧甲基纤维素(CMC)、其共聚物及其混合物组成的组。
4.根据权利要求3所述的干电极膜，其中所述弹性聚合物选自由PE、PEO、PVDF及其混合物组成的组。
5.根据权利要求1所述的干电极膜，其中所述干电极膜包含重量百分比为约0.5-10wt.％的弹性聚合物。
6.根据权利要求1所述的干电极膜，其中所述干电极膜无PTFE。
7.根据权利要求1所述的干电极膜，其中所述干电极膜不存在处理溶剂残留物。
8.根据权利要求1所述的干电极膜，其中所述干电极膜包含重量百分比为至少约95wt.％的干活性材料。
9.根据权利要求1所述的干电极膜，其中所述干活性材料是石墨。
10.根据权利要求1所述的干电极膜，其中所述干电极膜包括至少约1N的拉伸强度。
11.根据权利要求1所述的干电极膜，其中所述干电极膜几乎无缺陷。
12.一种电极，包括集电器和权利要求1所述的干电极膜。
13.一种电池，包括权利要求12所述的电极。
14.一种干电极膜制造方法，包括：
混合干活性材料和干粘结剂以形成干第一混合物，其中所述干粘结剂包含弹性聚合物；和
压延所述干第一混合物以形成干电极膜；
其中所述干电极膜是自立式的并且包含至多微量的聚四氟乙烯(PTFE)。
15.根据权利要求14所述的方法，其中通过非破坏性混合过程进行混合。
16.根据权利要求14所述的方法，其中混合不包括高剪切混合。
17.根据权利要求14所述的方法，其中在至少约室温的温度下进行混合。
18.根据权利要求14所述的方法，其中在混合之前所述干活性材料具有第一粒度分布，并且在混合之后所述干活性材料具有第二粒度分布，并且其中所述第一粒度分布和所述第二粒度分布基本上相似。
19.根据权利要求14所述的方法，其中在约150-250℃的温度下进行压延。
20.根据权利要求14所述的方法，还包括压延所述干电极膜。
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