CN114651348A - 用于直接涂覆硅占主导的阳极的碳添加剂 - Google Patents

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Abstract

提供了用于直接涂覆硅占主导的阳极的碳添加剂的系统和方法。用于直接涂覆阳极的示例性组合物可以包含硅占主导的阳极活性材料、基于碳的粘结剂和基于碳的添加剂，所述组合物被配置用于低温热解。低温热解可以在<850℃下进行。所述阳极可以使用组合物在集流器上的直接涂覆工艺形成。所述阳极活性材料可以产生构成热解后所形成的阳极的90％至95％重量的硅。所述基于碳的添加剂可以产生构成热解后所形成的阳极的2％至6％重量的碳。所述基于碳的添加剂可以包括表面积>65m2/g的碳颗粒。

Description

用于直接涂覆硅占主导的阳极的碳添加剂
相关申请的交叉引用/援引并入
本申请要求于2019年11月12日提交的第16/681,571号美国专利申请的优先权，所述美国专利申请通过援引据此并入。
技术领域
本公开内容的方面涉及能量产生和存储。更具体地，本公开内容的某些实施方式涉及用于直接涂覆硅占主导的阳极的碳添加剂的方法和系统。
背景技术
常规电池技术可能存在各种问题。就此而言，用于实施电池电极的常规系统和方法(如果存在)可能是昂贵的、笨重的和/或低效的，例如，它们可能实施起来复杂和/或耗时，并且可能限制电池使用寿命。
通过将这种系统与如本申请的其余部分中参考附图所阐述的本公开内容的一些方面进行比较，常规和传统方法的其它限制和缺点对于本领域技术人员而言将变得显而易见。
发明内容
提供了用于直接涂覆硅占主导的阳极的碳添加剂的系统和方法，大体上如至少一个图所示和/或如关于至少一个图所述，如权利要求中更完整地阐述。
根据以下描述和附图，将更全面地理解本公开内容的这些和其它优点、方面和新特征，以及其所示实施方案的细节。
附图说明
图1是根据本公开内容的示例性实施方案的具有用直接涂覆加工的硅占主导的阳极的电池的图。
图2例示出根据本公开内容的示例性实施方案的示例性硅占主导的阳极。
图3是根据本公开内容的示例性实施方案的用于直接涂覆电极的方法的流程图。
图4A是根据本公开内容的示例性实施方案的各种阳极浆料制剂的阻抗数据的条形图。
图4B是例示出根据本公开内容的示例性实施方案的各种阳极浆料制剂的放电容量性能的绘图。
图5是例示出根据本公开内容的示例性实施方案的具有不同的添加剂组合的各种阳极浆料制剂的放电容量性能的绘图。
图6是例示出根据本公开内容的示例性实施方案的具有不同的添加剂组合的各种阳极浆料制剂的电阻性能的绘图。
图7是例示出根据本公开内容的示例性实施方案的使用不同百分比的添加剂ECP的各种阳极浆料制剂的放电容量性能的绘图。
图8是例示出根据本公开内容的示例性实施方案的使用不同百分比的添加剂Super-P的各种阳极浆料制剂的放电容量性能的绘图。
图9是例示出根据本公开内容的示例性实施方案的使用不同百分比的添加剂SLP的各种阳极浆料制剂的放电容量性能的绘图。
图10是例示出根据本公开内容的示例性实施方案的各种阳极浆料制剂的循环寿命性能的绘图。
具体实施方式
图1是根据本公开内容的示例性实施方案的具有用受控的炉气氛加工的电极的电池的图。参考图1，示出了电池100，所述电池100包括夹置在阳极101与阴极105之间的隔板103，以及集流器107A和107B。还示出了联接至电池100的负载109，例示出当电池100处于放电模式时的情况。在本公开内容中，术语“电池”可以用于指示单个电化学电池，形成为模块的多个电化学电池和/或形成为组件的多个模块。
便携式电子装置的发展和运输的电气化驱动了对高性能电化学能量存储的需求。相对于其它可充电电池化学品，小规模(<100Wh)至大规模(>10KWh)装置由于锂离子(Li离子)电池的高性能而主要使用锂离子电池。
阳极101和阴极105，连同集流器107A和107B，可以包括电极，所述电极可以包括在电解质材料内或容纳电解质材料的板或膜，其中板可以提供用于容纳电解质的物理屏障以及与外部结构的导电接触。在其它实施方案中，阳极/阴极板浸没在电解质中，同时外壳提供电解质容纳。阳极101和阴极电联接至集流器107A和107B，集流器107A和107B包含金属或其它导电材料用于提供与电极的电接触以及在形成电极时对活性材料的物理支撑。
图1中所示的配置例示出处于放电模式的电池100，而在充电配置中，可以用充电器代替负载107以逆转该过程。在一类电池中，隔板103通常是由例如电绝缘聚合物制成的膜材料，这防止电子从阳极101流到阴极105，或者反之亦然，同时是足够多孔的以允许离子穿过隔板103。通常，隔板103、阴极105和阳极101材料分别形成为片、膜或活性材料涂覆的箔。将阴极、隔板和阳极的片依次堆叠或轧制，使隔板103将阴极105与阳极101分隔，以形成电池100。在一些实施方案中，隔板103是片并且通常在其制造中采用卷绕方法和堆叠。在这些方法中，阳极、阴极和集流器(例如，电极)可以包括膜。
在示例性情形中，电池100可以包含固体、液体或凝胶电解质。隔板103优选不溶于典型的电池电解质，例如可以包含以下的组合物：碳酸亚乙酯(EC)、氟代碳酸亚乙酯(FEC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)等以及溶解的LiBF4、LiAsF6、LiPF6和LiClO4等。隔板103可以用液体或凝胶电解质润湿或浸泡。此外，在示例性实施方案中，隔板103在低于约100℃至120℃不熔化，并且表现出足够的机械性质用于电池应用。在操作中，电池可以经历阳极和/或阴极的膨胀和收缩。在示例性实施方案中，隔板103可以膨胀和收缩至少约5％至10％而不失效，并且还可以是柔性的。
隔板103可以是足够多孔的，使得一旦用例如液体或凝胶电解质润湿，离子就可以穿过隔板。替代地(或额外地)，即便没有显著的孔隙度，隔板也可以通过胶凝或其它方法吸收电解质。隔板103的孔隙度通常也不会太多孔以致允许阳极101和阴极105通过隔板103传递电子。
阳极101和阴极105包括用于电池100的电极，提供与用于在充电和放电状态下传递电荷的装置的电连接。例如，阳极101可以包含硅、碳或这些材料的组合。典型的阳极电极包含碳材料，其包括诸如铜片的集流器。碳是常用的，因为碳具有优异的电化学性质并且还是导电的。目前在可充电锂离子电池中使用的阳极通常具有约200毫安小时/克的比容量。用于大多数锂离子电池阳极的活性材料石墨具有372毫安小时每克(mAh/g)的理论能量密度。相比之下，硅具有4200mAh/g的高的理论容量。为了增加锂离子电池的体积能量密度和重量能量密度，硅可以用作阴极或阳极的活性材料。硅阳极可以由例如具有超过50％的硅的硅复合物形成。
在示例性情况下，阳极101和阴极105存储用于分离电荷的离子，例如锂。在该实例中，电解质在放电模式下将带正电的锂离子从阳极101携带到阴极105，例如如图1中所示，并且反之亦然，在充电模式下穿过隔板105。锂离子的运动在阳极101中产生自由电子，这在正集流器107B处产生电荷。然后电流从所述集流器通过负载109流到负集流器107A。隔板103阻挡电池100内的电子流，允许锂离子流，并且防止电极之间的直接接触。
当电池100放电并且提供电流时，阳极101释放锂离子经由隔板103到达阴极105，从而产生从一侧经由联接的负载109到另一侧的电子流动。当对电池充电时，发生相反的情况，其中锂离子被阴极105释放并且由阳极101接收。
为阳极101和阴极105选择的材料对于电池100可能的可靠性和能量密度是重要的。当前锂离子电池的能量、功率、成本和安全性需要改善，以便例如与内燃机(ICE)技术竞争并且允许电动车辆(EV)的广泛采用。随着高容量且高电压阴极、高容量阳极以及具有高电压稳定性和与电极的界面兼容性的功能性不可燃电解质的开发，实现了高能量密度、高功率密度和改善的安全性的锂离子电池。此外，将具有低毒性的材料作为电池材料对降低工艺成本和促进消费者安全性是有利的。
电化学电极的性能虽然取决于许多因素，但很大程度上取决于电极颗粒之间以及集流器与电极颗粒之间的电接触的稳健性。硅阳极电极的电导率可以通过结合具有不同形态性质的导电添加剂来控制。炭黑(Super-P)、气相生长碳纤维(VGCF)以及两者的混合物先前已经单独地掺入到阳极电极中，导致阳极性能的改善。两种碳材料之间的协同相互作用可以促进在充电和放电期间硅阳极的大体积变化中的电接触。
现有技术的锂离子电池通常采用石墨占主导的阳极作为锂的插层材料。然而，与石墨占主导的锂离子电池相比，硅占主导的阳极提供了改善。硅表现出高重量容量(3579mAh/g相对于石墨的372mAh/g)和体积容量(2194mAh/L相对于石墨的890mAh/L)。此外，基于硅的阳极相对于Li/Li+具有在约0.3V至0.4V的低的锂化/去锂化电压平台，这使其保持开路电势，避免了不希望的Li析出和枝晶形成。虽然硅显示出优异的电化学活性，但由于硅在锂化和去锂化期间的大体积变化，实现基于硅的阳极的稳定循环寿命具有挑战性。硅区域可能失去与阳极的电接触，因为大的体积变化与其低的电导率相结合将硅与阳极中的周围材料分开。
此外，大的硅体积变化加剧了固体电解质中间相(SEI)的形成，这可以进一步导致电绝缘，从而导致容量损失。在充电-放电循环时硅颗粒的膨胀和收缩引起硅颗粒的粉碎，这增加了其比表面积。随着循环间期硅表面积变化和增加，SEI反复地解体和重组。因此，SEI在循环期间不断地积聚在粉碎的硅区域周围，变成厚的电子和离子绝缘层。这种累积的SEI增加了电极的阻抗并且降低了电极电化学反应性，这对循环寿命是有害的。
可以使用各种方法和/或工艺来形成电池的各种组件。例如，电极可以通过诸如层压和直接涂覆的工艺形成。这些工艺中的每一个都可能具有独特的挑战和/或限制。例如，在直接涂覆硅占主导的阳极时，在较低的温度(例如，<850℃)下进行热解。这可能不利地影响碳化，而碳化进而可能影响所形成的阳极的电导率(以及由此的存储和其它电特性)。因此，可能需要某些措施以确保当热解步骤在直接涂覆阳极工艺中进行时发生充分的碳化。例如，可以设计特殊的浆料制剂，并用于优化使用直接涂覆工艺制造的阳极的性能。这将参考图4至图9进一步描述。
图2例示出根据本公开内容的示例性实施方案的示例性硅占主导的阳极。参考图2，示出了阳极200、集流器201、粘合剂203和活性材料205。然而，应注意，粘合剂203可以存在或不存在，取决于使用的阳极制造工艺的类型，因为粘合剂不是必须存在于其中活性材料直接形成在集流器上的直接涂覆工艺中。
在示例性情况下，活性材料205包括在粘结剂材料和溶剂中的硅颗粒，活性材料205被热解以将粘结剂转变成热解碳，所述热解碳提供在硅颗粒周围的结构框架并且还提供导电性。可以使用任选的粘合剂203将活性材料联接至集流器201。集流器201可以包括金属膜，例如铜、镍或钛，但根据所需的拉伸强度可以使用其它导电箔。
图2还例示出接枝到并且锂化活性材料205的锂颗粒。此外，如图2中所示，集流器201具有厚度t，厚度t可以基于具体实施方式而变化。就此而言，在一些实施方式中可以使用较厚的箔，而在另一些实施方式中使用较薄的箔。例如，对于铜，示例性较厚的箔的厚度可以大于6μm，例如10μm或20μm，而铜的较薄的箔的厚度可以小于6μm。
在示例性情况下，当使用粘合剂时，粘合剂203包括诸如聚酰亚胺(PI)或聚酰胺-酰亚胺(PAI)的聚合物，其提供活性材料膜205与集流器201的粘合强度，同时还提供与集流器201的电接触。根据所需的强度，可以使用其它粘合剂，只要它们可以在加工后提供具有足够导电性的粘合强度即可。
图3是根据本公开内容的示例性实施方案的用于直接涂覆电极的方法的流程图。该方法包括将活性材料、导电添加剂和粘结剂物理地混合在一起，并且将其直接涂覆在集流器上。该示例性方法包括直接涂覆方法，其中使用诸如CMC、SBR、藻酸钠、PAI、PAA、PI及其混合物和组合的粘结剂将阳极浆料直接涂覆在铜箔上。另一个示例性方法包括在基板上形成活性材料，然后转移至集流器，如关于图4A和图4B所述。
在步骤301中，可以使用粘结剂/树脂(例如PI、PAI)、溶剂和导电碳来混合原始电极活性材料。例如，石墨烯/VGCF(按重量计1:1)可以在超声处理下分散在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，持续例如1小时，随后添加Super P(与VGCF和石墨烯为1:1:1)并且进行额外的超声处理，持续例如45至75分钟。然后可以在球磨机中在例如1000rpm下持续指定时间，将具有所需颗粒尺寸的硅粉分散在聚酰胺酸树脂(在NMP中的15％固体)中，然后可以添加共轭碳/NMP浆料并且在例如2000rpm下持续另一预定时间进行分散，以实现2000至4000cP的浆料粘度和约30％的总固体含量。可以改变颗粒尺寸和混合时间以配置活性材料的密度和/或粗糙度。
在步骤303中，浆料可以以例如3至4mg/cm2的负载量涂覆在箔上，其可以在步骤305中进行干燥，产生小于15％的残留溶剂含量。在步骤307中，可以使用任选的压延过程，其中可以使用一系列硬压辊来将膜/基板修整成更平滑且更致密的材料片。
在步骤309中，活性材料可以通过加热至500至800℃来热解，使得碳前驱体部分或完全转化为热解碳。在使阳极在400℃或高于400℃进行加热的情况下，热解步骤可以产生具有大于或等于50重量％的硅含量的阳极活性材料。热解可以以辊的形式进行，或者在步骤311中的冲压之后进行。如果以辊的形式进行，则在热解过程之后进行冲压。然后可以用隔板和阴极与电解质一起夹置经冲压的电极以形成电池。
在步骤313中，电池可以进行包括初始充电和放电步骤的化成过程，以锂化阳极，其中剩余一些残留的锂。
然而，直接涂覆方法的使用可能具有一些限制和/或挑战。例如，因为热解是在将活性材料涂覆在收集器上之后进行的，所以热解必须在比用其它方法(例如，用基于层压的方法)进行的温度更低的温度下进行，以避免损坏收集器——例如，在500至800℃下。因此，可能需要某些措施以确保当进行热解步骤时发生充分的碳化。
因此，在根据本公开内容的各种实施方式中，可以设计特殊的浆料制剂，并用于优化使用直接涂覆工艺制造的阳极的性能。例如，此类浆料制剂可以结合碳添加剂的使用。就此而言，选择可用于此类浆料制剂的碳添加剂，使得当阳极在热解步骤期间被热处理时，材料将被部分或完全碳化。该材料可以基于其碳化特性来选择。
例如，一些材料可能是不合适的，因为它可能由于结块或空气而不是完全润湿的，特别是在直接涂覆工艺中使用较低温度的情况下。因此，在此类浆料制剂中使用的所选添加剂可以包括具有带有高表面能的碳颗粒的材料，用于改善浆料的润湿性。使用此类碳添加剂可以具有附加益处，因为此类材料也可以在电极中产生有益于循环寿命的特征，例如孔隙度。此外，在较低的浓度下，高表面积的碳颗粒也倾向于增加导电性。添加剂的选择可以基于测试和实验，以确定最合适的添加剂(或其组合)。可以使用的示例性添加剂可包括炭黑Super-P、炭黑ECP、炭黑ECP-600JD和石墨SLP30。图4A和图4B例示出包含此类添加剂的各种浆料制剂。
在一些实施方式中，可以使用附加措施(除了仅调节浆料制剂之外)来进一步增强使用直接涂覆形成的阳极的性能。例如，在一些情况下，可以使用用于增强浆料润湿性的措施和/或技术。此类措施和/或技术可以包括，例如，处理在浆料中使用的材料(特别是添加剂)以增强亲水性，使得浆料可以包含高表面能的碳纳米颗粒。替代或另外地，可以将含有此类高表面能的碳纳米颗粒(亲水性炭黑、聚合物(例如，聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯酰胺(PAM)等))的材料添加至浆料混合物中。此类碳纳米颗粒可以增加阳极浆料的润湿性，以增强在直接涂覆工艺期间在Cu箔上的涂覆。可以通过处理向其施加阳极浆料的箔来进一步增强润湿性。
图4A是根据本公开内容的示例性实施方案的各种阳极浆料制剂的阻抗数据的条形图。图4A中所示的是条形图400，其例示出对应于十(10)个不同的阳极组的电极阻抗(按mΩ计)、加热和冷却后的电池阻抗(按mΩ计)以及化成后的电池阻抗(按mΩ计)的值(例如，通过实验确定的)。就此而言，组REF表示参考阳极组(例如，基于膜或层压的阳极)，其余的组表示不同的直接涂覆的硅占主导的阳极。这些组可以基于与其对应的制剂以及基于用于收集器的箔的其它特性(例如，类型、长度和重量)的变化而彼此不同。
关于在不同组中使用的不同示例性制剂的细节在下表中示出。就此而言，制剂是指在热解之后阳极的含量(按重量百分比)，包括硅、源自添加剂(例如，Super-P、ECP、ECP600JD等)的碳和源自粘结剂(例如，源自聚酰胺-酰亚胺(PAI)、聚丙烯酸(PAA)等)的碳。如上所述，第7组表示参考阳极组(通过其它方法形成)，并且因此该组不提供制剂数据。
组 Si C/Super-P C/ECP C/ECP600 C/PAI C/PAA
1 94％ 2％ - - 4％ -
2 94％ 2％ - - 4％ -
3 93.5％ - 2％ - 4.5％ -
4 93.5％ - - 2％ 4.5％ -
5 90％ - - 5％ 5％ -
6 94％ 2％ - - - 4％
7 REF REF REF REF REF REF
8 93.5％ - - 2％ 4.5％ -
9 90％ - - 5％ 5％ -
10 94％ 2％ - - - 4％
表1：不同阳极组的制剂
如条形图400所示，结合使用具有高表面积的碳的碳添加剂(例如，表面积为800m2/g的ECP和表面积为1300至1400m2/g的ECP600JD)的阳极组(例如，第3组、第4组和第5组)显示出较低的阻抗(以及由此较高的电导率)。特别地，第5组阳极显示出低干阻抗，其与第7组(参考)阳极相当。使用这些阳极制造的电池观察到相同的趋势。化成阶段之后，具有高表面积的碳的第3组至第5组显示出比参考组的电池阻抗更低的电池阻抗。
图4B是例示出根据来自表1的示例性实施方案的具有不同的添加剂组合的各种阳极浆料制剂的循环性能的绘图。在4C充电至4.2V并且0.5C放电至3.3V(4C(4.2V)/0.5C(3.3V))测试条件下测量放电容量。
如图4B中的图表所示，放电容量保持率斜率按以下顺序提高：第1组(2％SP)<第3组(2％ECP)<第4组和第8组(2％ECP600)。
尽管高表面积的碳显示出增强的容量保持率，但在每种制剂中的Si含量是变化的。准备具有90％的固定Si含量的单独研究。
组 Si C/Super-P C/ECP SLP C/PAI C/PAA
11 90％ - - - 10 -
12 90％ 2％ - - 8％ -
13 90％ 4％ 6％ -
14 90％ 6％ 4％ -
15 90％ - 2％ 8％ -
16 90％ 4％ 6％
17 90％ 6％ 4％
18 90％ 2％ 8％
19 90％ 4％ 6％
20 90％ 6％ 4％
21 85％ 5％ 10％
表2：具有固定的硅含量的不同阳极组的制剂
图5是例示出根据本公开内容的示例性实施方案的具有不同的添加剂组合的各种阳极浆料制剂的放电容量性能的绘图。图5中所示的是比较对应于两个不同组的阳极的放电容量的线形图：第11组(G11，以黑色示出)和第12组(G12，以红色示出)。
就此而言，在图5的图表中捕获的数据证明了在直接涂覆中使用碳添加剂(例如，石墨或Super-P)的效果。如此，两组中的硅含量是恒定的(例如，热解后重量含量的约94％)。第11组不使用碳添加剂——相反，剩余的含量(例如，热解后重量含量的6％)是来自浆料中使用的基于碳的聚合物(例如，聚酰胺-酰亚胺(PAI))的碳。第12组使用Super-P作为碳添加剂(例如，热解后重量含量的2％)，其中剩余的含量(例如，4％)是来自浆料中使用的基于碳的聚合物(例如，PCHC)的碳。
在2C充电至4.2V并且0.5C放电至2.75V(2C(4.2V)/0.5C(2.75V))下测量放电容量。如图5中所示，具有Super-P作为碳添加剂的第12组与没有碳添加剂的第11组相比显示出初始容量的改善。两组的放电容量保持率起初相似；含有Super-P作为碳添加剂的阳极(第12组)在约180次循环后显示出优于不含碳添加剂的阳极(第11组)的优点。
图6是例示出根据本公开内容的示例性实施方案的具有不同的添加剂组合的各种阳极浆料制剂的电阻性能的绘图。图6中所示的线形图比较了对应于关于图5描述的两个组的阳极的电阻。如图6中的线形图所示，在2C(4.2V)/0.5C(2.75V)测试条件下，具有Super-P作为碳添加剂的第12组(G12，红色)的电阻较低。
图7是例示出根据本公开内容的示例性实施方案的使用不同百分比的添加剂Super-P的各种阳极浆料制剂的放电容量性能的绘图。图7中所示的条形图比较了对应于四个不同组的阳极的放电容量：第11组(G11，以黑色示出)、第12组(G12，以红色示出)、第13组(G13，以绿色示出)和第14组(G14，以蓝色示出)。
就此而言，在图7中所示的条形图中捕获的数据证明改变碳添加剂Super-P的浓度(表示为源自形成的阳极中的添加剂的碳含量)的影响。如此，所有组的硅含量保持恒定(例如，热解后重量含量的90％)，此外，将组中的一个(例如，第11组，(G11，以黑色示出))用作参考组——即，表示使用不含添加剂的浆料形成的阳极。因此，形成的阳极的剩余非硅含量(例如，热解后重量含量的10％)假定是来自浆料中使用的基于碳的聚合物的碳。第12组(G12，以红色示出)表示使用具有碳添加剂的浆料形成的阳极，产生2％的热解后重量含量的碳，剩余的非硅含量(例如，8％)是来自浆料中使用的基于碳的聚合物的碳。第13组(G13，以绿色示出)表示使用具有碳添加剂的浆料形成的阳极，产生4％的热解后重量含量的碳，剩余的非硅含量(例如，6％)是来自浆料中使用的基于碳的聚合物的碳。第14组(G14，以蓝色示出)表示使用具有碳添加剂的浆料形成的阳极，产生6％的热解后重量含量的碳，剩余的非硅含量(例如，4％)是来自浆料中使用的基于碳的聚合物的碳。
如图7的条形图所示，使用2％的Super-P作为碳添加剂改善了容量保持率，但进一步的添加导致了更差的容量保持率。
图8是例示出根据本公开内容的示例性实施方案的使用不同百分比的添加剂Super-P的各种阳极浆料制剂的放电容量性能的绘图。图8中所示的条形图比较了对应于两个不同组的阳极的放电容量：第11组(G11，以黑色示出)和第12组(G12，以红色示出)。
就此而言，在图8中所示的条形图中捕获的数据证明使用碳添加剂Super-P(表示为源自形成的阳极中的添加剂的碳含量)的影响。如此，所有组的硅含量保持恒定(例如，热解后重量含量的90％)，此外，将组中的一个(例如，图8中的第11组或G11)用作参考组——即，表示使用不含添加剂的浆料形成的阳极。因此，形成的阳极的剩余非硅含量(例如，热解后重量含量的10％)假定是来自浆料中使用的基于碳的聚合物的碳。第12组(或图8中的G12)表示使用具有碳添加剂的浆料形成的阳极，产生2％的热解后重量含量的碳，剩余的非硅含量(例如，8％)是来自浆料中使用的基于碳的聚合物的碳。
如图8的图表所示，使用2％的Super-P作为碳添加剂改善了容量保持率。
图9是例示出根据本公开内容的示例性实施方案的使用不同百分比的添加剂Super-P的各种阳极浆料制剂的放电容量性能的绘图。图9中所示的条形图比较了对应于四个不同组的阳极的放电容量：第11组(G11，以黑色示出)、第12组(G12，以红色示出)、第13组(G13，以绿色示出)和第14组(G14，以蓝色示出)。
就此而言，在图9中所示的条形图中捕获的数据证明改变碳添加剂Super-P的浓度(表示为源自形成的阳极中的添加剂的碳含量)的影响。如此，所有组的硅含量保持恒定(例如，热解后重量含量的90％)，此外，将组中的一个(例如，图9中的第11组或G11)用作参考组——即，表示使用不含添加剂的浆料形成的阳极。因此，形成的阳极的剩余非硅含量(例如，热解后重量含量的10％)假定是来自浆料中使用的基于碳的聚合物的碳。第12组(或图9中的G12)表示使用具有碳添加剂的浆料形成的阳极，产生2％的热解后重量含量的碳，剩余的非硅含量(例如，8％)是来自浆料中使用的基于碳的聚合物的碳。第13组(或图9中的G13)表示使用具有碳添加剂的浆料形成的阳极，产生4％的热解后重量含量的碳，剩余的非硅含量(例如，6％)是来自浆料中使用的基于碳的聚合物的碳。第14组(或图9中的G14)表示使用具有碳添加剂的浆料形成的阳极，产生6％的热解后重量含量的碳，剩余的非硅含量(例如，4％)是来自浆料中使用的基于碳的聚合物的碳。
如图9的条形图所示，使用Super-P作为碳添加剂导致了容量保持率的改善，而浓度与容量保持率之间没有明显的趋势相关性。
图10是例示出根据本公开内容的示例性实施方案的各种阳极浆料制剂的循环寿命性能的绘图。图10中示出的是在4C充电至4.2V并且0.5C放电至3.1V(4C(4.2V)/0.5C(3.1V))测试条件下测量的循环寿命的图表。具有5％的较高的ECP碳含量和10％的较多的C/PAI含量以覆盖ECP碳的大表面积，第21组(黑色的G21)的循环保持率与第7组(红色的G7)的一样好，所述第7组是在较高温度(例如，在1175℃)下热解后通过层压制备的基于膜的层压阳极。
根据本公开内容，用于直接涂覆阳极的示例性组合物包含硅占主导的阳极活性材料、基于碳的粘结剂和基于碳的添加剂，所述组合物被配置用于低温热解。低温热解可以在<850℃下进行。
根据本公开内容的示例性方法包括混合用于直接涂覆阳极的组合物，其中所述组合物包含：硅占主导的阳极活性材料；基于碳的粘结剂；以及基于碳的添加剂，所述组合物被配置用于低温热解。低温热解在<850℃下进行。阳极可以使用组合物在集流器上的直接涂覆工艺形成。
在示例性实施方式中，阳极活性材料产生构成热解后所形成的阳极的至多95％重量的硅。
在示例性实施方式中，阳极活性材料产生构成热解后所形成的阳极的至少90％重量的硅。
在示例性实施方式中，基于碳的粘结剂产生构成热解后所形成的阳极的4％至10％重量的碳。
在示例性实施方式中，基于碳的添加剂产生构成热解后所形成的阳极的2％至6％重量的碳。
在示例性实施方式中，基于碳的添加剂包括ECP、ECP600、Super-P和SLP中的至少一种。
在示例性实施方式中，基于碳的添加剂包括表面积>65m2/g的碳颗粒。
在示例性实施方式中，阳极活性材料包括聚酰胺-酰亚胺(PAI)和聚丙烯酸(PAA)中的至少一种。
如本文所用，“和/或”意指列表中由“和/或”连接的任何一个或多个项目。作为实例，“x和/或y”意指三个要素集合{(x),(y),(x,y)}中的任何要素。换而言之，“x和/或y”意指“x和y中的一个或两个”。作为另一个实例，“x、y和/或z”意指七个要素集合{(x),(y),(z),(x,y),(x,z),(y,z),(x,y,z)}中的任何要素。换而言之，“x、y和/或z”意指“x、y和z中的一个或多个”。如本文所用，术语“示例性”意指用作非限制性实例、例子或示例。如本文所用，术语“例如(for example)”和“例如(e.g.)”引出一个或多个非限制性实例、例子或示例的列表。
如本文所用，每设备包括执行功能所必需的硬件和代码(如果需要的话)时设备“被配置”为执行该功能，而不管该功能的执行是否被禁用或未启用(例如，通过用户可配置的设置、工厂修整等)。
本发明的其它实施方案可以提供其上存储有具有可由机器和/或计算机执行的至少一个代码段的机器代码和/或计算机程序的非暂时性计算机可读介质和/或存储介质，和/或非暂时性机器可读介质和/或存储介质，从而使机器和/或计算机执行如本文所述的方法。
因此，根据本发明的各种实施方案可以实现成硬件、软件或硬件和软件的组合。本发明可以以集中的方式实现在至少一个计算系统中，或者以其中不同的元件分布在几个互连的计算系统中的分布的方式实现。适于执行本文所述的方法的任何类型的计算系统或其它设备均是合适的。硬件和软件的典型组合可以是具有程序或其它代码的通用计算系统，所述程序或其它代码在被加载和执行时控制计算系统，使得其实施本文所述的方法。另一个典型的实现方式可以包括专用集成电路或芯片。
根据本发明的各种实施方案也可以被嵌入到计算机程序产品中，所述计算机程序产品包括能够实现本文所述的方法的所有特征，并且当被加载到计算机系统中时能够实施这些方法。本文中的计算机程序意指旨在引起具有信息处理能力的系统直接或在以下任一项或两项之后执行特定功能的任何语言、代码或符号的一组指令的任何表达：a)转换成另一种语言、代码或符号；b)以不同的材料形式再现。
尽管已经参考某些实施方案描述了本发明，但本领域技术人员应理解，在不背离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以替换等同物。此外，在不背离本发明的范围的情况下，可以进行许多修改以使特定的情况或材料适应本发明的教导。因此，本发明不旨在局限于公开的具体实施方案，而是本发明将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施方案。

Claims (19)

1.用于直接涂覆阳极的组合物，所述组合物包含：
硅占主导的阳极活性材料；
基于碳的粘结剂；以及
基于碳的添加剂；
其中所述组合物被配置用于低温热解。
2.如权利要求1所述的组合物，其中所述低温热解在<850℃下进行。
3.如权利要求1所述的组合物，其中所述阳极活性材料产生构成热解后形成的阳极的至多95％重量的硅。
4.如权利要求1所述的组合物，其中所述阳极活性材料产生构成热解后形成的阳极的至少90％重量的硅。
5.如权利要求1所述的组合物，其中所述基于碳的粘结剂产生构成热解后形成的阳极的4％至10％重量的碳。
6.如权利要求1所述的组合物，其中所述基于碳的添加剂产生构成热解后形成的阳极的2％至6％重量的碳。
7.如权利要求1所述的组合物，其中所述基于碳的添加剂包括ECP、ECP600、Super-P和SLP中的至少一种。
8.如权利要求1所述的组合物，其中所述基于碳的添加剂包括表面积>65m2/g的碳颗粒。
9.如权利要求1所述的组合物，其中所述阳极活性材料包括聚酰胺-酰亚胺(PAI)和聚丙烯酸(PAA)中的至少一种。
10.方法，所述方法包括：
混合用于直接涂覆阳极的组合物，所述组合物包含：硅占主导的阳极活性材料；基于碳的粘结剂；和基于碳的添加剂，
其中所述组合物被配置用于低温热解。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述低温热解在<850℃下进行。
12.如权利要求10所述的方法，包括使用所述组合物在集流器上的直接涂覆工艺形成阳极。
13.如权利要求11所述的方法，其中所述阳极活性材料产生构成形成的阳极的至多95％重量的硅。
14.如权利要求11所述的方法，其中所述阳极活性材料产生构成形成的阳极的至少90％重量的硅。
15.如权利要求11所述的方法，其中所述基于碳的粘结剂产生构成形成的阳极的4％至10％重量的碳。
16.如权利要求11所述的方法，其中所述基于碳的添加剂产生构成形成的阳极的2％至6％重量的碳。
17.如权利要求10所述的方法，其中所述基于碳的添加剂包括ECP、ECP600、Super-P和SLP中的至少一种。
18.如权利要求10所述的方法，其中所述基于碳的添加剂包括表面积>65m2/g的碳颗粒。
19.如权利要求10所述的方法，其中所述阳极活性材料包括聚酰胺-酰亚胺(PAI)和聚丙烯酸(PAA)中的至少一种。
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