TW201106523A - Battery electrodes and methods of manufacture related applications - Google Patents

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TW201106523A
TW201106523A TW099120445A TW99120445A TW201106523A TW 201106523 A TW201106523 A TW 201106523A TW 099120445 A TW099120445 A TW 099120445A TW 99120445 A TW99120445 A TW 99120445A TW 201106523 A TW201106523 A TW 201106523A
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electrochemical cell
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electroactive material
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TW099120445A
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Yet-Ming Chiang
Shen J Dillon
Richard K Holman
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A123 Systems Inc
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Description

201106523 35007pif 六、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於電池電極、其所使用的材料、用於電 化電池(electrochemical cell)(特別是電池)的電極和組 成(subassembly)以及其製造方法,以及使用此電極的電 化電池以及其製造方法。 【先前技術】 電池電極(特別是可充電鐘電池(rechargeable mhium battery ))的設計和製造中的傳統應用都涉及基於粉末 (powder )的電極的製造,其+電化活性材π料 (electrochemically active material )是離子儲存化合物 (ion-storage compound),但其中也存在大量的導電添加 劑(conductive additive ),特別是高表面面積的碳,以及有 機(高分子(polymeric))黏合劑(binder)。此外,存在 用於液態電解液(electrolyte)灌入的開孔隙度(叩如 porosity)以有利於通過電極的離子傳送。 典型的碳添加劑以及黏合劑具有低的材料密度,例如 添加劑的材料密度小於2.2 g/cm3以及黏合劑的材料密度 小於1.5 g/cm3,且佔有大的電極體積分率(v〇lu= fraction)。從而,使用導電的添加劑和/或黏合劑降低了電 極中的儲存材料的體積和質量分率以及降低了所產生的電 池的能量密度。 此外’藉由懸浮(suspend)和/或溶解(dissolve)包 括活性材料粉末、導電添加劑以及黏合劑的所述成分 201106523 35007pif (constituent)到溶劑(solvent)中’塗佈(coat)產生的懸 浮液(suspension )到金屬電流收集器(metallic current collector)上,乾燥(dry)所述重層,以及在其用於構成 繞線或者堆疊類型(wound or stacked type )的電池之前壓 製(Press)或者編排(calendar)所述電極,來典型地製造 電極。這些步驟中的每一個所需要的時間,特別是移除溶 劑期間的乾燥步驟的所需要的時間,限制了用於電極的整 個製造。 【發明内容】 本發明Φς:供了探究不同於傳統的導電添加劑以及溶劑 的電池電極及其製造方法。某些實施例提供了相較于使用 傳統的導電添加劑以及溶劑的電池具有改良的能量 及較低的製造時間的電池。 根據本發明的觀點,本發明提供了一種用於電化電池 的電極。此電極包括顆粒狀的電活性材料(particulate electroactive material)以及顆粒狀的可鍛金屬(叩出⑶丨批 malleable metai),此顆粒狀的可鍛金屬在胃&φ 活性材料所經歷的電壓的範圍是電化穩定的。在一些實施 例中,至少部分的金屬顆粒(metal particle)在電^二材 料顆粒之間形成導電接觸。在一些實施例中,電極實質上 沒有(free of)其它的導電添加劑以及有機黏合劑 (binder)。 體積百分比大 在一些實施例中,電極的電活性材料的 於或者等於約65%。 201106523 35007pif 在一些實知例中,電極的開孔隙度(〇pen p〇r〇sity ) 的百分比大於或者等於約10〇/Q。 在另一些實施例中,電極的電活性材料具有至少一個 顆粒尺寸分佈(distribution:^在一些實施例中,電活性材 料的顆粒尺寸的(中位數(median))的範圍從約〇丨 至約50 μιη。在另一些實施例中,D5〇的範圍從約〇 5 μιη 至約20μιη。在另一些實施例中,D5〇的範圍從約1μιη至 約 10 μιη。 在一些實施例中,電極的顆粒狀的電活性材料具有雙 峰(bi-modal)或者多峰(multi_m〇dal)顆粒尺寸分佈。 在實施例中,電極為正電極(p〇sitive eiectr〇(je )。 在一些實施例中,正的電活性材料為Lic〇〇2。在一些實施 例中’金屬為i呂(aluminum )。在一些實施例中,金屬為 鈦(titanium )。在另一些實施例中,金屬為鉑(platinum )。 在另一些實施例中,電極為負電極(negative electrode)。在一些實施例令,電活性材料為石墨 (graphite)。在一些實施例中,金屬為鋁、銅(c〇pper) 或者錄(nickel)。 在另一些實施例中,電活性材料對金屬的比例是從約 99.9.0.1至約75:25。在另一些實施例中,電活性材料對金 屬的比例是從約99.5:0.5至約80:20。在另一些實施例中, 電活性材料對金屬的比例是從約99:1至約85:15。在另一 些實施例中,電活性材料對金屬的比例是從約99:1至約 90:10。在另—些實施财’電活性材制金屬的比例是從 6 201106523 約99:1至約95:5。 一種電化電池。此電
此第一顆粒狀的可鍛金屬在使用期間對於第一電活性材料 所經歷的電壓的範圍是電化穩定的。在_些實施例中,至 根據本發明的另一觀點,提供了 — 池包括第一電極、第二電極以及電解液 電活性材料顆粒之間形成導 一電極實質上沒有(free of) 少部分的第一金屬顆粒在第一電 電接觸。在一些實施例中,第一 其它的導電添加劑以及有機黏合劑。 在一些實施例中’第一電極為正電極。在另一些實施 例中,第一電極為負電極。在另一些實施例中,第二電極 為正電極。在另一些實施例中,第二電極為負電極。 根據本發明的另一觀點’提供了一種製造電化電池的 電極的方法。此方法包括: 提供包括顆粒狀的電活性材料的第一組成; 提供包括顆粒狀的可鍛金屬的第二組成; 結合此第一組成以及此第'一組成來形成乾燥的電極組 合物(composition);以及 施加壓縮力(compressive force)給乾燥的電極組合物 以形成電極。在至少一些實施例中’乾燥的電極實質上沒 有其它的導電添加物、有機黏合劑以及溶劑。 在一些實施例中’第一組成為粉末,以及此方法還包 括研磨(mill)包括電活性材料的第一組成的至少一部分。 在另一些實施例中,第二組成為粉末,而結合第一組 201106523 35007pif mix 成以及第二組成的方式包括混合( 在另一些實施例中,當乾燥的電極組合物被 候,壓縮力被施加到此乾燥的電極組合物。在另時 例中,當乾燥的電極組合物被加熱到低於燒結些實施 組合物 在另一些實施例中,在室溫下, 的電極組合物。 顆粒所需要的溫度的辆,_力被絲觀乾Hi此 组会"拍7。 、、電極 燥 壓縮力被施加到乾 根據本發明的另-觀點,提供了一種電化電池 池包括正電極、負電極以及電解液,其中正 匕電 極中的每一個的製造包括: 負電 提供包括顆粒狀的電活性材料的第一組成; 提供包括顆粒狀的可鍛金屬的第二組成· ,合此第'喊以及此第二組絲形成乾燥的電 e物(c〇mP〇slti〇n) ’此乾燥的電極組合物實質上沒二 的導電添加物、有機黏合劑以及溶劑;以及 ’、匕 施加壓縮力給乾燥的電極組合物以形成電極。 除非有其他的定義,在此所採用的所有的技術的和科 子的術都具有本發明所述技術領域的普通技術人 曉的相_裝置。儘管減于或料效於在此所公開的實 施例的方法以及㈣能_於實施或麵試本發明, ,下來將财優選的方法以及材料。所有的出版物、專利 申請、專利以及其它纽所提_參考諸都完整結合於 本說明書巾。此外,㈣、方細及實施_健用於說 201106523 35007pif 明書本發明,並非用於限定本發明的保護範圍。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯 易懂,下文特舉較佳實施例,並配合所附圖式,作詳細說 明如下。 【實施方式】 下面將描述包括電活性材料以及可鍛金屬的電極。此 金屬在使用期間對於此活性材料所經歷的電位的範圍是電 化穩定的。在一些實施例中,電極實質上沒有(free 其它的導電添加劑(除了可鍛金屬之外)以及有機黏合劑 (binder)。也描述了關於製造電極的乾方法(無溶^ (solventless))。在一些實施例中,在此所描述的電極提供 了低體積为率的不活性材料(inactive material),使得電^ 具有改善的能量密度。 在至少一些實施例中,沒有使用如圖1A所繪示的習 知的電極中的低密度導電添加劑(諸如,碳)以及有機黏 合劑,藉由使用單成分材料_具延性(ductile)、可鍛金屬 來結合上述兩個的功能,此具延性、可鍛金屬可以被選擇 為在電極的操作電位(〇perating 上是電化穩定 的。^各種實施例中,相較于傳統的已結合的添加劑的電 極丄單個❹功能的材料在每單位質#以及體積能夠提供 更兩的電子傳‘性(electr〇nic c〇nductivity)。 根據一些實施例的包含在電極中的可鍛金屬被選擇為 可鍛以及電性導電的。可鍛金屬也被選擇為在電極的操作 電位上是穩定的以及電化穩定的,這意味著在電池的操作 201106523 35007pif 條件下,金屬將不會與電極或者電池的其它成分進行電化 反應和/或化學反應。適當的可鍛金屬的非限制的實例包括 銅、結、鈦、鎳以及不錄鋼(stainless steel)。 圖1B是根據本發明的一個或者多個實施例的金屬黏 合電極(metal-bondedelectrode) 100的橫截面的示意圖。 合成(composite)電極包括基板11〇,諸如箔(f〇u)或者 格子(grid)’其用作電流收集器(current collector )。電流 收集器典型地是在電極的操作電壓下是電化不活性的薄金 屬板(thin metal sheet)。電極層12〇包括電活性材料的顆 粒130,其與延性金屬黏合劑(ductile metd binde〇的顆 粒140穿插。電極層也包括空隙空間(v〇idspace) 15〇或 者孔隙度。孔隙度可以是開放的,如空隙155所示,也可 以是閉合的,如空隙160所示。金屬黏合劑是電性導電的 以及可彎的(pUabie)或者可鍛的,從而其能夠用作潤滑 劑Uubricam)。可鍛性是指金屬在機械應力(職㈣㈤ 下㈣(defbnn)的能力;這通常是當遭受壓縮的 時候金屬賴電活性麵的外料㈣ 表現的特性。在-些實施例中,金屬點合劑能夠== 性顆粒的外部表面或者其能夠在_的電活性顆粒 成橋。在這兩個實施例中,金翻作產生電活性顆^ ’這改善了電極的整個導電性二 屬也可以用作黏合電活性顆粒以及 金 (phyS1cal -tegnty)» 合功能的時候,;F活性材料㈣ 77 &供導電以及黏 ™用的整個_能夠被降低 201106523 35007pif 而活性材料的體積分率會掩4 些實施例中,在此所描述=揣令人驚奇的是,在至少-於包括較低的體積百分比的令的整個孔隙度等於或者大 度。為了比較,® 1A綠示料的傳統的電極的孔隙 活性材料齡(194)、諸如I電流收集器(190)、電 孔隙(P〇re)(193)、導電‘了的導電添加劑(叫、 (192)的傳統的電極。%顆粒(191 )以及黏合劑 在一些實施例中,蕤山 功能可锻金屬在所產生二===可鍛金屬’此多 於多個單個添加劑(例如 ^中7占用的體積小 比大於傳統的_子電': = = 子材料的體積百分 能夠提供3二=根據本發明的-觸 性材具有高百分比的電活 比大於約60%,大於或等^極中的活性材料的體積百分 或者大於或等料8ϊί約65%,大於或等於約75%, 高分子比之下’由於包含諸如碳以及 多約“ 傳統的電極典型地僅僅具有最 多約爪60%密^)對於“高密度,,的傳統電極具有最 具有相例中’相較于傳統的電極,本發明的電極 二ph ^的或者更大數量的開孔隙度,電解液能夠流入到 汗隙度中。在各種實施例中,藉由水銀孔隙計剛試 11 201106523 35007pif (memiryP〇rosimetrytest)所測量,在此所描述的電極中 的開孔隙度的百分比大於5%,大於1〇%,大於15% , 大於25%,大於35%或者大於45%。在此所使用的“開 孔隙度’’表示,電極層中的孔隙(㈣)或者空隙(v〇id), 其對於外㈣積是“打_,’或者可存取的。開絲度能夠 被液態電解液或者其它液體滲透。從而,在一些實施例中, 由於電極的高百分比的電活性材料以及孔隙度,包括在此 所揭露的電極的電池以及電池系統具有較高的比能 C specific energy )以及能量密度。 用於製備在此所描制電極的電活性材料可以 末:2製備的電活性材料。電活性材料能多_ Π有,的顆粒尺寸以形成理想的顆粒封 :。顆^寸上可以變化。作為非限定的示 : 在-個或者多個實施财,難尺寸可以從約3Qn μΓΠ。在-些實施例中,電活性材料的顆粒尺寸的d ^ 位數(median))的範圍從約1〇〇聰至約$ 5〇 (1 ,實施例中,、的範圍從約5G nm至約2q _。在ft 實施例中,Dso的範圍從約丨 至 ^ 二 f技術領域中具有通常知識者所知曉的二 粒尺寸的分佈’ ^此綠例如可吨括光散^ =enng讀。d)。在—些實施财,顆粒可以(= 可以使用多於一個尺寸範圍的顆粒洛另外 峰分佈。沒有限定於任何特定的理論,不同 12 201106523 35007pif 顆粒^寸分佈也可簡於使得雜更牢靠地封裝,從而導 致更南密度的電極。例如,藉由乾球研磨(ball-milling) 或者噴射研磨(jet-milling)電活性粉末,可以產生不同的 顆粒尺寸。 用於鐘X作離子況下的貞電極的*例的電活性材料 包括石墨(graphitic)或非石墨(n〇n_graphitic)碳,非結 晶碳(amorphous carb0n ),硬的或無序碳(hard 〇r dis〇rdered carbon),或者中間相碳微珠(mes〇carb〇n micr〇bead);石 墨硼-碳合金(graphitic boron-carbon alloy);非鐘化金屬 Unlithiated metal)或者金屬合金,諸如包括Ag、a卜 Au、B、Ga、Ge、In、Sb、Sn、Si 或 Zn 中的一個或者多 個的金屬’或者包括諸如LiAl、Li9Al4、Li3Al、LiZn、LiAg、
Li10Ag3、Li5B4、Li7B6、Li12Si7、Li21Si8、Li13Si4、Li21Si5、 Li5Sn2、Li13Sn5、Li7Sn2、Li22Sn5、Li2Sb、Li3Sb、LiBi 或LisBi之類的化合物的鋰化金屬或金屬合金,或者鋰化 或非鐘化組合物的非結晶金屬合金β 用於鋰系統中的正電極的示例的電活性材料包括有序 岩鹽化合物(ordered rocksalt compounds ) LLA/〇2 的一般族 群,其包括具有a-NaFe02的化合物(稱為“分層化合物 (layered compound ) ’’)或者斜方-LiMn02結構類型 (orthorhombic-LiMn02 structure type )的化合物或者它們 的不同的晶體對稱性(crystal symmetry )、原子次序(atomic ordering )或部分由金屬或氧替代的衍生物(derivative )。 於包括至少一個第一列過渡金屬(first-row transition Γ c 13 201106523 35007pif metal),但是也可以包括非過渡金屬,包括但不限於A1、 Ca、Mg或者Zr。這些化合物的實例包括LiCo02、摻雜有
Mg 的 LiCo02、LiNi02、Li(Ni,Co, Al)〇2 (稱為“NCA”)、 Li(Ni, Mn,Co)02 (稱為 “NMC”)以及 Li2Mn03-LiM02 固 溶體(solid solution)或奈米尺度(nanoscale)組合物,其 中M包括Mg、V、Ti、Co、Ni、Μη和Fe中的一個或者 多個。示例的電活性材料的其它族群包括尖晶石結構 (spinel structure)的化合物,諸如LiMri2〇4及其衍生物, 稱為“分層-尖晶石奈米組合物(layered-spinel nanocomposite) ”,其中該結構包括具有有序的岩鹽以及 尖晶石次序的奈米級區域(nanoscopic region )、撖欖石 (olivine) LiA/P04及其衍生物(其中Μ包括Μη、Fe、Co 或者Ni中的一個或者多個)、諸如LiVPC^F之類的部分氣 彳匕的4匕合物(partially fluorinated compound)'如下描述的 其它的“聚陰離子(polyanion) ”化合物以及包括v2〇5和 V6〇ii 的氧化飢(vanadium oxide)。 在一個或者多個實施例中’活性材料包括過渡金屬聚 陰離子化合物,例如如美國專利案第7338734號所述。在 一個或者多個實施例中,活性材料包括鹼金屬過渡金屬氧 彳b 物(alkali metal transition metal oxide )或者麟酸睡 (phosphate)。例如,在一些實施例中,化合物包括組合 物 A/MSJVTaWXDA,A/MS-JVTayDXDA 或者 ,而X,y,z和a具有這樣的數值:χ, 加上y(l-a)倍的Μ’的正式價(formal valence)或化合價, 201106523 35007pif 加上ya倍的]v[〃的正式價(formal valence)或化合價所得 到的數值’等於2倍的:^^^又2;^或者DXD4族群的正式 價所的到的數值;或者化合物包括組合物 (Ai-aM"a)xM’y(XD4)z 、(A“aM"a)x]Vry(DXD4)z 或者 (AiJVTaXM'/XPA,而X,y, z和a具有這樣的數值: (1 a)x加上數值狀倍的μ"的正式價(f〇rmai㈣如^) 或化5仏,加上y倍的μ’的正式價(f〇rmai va!ence)或化 合價所得到賴值等於z倍的Xd4、灿7或DXE>4族群的 ^式價所的制餘。在職化合财,A紐金屬以及 氫中的至少-個,M’是第-列過渡金屬,χ是磷、硫、石申、 _和鶴中的至少-個’ Μ"是族群IIA、mA、IVA、VA、 观、VIIA、VIIIA、IB、„B、聰、_、VB 和金
屬中的任何-個’D是氧、氮、碳或者鹵素中的至少一個。 在-些實_中’正的電活性材料是撖欖石 L:〇4,其中 Μ是 V、Cr、Mn、Fe、c_NitfM ;Τ:其:化合物在U M或者0的位置隨意地被摻 ^ ^足藉由添加金屬或者非金—d) /二,i的不足藉由添加_素來補償。在一些實 施例中,正的活性材料包括熱穩定的、過渡金胖雜的裡 ^ iithmm -nsiti〇n metai phosphate),其具有撖欖石結 (Ι^_χΖχ)ΜΡ〇4,其中M是v、c 夂八有化予式 的一個或者多個,以及z是非驗金屬C〇和Nl中
Nb、A1或Mg中的-個或者多劑’諸如Ti 'ΖΓ、 飞者夕個,Χ的範圍從0.005至0.05。 201106523 35007pif 在其它的實施例中,經過渡金屬填酸鹽材料具有 總組成(overall composition),其中 μ 包 括從由Ti,V,Cr,Mn,Fe, Co和:Ni所組成的族群中所選擇 出的至少一個第一列過渡金屬,其中X從〇到1,以及z 可以是正的或者負的。在一些實施例中,Μ包括Fe,而z 在約0.15以及_〇.15之間。在一些實施例中,材料可以表 現為0<x<0.15的組成範圍(composition range)的固溶體, 或者材料可以表現為X在0到至少約〇.〇5之間的組成範圍 的穩定的固溶體,或者材料可以表現為在室溫(22_25 下’X在0到至少約0.07之間的組成範圍的穩定的固溶體。 在一些實施例中,材料也可以表現為鋰-貧乏情況下 (lithium-poor regim)的固溶體,例如,其中χ > 〇 8戋 者 X 2 0.9,或者 X $ 〇·95 〇 在一些實施例中,電極材料包括金屬鹽(metal salt), 其藉由經過置換反應(displacement reaction)或者轉換反 應(conversion reaction)來儲存鹼離子(alkalii〇n)e 這些 化合物的實例包括典型地用作鋰電池中的負電極的金屬^ 化物’諸如CoO、C〇3〇4、NiO、Cu0和Mn〇,其是根據 這樣的反應來進行的,Li經過置換或者轉換反應以形成更 低的氧化物形式的或者金屬形式的Li"以及金屬成分的 混合物。其它的實施例包括金屬氟化物,諸如cuF2、FeF2、 FeF3、BiF3、C〇F2> NiF2,其經過置換以及轉換反應來形 成LiF以及已減少的金屬成分。這些氟化物用作在鋰電池 中的正電極。在其它的實施例中,電極材料包括一氣化碳 201106523 35007pif 中(,經或者其衍生物。在其它的實施例 尺+ A inn 者轉換反應的材料是顆粒形狀的,其平均 尺寸為100奈米或者更小。在一 者轉換反應的材料包括.、4上::例中,經過置換或 2括但不限於導電的或者相對延性的化合物, • Λ/戈者金屬,或者金屬硫化物(酬al sulphide)。 來製二:些::例’藉由結合電活性材料以及可鍛材料 這樣製備’正電極以及負電極中的 >5 Jilt刮目包括可锻金屬,料是附加的導電添加劑以 命芦2 °作為非限定的實施例,在具有2.5_5 V的操作 j的鐘可充電電池中’紹可以用作正電極中的多功能添 力^ ’而銅可以用作負電極中的多功能添加劑,或者如果 f電極活崎料具有姆独金制f位大㈣1V,則紹 可以用作負電極的電流收集器,從而避免負的電流收集器 的電化學腐蝕(electrochemical corrosion )。 且在個或者多個實施例中,金屬是顆粒形式的,例如, ,有從約0.1 μιη至約3〇 μιη的範圍的Da顆粒尺寸數 ,。在—些實施例中,金屬具有從約 0.5 μιη 至約 20 的 圍的E>5◦顆粒尺寸數值。在一些實施例中,金屬具有從 約1 μιη至約⑺从瓜的範圍的d5〇顆粒尺寸數值。 在一些實施例中’藉由制程可以製造包括可鍛金屬的 電極’在此制程中’可鍛金屬以細微的粉末添加,而(藉 由手動’例如使用研砵(mortar)以及杵(pestle),或者 藉由機械)與電活性粉末混合。 17 201106523 35007pif 根據本發明的一些實施例,藉由乾壓方法(dry compaction method)來固化(c〇ns〇Udate)電極’此乾壓 方法諸如壓模成形法(die pressing)、軋親(r〇lling)或者 排程(calendaring) ’包括稱為軋輥_壓緊的製程。在一些 貝鈿例中,壓緊包括應用約1〇 kpsi壓力至約2〇〇 kpsi壓 力。當施加更大的壓力的時候,電極的顆粒更加緊緊地封 裝在一起。產生理想的密度以及厚度的電極所需要的壓縮 力(compressive force)例如依賴於顆粒尺寸、尺寸範圍、 尺寸速率以及電活性材料和可鍛金屬的比例。壓縮力被施 加足夠的長以達到理想的厚度或者密度。在一些實施例 中,壓縮力被^加幾分鐘。在一些實施例中,在施加壓力 之後立即獲得理想的厚度或者密度。在一些實施例中,施 加壓縮力之後的電極具有約5〇 μιη至約5 mm的厚度。 在一個或者多個實施例中,在室溫下執行壓緊操作。 可以使用兩於室溫的溫度。然而,在至少一些實施例中, 沒有使用諸如用於燒結(sinter )的高溫(devated temperature)。從而’所產生的電極不同於藉由燒結或者藉 由加熱和擠製(extrusion)所產生的電極(例如,高分子 電極)。令人驚訝的是,藉由使用在此根據一些實施例的電 極組合物,藉由冷卻(在燒結溫度以下)壓製可以形成高 禮度的電極。 在一些實施例中’電極被製備為單個部分或者更大部 勿,其被切片為單個電極。在另一些實施例中,以薄板 (sheet)、平板(plate)、帶子(tape)、薄膜(film)形式, 201106523 35007pif 或者以接著被切片為各個電極的其它連續形式,在連續 過程中製備電極。在-些實施例中,電極具有均勾厚^的 横截面。在另一些實施例中,橫截面是非均勻的。在;2些 貝知例中,電極具有網狀的(reticulated )或者壓紋 (embossed)表面。在另—些實施例中,電極的表面被形 成為突出部分(protrusion)或者壓痕(indentati〇n)。這些 突出部分或者壓痕的形式可以是平行面或錐形^ (parallel-sided or tapered post )、山脊(ridge )、凹槽 (groove)或者其它三維特性的形狀。 曰 根據一些貫施例,相較于傳統的鋰離子電池電極,藉 由移除溶劑以及使用用於壓緊的環境壓力(ambient pressure)或者壓縮力,能夠以更低的成本以及更高的速度 來生產電極。也可以避免諸如傳統的電池製造方法中的乾 燥澆鑄溶劑(casting solvent)之類的附加步驟。 在此所揭露的電極可以整合到電化電池令,例如非水 電解液蓄電 >也(nonaqueous electrolyte secondary battery)。 典型的非水電解液蓄電池包括具有拉長的陰極(d〇ngated cathode)和拉長的陽極(el〇ngateci an〇de)的電池元件, 拉長的陰極和拉長的陽極被拉長的微孔分離器(d〇ngated microporous separator)來分離以及接著被堆疊在一起。典 型的堆豐電池如圖2 (重製於美國專利公開案第 2006/0240290號)所繪示。蓄電池2〇〇包括雙層陽極材料 210 ’其塗佈在陽極收集器(an〇dec〇1iect〇r) 211的兩個側 面上,分離器230 ’·以及雙層陰極材料220,其塗佈在陰極 201106523 35007pjf ! ir"odcoIlector) 221 豐。正電極/分離器/負電極的重複配置形成了、 Γ:〇=流收集器以及負電流收集器來黏合的多個單ΪΙ ϋ ^配置的外部兩個表面上的單侧面陰極225和226 == 吉構。藉由合適於陰極的正/負電流收集器來 ^早侧面陰極4疊配置的外部表面上
,佈在如圖2所示的一個側面上。整個堆疊配置:J 液(圖未㈣)。堆疊層的使用允許使用更厚的電極 :^得更大的能量容量’而沒有因繞線電池中的曲率半^ 所引起的限制。在典型的堆疊電池中 = 池24°。在-些實施例中,單個 =1電池240。在另-些實施例中’單個電池包含約 =5個單堆疊電池鳩。在另—些實補巾,單個電池包 3約625個單堆疊電池24〇。在一些實施例中,單個電 ^包含約18個單堆疊電池。在另—些實施例中,單個 電池包含約20個單堆疊電池24〇。在另一些實施例中,單 個電池包含約24個單堆疊電池24〇。 透過手動方式或者使用自動化的堆疊機器,來交替將 正电極層以及貞電極層堆疊於與電極層電性絕緣的分離層 以製造堆她置。_電解液來活化㈣電池結構。 典型地,使用非水電解液而非水電解液可以包括溶解 在非水溶劑中的適當的鋰鹽。電解液可以被灌入到將正電 極以及曰負電極分離的多孔分離器(p。画—她〇 no 中。大ΐ的非水有機溶劑被通常用作鋰-離子電池電解液的 20 201106523 35007pif 成分’例如,環狀碳酸醋(cyclic carbonate ester)的族群, 諸如碳酸乙烯(ethylene carbonate )、碳酸丙烯(pr〇pyiene carbonate )、碳酸丁烯(butylene carbonate )和其它氯化 (chlorinated)或氟化(fluorinated)衍生物;以及非環狀 二烧碳酸i旨(acyclic dialkyl carbonate ester)的族群,諸如 碳酸二甲 g旨(dimethyl carbonate )、碳酸二乙醋(diethyl carbonate )、碳酸甲基乙基(ethylmethyl carbonate )、碳酸 二丙基(dipropyl carbonate)、碳酸甲基丙基(methyl propyl carbonate )、碳酸乙基丙基(ethyl propyl carbonate)、碳酸 二丁基(dibutyl carbonate )、碳酸曱基丁基(butylmethyl carbonate)、碳酸乙基丁基(butylethyl carbonate)以及碳 酸丙基丁基(butylpropyl carbonate )。可以用作鐘-離子電 池電解液溶體的成分其它的非水溶劑包括γ- 丁内酯 (γ-butyrolactone )、二甲氧乙烧(dimethoxyethane )、四氫 口夫 °南(tetrahydrofuran )、2-甲基四氫0夫0南(2-methyl tetrahydrofuran)、1,3-二氧戊環(l,3,dioxolane)、4_ 曱基-1,3-二氧戊環(4-methyl-l,3-dioxolane )、二乙謎(diethyl ether )、環丁颯(sulfolane )、曱基環 丁石風(methylsulfolane )、 乙腈(acetonitrile )、丙酸腈(propiononitrile )、乙酸乙西旨 (ethyl acetate )、丙酸甲醋(methyl propionate )、丙酸乙醋 (ethyl propionate)等等。這些非水溶劑典型地用作多成 分混合物。 也可以使用固態或者凝膠(gel)電解液。只要材料可 以顯現鋰導電性,則電解液可以是無機固態電解液 21 201106523 35007pif (inorganic solid electrolyte ),例如 LiN 或 Lil,或者高分 子重量固態電解液,諸如凝膠(gel 示例的高分子重量 化合物包括多晶(環氧乙烷(ethylene oxide))、基於多晶 (曱基丙烯酸鹽(methacrylate))酯的化合物,或者基於丙 烯酸鹽的聚合物等等。 作為鋰鹽,可以使用 LiC104、LiPF6、LiBF4、LiS03、 LiN(S02CF3)2、LiN(S02CF2CF3)2 等中的至少一個化合物。 舉例而言,鋰鹽濃度(concentration)可以是0.5至1.5 Μ, 或者約1.3 Μ。 儘管在此所描述的鋰-離子電池的特定的實施例是有 關於堆疊的稜柱電池(stacked prismatic cell ),應當知曉的 是,這只是一個所繪示的實施例以及本發明並非限定於這 個電池結構。例如’也可以使用其它的形狀以及尺寸,諸 如圓柱(cylindrical)形狀、正方形(SqUare )、長方形(棱 柱)、硬幣形狀、鈕扣形狀等等。 實施例1 包括LiCo〇2以及鋁粉末的正電極
Seimi SeLion® LiCo〇2被用作陰極·活性材料。粉末在 其作為接收狀態(as-received state)中被使用,以及在乾 球研磨(ball-milling)或者噴射研磨(jet_milling)之後以 減小其顆粒尺寸。來自於Alfa Aesar®的細微的鋁粉末被用 作多功能可鍛金屬。藉由用手來使用研缽(m〇rtar)以及 杵(pestle )來混合組成乾燥粉末(c〇nstituent dry p0Wdei·) 10-20分鐘。在各種壓力下,粉末接著在半英寸鑄模(die) 22 201106523 35007pif 中被壓製。製備表1中所繪示的成分。 ~---- 表 1 數量(克) 成分 粉末2 ~0207~^-- 已噴射研磨的LiCo〇2 0.643 g 未研磨的LiCo〇2 0.150 g A1粉末3U微米 Powder 1 0.1 g A1粉末3-4.5微米 未研磨的LiCo〇2 Powder 3 0.281 g 已球研磨的LiCo02 0.569 g … 未研磨的LiCo〇2 0.081 g A1粉末3-4.5微米 表2繪示了藉由用於已壓製的小顆粒(peUet)的阿基 米德(Archimedes)方法而獲得的密度測量的結果。活性 材料(LlCo〇2)的體積百分比的範圍從68.3%至85%-在所 有情況下都大於傳統的電極。同時,開孔隙度的數量保持 足夠大。表2中的最後一欄(c〇iumn)表示,25〇 μιη厚度 的以及具有145 mAh/g比容量的陰極的每單位面積的容 量(藉由使用鋰半電池的電化測試來顯示)。顯而易見,這 些數值都比從粉末化學式所製備的傳統的LiC〇〇2電極的 每單位面積的容量大2到4倍。圖3A是樣本1的作為壓 製(as-pressed)電極的照片,以及圖3B是此電極的已拋 光(polish )的橫截面的光學顯微影像(0pticai micr〇sc〇pe image )的示意圖’其繪示銘相位(aiuminurn phase )(亮 對比(bright contrast ))、LiCo02 相位(灰(gay))以及開 孔隙度(暗對比(dark contrast))。 23 201106523 35007pif 樣 本 ID 鑄模 直徑 壓力 質量 (g). 乾燥 質量 (g), 浸濕 質量 (g), 濕的 樣本密 度 (g/cm3) 相對 密度 (%) 開孔 隙度 (%) 閉合 的孔 隙度 (%) 質量% LiCo02 髖積% LiCo02 250μτη mAh/cm2 1 0.5in 120001b 0.135 0.109 0.138 3.654 82.4 10.3 7.3 75 68.3 6.25 2A 0.5in 15000 lb 0.313 0.256 0.324 3.613 81.5 16.2 2.3 85 75.3 10.7 2B 0.5in 20000 lb 0.598 0.489 0.615 3.726 84.1 13,5 2.4 85 75.3 11.1 3A 0.5in 150001b 0.225 0.18 0.234 3.271 70.1 16.7 13.2 91.3 85 10.5 3B 0.5in 20000 lb 0.208 0.172 0.215 3.797 81.4 16.3 2.3 91.3 85 12.1 ---- .一 藉由拋光(polish)兩個側面至約25〇μιη厚度,以及 k每一侧面移除幾乎相同數量的材料,使用3〇 pm Sic磨 料(abrasive),以製備用以電化測試的樣本2A。薄化的小 顆粒被切片為更小的段’㈣於在實驗室中藉由採用傳 統的液態電解液以及微孔聚合分離器(CelgardTM 25〇〇)測 試“Swagelok”電池與鋰金屬負電極。製備兩個電池。採用 恒定的電流-恒定的電壓(constant current _⑶nstant VQltagA CCCV)協定來充電電池:在C/15至C/16的電流恒定速 率(galvanostaticrate)來充電至4.25V的較高電壓限制, 在此點,電壓被保持恒定以及監視電流直到其衰減到c/5〇 的數值。在各㈣流恒定速率下,已充電的電池被 2.5V。 圖4是樣本2B的第二充電-放電曲線的示意圖。注意 24 201106523 35007pif 地,148 mAh/g的充蕾办 的電極塗層具有離子電池中所使用的傳統 且在處理,候mtegnty) 圖5是圖4中沾帝仏, 一#π,電 也是使用樣本2B所製造的另 的固定雷、气c:、?十電流速率(C-rate)的示意、圖’其中充電 的固疋電/爪(CC)。!!分在c/15逮率。 如此大體積封裝密度的活性材料以及如此大厚度 二二統的電極的厚度的兩倍)的電極而言,隨著電流 、;< ^加兩個电池的結果顯示了優秀的容量能力。 實施例2 已熱處理的電極
在此貝例中,正電極如同實施例1 一樣製備正電 亟以及接著在氬氣中,在相對低的溫度35〇〇C
以及450°C 各別地熱處理1小時。如同實關丨-樣,接著^wagd〇k 類型的鐘半電池中測試電極。圖6A繪表示了在任何給定 的測試電流速率下,说。(:的熱處理增加了 LiCo02成分 的比容量。然而,由於在45〇〇c加熱(或者更高溫度加熱 ,似,時間’圖未•示)時,所以降低了容量降低了。無 可爭議,可以相信的是,鋁金屬,作為堅固的強氧化劑, 吏件LiCo〇2中的始變得更少’從而分解(dec〇mp〇se )或 者部分地分解陰極_活性材料。然而,在35〇c>C加熱1小時 下,改善了電極的固態相位之間的黏合,而不會藉由化學 25 201106523 35007pif 反應而顯著地降低。從而’由此看出,在太低的溫度下進 行熱處理對微結構變化不能有顯著的影響,諸如燒結,雖 然如此,但其能夠改善固態相位之間的黏合和/或藉由冷卻 工作的退火來改善金屬相位的延性(ductility),也能夠改 善電極的性能。圖6B表示了在350°C下熱處理過的電极 根據協定循環時LiCo〇2成分的比容量,其協定中鐘半電 池以C/20, C/10, C/5, C/2, 1C以及2C的速率表來連續循環 一週期,接著再依序重複。 、 實施例3 包含欽酸链尖晶石以及銘粉末的電極 如實施例1,但使用成份近似LUTisOn的鈦酸鋰尖晶 石(lithium titanate spinel) (LTO)粉末來製備電極。結果 表示在圖7A和7B以及表3中。LTO以及鋁的體積百分 比是 90%/10%、80%/20%以及 70%/30%,而電極在 76,000 psi下被壓製,從而產生理論密度48 6%,6〇 6%以及67 9% 的固態密度。對於在150 μιη厚度中製備的以及在實施例i 所描述的鐘半電池中所測試的電極的其中之一而言,第一 鐘***以及鋰萃取週期表示於圖7A。圖7B是LTO相位 (phase)的比容量對電流速率的示意圖,全部對於15〇 μπ1 厚度的電極而言。可見,對於具有7〇%體積百分比的1;1〇 和30 %體積百分比的鋁以及321%的孔隙度的實施例而 言’測量到了最大的容量。值得一提的是,Α1_15〇_8〇表示 具有Α1作為金屬黏合劑的15〇 μηι厚度的電極具有80% 體積百分比的電活性材料。相似地,Α1_150_70表示具有 26 201106523 35007pif A1作為金屬黏合劑的150 μιη厚度的電極具有70%體積 百分比的電活性材料。以及Α1-150-90表示具有Α1作為金 屬黏合劑的150 μιη厚度的電極具有90%體積百分比的電 活性材料。 表3 樣本 壓力 密度 90/10 76,000 PSI 48.6 80/20 76,000 PSI 60.6 70/30 76,000 PSI 67.9 實施例4 包括石墨以及銅粉末的負電極 在此實施例中,藉由使用自然的石墨粉末 (Alfa Aesar® (微晶等級(microcrystal grade ),APS 2-15 微米,99.9995%)) 以及銅粉末來製造負電極。表4表示 了一系列實驗的結果,其中銅與石墨以不同的相對比率被 混合以及壓製。 表4 樣本 壓力 密度 相對密度 100vol%-Cu 101,000 PSI 7.504 83.8 38vol%-Cu 101,000 PSI 5.57 78.7 26vol%-Cu 101,000 PSI 5.255 84.6 8vol%-Cu 101,000 PSI 3.088 78.6 6vol%-Cu 101,000 PSI 2.841 77.6
Γ C 27 201106523 35007pif ^圖8是樣本的其中之一的橫截面的光學顯微影像的示 忍圖。這些電極在實施例1所描述的鐘半電池中被測試。 圖9表示8%體積百分比的Cu、79%密度以及約100μιη厚 度的電極的第一電流恒定鋰***,伴隨開路(〇pen_circuit) (零電流(zero current))靜止(rest),伴隨電流恒定鋰萃 取。可見,此電極存在可逆(reversible)鐘儲存。 在此所使用的石墨不是“電池等級(batterygrade),,的 石墨。然而,從這個實施例可以知曉的是,藉由使用諸如
Osaka Gas Company’s MCMB 628 粉末或者
Conoco-Philips G8 or G5粉末之類的用於鐘電池的“電池 等級”石墨陽極以及細微的銅粉末,可以相似地製備以及使 用此類電極。石墨以及銅的體積分率可以相似於實施例i 中的LiCo〇2以及紹的體積分率,並以相似的方式,藉由 乾壓製可以製造這些電極。所產生的電極可以在鋰半電池 配置中被測試,例如使用鐘金屬作為負電極。 實施例5 使用LiCo〇2、LitTisOi2和石墨作為活性材料的蓄鐘離 子電池 先前的實施例中所描述的正電極以及負電極被一起使 用以製備鐘離子電池。圖1〇是一電池的第一電流恒定充電 以及放電曲線的示意圖,使用%,,直徑盤的76kpsi下壓製 81%密度的230微米A1-LCO(103.8 mg)以及76kpsi壓製 67%密度的280微米ai-lco (103.8 mg)來製備此電池。電 池的陰極容量相對於陽極容量大20% ^正如所預料的,所 28 201106523 35007pif 產生的電池顯示了約2.5的充電電壓。 在另一貫施例中,圖11表示了鋰離子電池的結果,藉 由使用76 kpsi壓製81%密度的23〇微米LC〇 —鋁(1〇5 作為正電極以及101 kpsi壓製下的78 6%密度的 銅-石墨(l〇5_2mg)作為負電極來製備此鋰離子電池。電池 的陰極容量相對於陽極容量大2〇%。圖UA表示了電池 ^ 一充電/放電週期的示意圖。_ i 1B表示了根據協定 里的LiCo〇2成分的比容量,其中電池以c/別速 ^週期,接著以C/10速率來循環4個週期,以及再依!重 實施例6 可變的鋁顆粒尺寸、壓力溫度以及壓力能夠 LCO-A1壓製電極設計中的黏合劑含量 在 經由,使用具有2倍顆粒尺寸(1_2um以及8 9u
以及2倍體積分率(5和10 %的體積百分比)的ai H 劑在室溫以及400。0:下壓製,來製備實施A1黏合劑的 陰極,最終的目的是使黏合劑的總含量減小至能夠比 的電極改良的能量密度(<〜15%)的程度。電極被製備以= 到具有20%孔隙度的340 μιη厚度(單個側面),而它= 速率能力(ratecapability)是鐘半電池的特性。最佳 、 材料結合表示在圖12中,其是400。(:壓力、5 %體 ,的A1黏合劑以及1-2 um A1顆粒尺寸的結合,其= 等於或優於包含更多的A1黏合劑(例如,25%體八犯 „ 、白 h 比) 29 201106523 35007pif 實施例7 使用固定的或化學式以及在固定的孔隙度下在一系列 溫度下製備的LCO-A1電極 使用實施例6的化學式(5%體積百分比的A1黏合劑, A1 D50顆粒尺寸=i_2 um),但是在一系列的溫度並伴隨 25_27%的孔隙度來製備一系列的LCO-A1壓製電極。樣本 的速率能力(rate capability)相對於鋰進行估測,其結果 表示在圖13中。在345。(:的設定點(setpoint)所壓製的
樣本相似於實施例6中的400°C的樣本,然而,在4550C 所壓製的樣本在速率能力(rate capability)獲得了明顯的 改善。 任何所屬技術領域中具有通常知識者將明確地知曉, 在此所描述的所有的參數以及配置僅僅是實施例,實際的 參數以及配置將根據所使用的本發明的系統以及方法的具 =應用來確定。任何所屬技術領域+具有通#知識者將知 ,或者確定,在輯描述的本發_具體的實施例存在可 僅式。從而,應#知道的是,前面所提到的實施例 1 ,本發明之賴朗當視_之申請專利 為準,本發明的應用範圍很明顯大於在此所 ==實施Τ因此’任何所屬技術領域中具有通常 :”,實施例中所使用的電化裝 :果此說明Γ個特性、系統或者方法。此和 以任二rf 法候相互不_的話,則可 σ這些特性、系統或者方法中的兩個或者多個, 30 201106523 35007pif 這也是屬於本發明的保護範圍。雖麸太 •心徐甘、〜μ 囷雎…'本發明已以實施例揭 路如上,然其亚非用以限定本發明 且古mu + 又个知月任何所屬技術領域中 具有通吊㈣者’在不脫離本發明之精神和制内,當可 作些許之更賴_,故本發明之保魏圍當視後附之申 請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 以下附圖僅僅用於說明本發明,而不是用於 明的保護範圍。 圖1A是習知的電極的橫截面的示意圖。圖1B是包括 電活性顆粒以及金屬黏合劑的根據本發明的一些實施例的 金屬黏合電極(metal-bonded electrode )的橫截面的示意圖。 圖2是具有堆疊的電極的示例的鋰蓄電池(1池4瓜 secondary cell)的剖視圖(cr〇ss_secti〇nal 仏诃)。 圖3A是作為壓製條件(as-pressed condition)下的金 屬黏合電極(metal-bonded electrode)的示意圖,以及圖 3B是此電極的已拋光(p〇Hsh)的橫截面的光學顯微影像 (optical microscope image )的示意圖。 圖4是用於包括LiCo〇2以及鋁粉末的正電極的在 C/16.1速率下的第二充電_放電週期的示意圖。 圖5是用於具有包括LiCo〇2以及鋁粉末的正電極的 兩個電池的放電比容量(discharge specific capacity )對電 流速率的不意圖。 圖6A是在具有非水(nonaqUeous)液態電解液的鐘半 電池(half-cell)中所測試的具有25%的體積百分比的鋁的
31 201106523 350〇7pif 樣本的容量對電流速率的示意圖。所繪示的是在350。(:以 及450°c熱處理(heattreating) —小時之後以及在作為製 備(as-prepared)條件下所測試的樣本的結果。圖6B是根 擄電化週期的電極的LiCo〇2成分(comp〇nent)的比容量。 圖7A是用於在15〇 μπι厚度中製備的以及在實施例i 所描述的鋰半電池中所測試的電極的其中之一的第一鋰插 入(first lithium insertion )以及鋰萃取週期(lithium extraction CyCle)的示意圖。圖7B是所有用於15〇 μιη厚 度的電極的LTO相位(LTO phase)的比容量對電流速率 的示意圖。 圖8疋已壓製的銅-石墨負電極的光學顯微影像的示 意圖。 圖9是銅-石墨負電極在第一電流恒定的鋰***期間 的電士測試資料的示意圖’此第—電流恒定賴***期間 伴隨藉由開路(〇pen_cireUit)(零電流)靜止,伴隨藉由電 流恒定充電(galvan〇staticcharging)來進行。 是經·離子電池的第—充電_放電週期的示意圖, 此鐘-離子電池包括用作正電極活性材料的Lic〇〇2 (lc〇) 以及=貞電脑㈣料的鈦龜尖“(刪雅伽她 SP咖υατο)’!!由混合有紹來製備每—電極。 圖離子電池的第一充電-放電週期的示意 圖’此鐘-離子電池包括用作 (咖)以制作咖活= 料 材料的LiC〇02 來製備每-電極。® 11B ’料混合_ 疋以uco〇2成分的比容量作為 32 201106523 35007pif 猶環的電流速率的函數以及週期數量的示意圖。 圖丨2是具有可變的鋁顆粒尺寸以及壓製溫度的LCO 電極的速率能力(rate capability)的示意圖。 圖13是具有25-27%孔隙度的在一系列的溫度下壓製 的LCO-A1電極的速率能力(;ratecapability)的示意圖。 【主要構件符號說明】 190 :電流收集器 191 :導電添加劑 192 ·黏合劑 193 :孔隙 194 :電活性材料顆粒 100 :金屬黏合電極 110 :基板 120 :電極層 130 :電活性材料的顆粒 140 :延性金屬黏合劑的顆粒 150 :空隙空間 155、160 :空隙 200 :蓄電池 210:雙層陽極材料 211 :陽極收集器 220 :雙層陰極材料 221 :陰極收集器 230 :分離器 ί S] 33 201106523 35007pif 240 ··單電池 225、226 :單側面陰極 34

Claims (1)

  1. 201106523 35007pif 七、申請專利範圍: “ L 一種電極,用於電化電池,所述電極包括顆粒狀的 電活丨生材料以及包括顆粒狀的可鍛金屬的導電黏合劑,所 述顆粒狀的可鍛金屬在使用期間對於所述電活性材料所經 電翻朗是電化穩定的,其巾所述金屬顆粒中的至 少一部分在所述電活性材料顆粒的至少一部分之間形成了 導電接觸,以及其巾所述電極實質上沒有其它的導電添加 劑以及有機黏合劑。 2·如申請專利範圍第1項所述之電極,基本上由所述 顆粒狀的電活性材料以及所述齡狀的可鍛金屬組成。 3·如申請專利範圍第1項所述之電極,其中所述電極 的所述電活性材料的體積百分比大於約60%。 4. 如申請專利範圍第!項所述之電極,其中所述電極 的所it電’ff生材料的體積百分比大於或者等於約65%。 5. 如申請專利範圍第!項所述之電極,其中所述電極 的所述電活性材料的體積百分比大於或料於約75%。 6. 如申請專利_第丨項所述之電極,其中所述電極 的所速電雜材料的體積百分比大料者科約85%。 7. 如申請專利範圍第丨項所述之電極,其中所述電極 的開孔隙度大於或者等於約5〇/〇。 電極,其中所述電極 t極,其中所述電極 8·如申凊專利範圍第1項所述之 的開孔隙度大於或者等於約1〇0/〇。 9.如申晴專利範圍第1項所述之 的開孔隙度大於或者等於約15%。
    35 201106523 35007pif 10·如申請專利範圍第1項所述之電極,其中所述電 極的開孔隙度大於或者等於約25%。 /、 U•如申請專利範圍第1項所述之電極,其中戶斤述電 極的開孔隙度大於或者等於約。 以.如申請專利範圍第1項所述之電極,其中所述電 極的開孔隙度大於或者等於約450//0。 13. 如申請專利範圍第4項所述之電極,其中所述電 極的開孔隙度大於或者等於約1〇%。 14. 如申请專利範圍第丨項所述之電極其中户斤述電 活性材料的所述顆粒的D5〇顆粒尺寸數值的範圍從約0.5 至約 20 μιη。 15. 如申晴專利範圍第15項所述之電極,其中所述電 活性材料具有雙峰或者多峰顆粒尺寸分佈。 16. 如申請專利範圍第1項所述之電極,其中所述金 屬顆粒的D5〇顆粒尺寸數值的範圍從約0.5 μηι至約20 μιη。 17·如申請專利範圍第1項所述之電極,其中所述電 極為正電極。 18·如申請專利範圍第17項所述之電極,其中所述電 活性材料為LiCo〇2、摻雜有]vlg的LiCo〇2、LiNi02、 NCA、LiA102 或者 NMC。 19. 如申請專利範圍第18項所述之電極,其中所述電 活性材料為LiCo〇2。 20. 如申請專利範圍第17項所述之電極,其中所述可 36 201106523 35007pif 鍛金屬為鋁。 極為2負1電^申請專利範圍第1項所述之電極,其中所述電 活性:2料 圍第21項所述之電極,其中所述電 活性Ξ料利範圍第22項所述之電極,其中所述電 鑛金2屬4為^=糊第21項所述之電極,其中所述可 活性如申睛專利範圍第1項所述之電極,其中所述電 ;''對金屬的比例的範圍是從約99 9:〇」至約乃25。 活㈣^請專利範㈣23項所述之電極,其中所述電 邱才料對金屬的比例的範圍是從約99 5:〇 5至約_。 、、i 如申明專利範圍第24項所述之電極,苴中所述電 活性材料對金屬的比例的範圍是從約99:二约電 活性=料t利範圍第2 5項所述之電極,其中所述電 材科對金屬的_的範圍是從約99:1至約90:10。 二電電t所述電化電池包括第-電極、第 電、、舌所述第一電極包括第一顆粒狀的 的可鍛第一顆粒狀的可鍛金屬,所述第-顆粒狀 ==穩定的,其#所述第-金屬難中的至 77 ;L電'舌性材料顆粒的至少-部分之間形 201106523 350〇7pif 成導電接觸,以及其中所 電添加劍以及有機黏合劑。一電極實質上没有其它的導 3〇.如申請專利範圍第2 砵弟1極的所述第一電活枝二之之電化電池,其中所 電/舌性材料的體積百分比大於約 、+、@31.如申請專利範圍第29項所述之雷# + 砘第一電極的所述第一電活㈣之電化毛池’其中所 等於約65%。 /材料的體積百分比大於或者 32.如申請專利範圍第的 砵第一電極的所述第一雷、冕化電池,其中所 等於約75%。 m材料的體積百分比大於或者 延二電29項所述之電化電池,其中所 等於約85%。、 性材料的體積百分比大於或者 ㈣34=,辑29項所述之電化電池,其〜 電極的開孔隙度大於或者等於約5%。 35·,巾請專利㈣第29項崎之電化電池 砘第―電極的開孔隙度大於或者等於約1〇%。 〒所 36·如,請專利範圍帛29項所述之電化電池, 吨弟1極的開孔隙度大於或者等於約15%。 计楚如u利範圍第29項所述之電化電池,其中所 砘第一電極的開孔隙度大於或者等於約25%。 38.如申請專利範圍第29項所述之電化電池,其 埯第一電極的開孔隙度大於或者等於約35%。 38 201106523 35007pif 39. 如申請專利範圍第29項所述之電化電池,其中所 述第一電極的開孔隙度大於或者等於約45%。 40. 如申請專利範圍第29項所述之電化電池,其中所 述第一電活性材料的所述顆粒的Dw顆粒尺寸數值的範 圍從約0.5 至約2〇 μιη。 41. 如申請專利範圍第41項所述之電化電池,其中所 述第一電活性材料具有雙峰或者多峰顆粒尺寸分佈。 42. 如申請專利範圍第29項所述之電化電池,其中所 述第一金屬顆粒的D5()顆粒尺寸數值的範圍從約〇.5 μπι 至約20 μι^。 43. 如申請專利範圍第29項所述之電化電池,其中所 述第一電極為正電極,以及所述第一電活性材料為 LiCo02、摻雜有 Mg 的 LiCo02、LiNi〇2、NCA、LiA102 或者NMC。 44. 如申請專利範圍第43項所述之電化電池,其中所 述第一電活性材料為uc〇〇2。 八 _ 45·如申請專利範圍第29項所述之電化電池,其中所 述第一電極為正電極,以及所述第一顆粒狀的可鍛金屬為 紹。 ’ 鮰專利範圍第29項所述之電化電池,其中所 ,第-電極為負電極’以及所述第一電活性材料為石墨 石反、Ag、A1、Au、B、Ga、Ge、In、Sb、Sn、Si 或者 Ζη。 47.如申請專利範圍第46項所述之電化電池,苴中 述第一電活性材料為石墨。 八 39 201106523 35007pif * 48.如申請專利範圍第46項所述之電化電池,其中所 述第一顆粒狀的可鍛金屬為鋁或者銅。 ★ 49.如申请專利範圍第29項所述之電化電池,其中所 述第-電活性材料對所述第—可鍛金屬的比 約 99.9:0.1 至約 75:25。 ^ 項所述之電化電池,其中所 可鍛金屬的比例的範圍是從 項所述之電化電池,其中所 可鍛金屬的比例的範圍是從 50. 如申請專利範圍第29 述第一電活性材料對所述第一 約 99.5:0.5 至約 80:2〇。 51. 如申請專利範圍第29 述第一電活性材料對所述第一 約 99:1 至約 85:15。 H 一#如巾%專利㈣第29項所述之電化電池,其中所 ^ 99.1 材料對所述第-可鍛金屬的比例的範圍是從 、习外.1至約9〇:1〇。 述第二電St利t : 29項所述之電化電池,其中所 的可锻金Ϊ 電活性材料以及第二顆粒狀 所述第-·、=f第二顆粒狀的可锻金屬在使關間對於 第二電極實質上沒導電接觸,以及其中所述 54 — /八匕的導電添加劑以及有機黏合劑。 提供包括t 池的電_方法,所述方法包拉: 顆粒狀的電活性材料的第-組成; 美供包括顆粒狀的可鍛金屬的第二組成; 201106523 35007pif 結合所述第一組成以及所述第二組成來形成乾燥的電 極組合物,所述乾燥的電極組合物實質上沒有導電添加 物、有機黏合劑或者溶劑;以及 施加壓縮力給所述乾燥的電極組合物以形成所述電 才系0 55. 如申请專利範圍第54項所述之製造電化電池的 電極的方法,其中所述第一組成為粉末,以及所述方法還 包括.研磨所述第一組成的至少一部分。 56. 如申請專利範圍第54項所述之製造電化電池的 電極的方法,其中所述第二組成為粉末,以及所述結合所 述第一組成和所述第二組成的方式包括混合。 57. 如申請專利範圍第54項所述之製造電化電池的 電極的方法,其中在低於燒結所述第一組成或者所述第二 組成的所述顆粒所需要的溫度下,所述壓縮力被施加到所 述乾燥的電極組合物。 58.如申請專利範圍第54項所述之製造電化電池的電槌 的方法,其中在室溫下,所述壓縮力被施加到所述乾燥的 電極組合物。
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