并且本身已知。碳(B)為碳的導電多晶型。碳(B)例 如可以選自石墨、碳黑、碳納米管、石墨烯或上述物質中至少兩種的混合物。
[0061] 在本發明的一個實施方案中,碳(B)為碳黑。碳黑例如可以選自燈黑、爐黑、焰黑、 熱裂碳黑、乙炔黑和工業碳黑。碳黑可以包含雜質,例如烴類,尤其是芳族烴類,或含氧化合 物或含氧基團,例如OH基團。此外,含硫或含鐵雜質在碳黑中也是可能的。
[0062] 在一個方案中,碳(B)是部分氧化的碳黑。
[0063] 在本發明的一個實施方案中,碳(B)包括碳納米管。碳納米管(簡稱CNT),例如單 壁碳納米管(SW CNT)和優選多壁碳納米管(MW CNT)本身是已知的。其制備方法以及一些 性能例如由 A. Jess 等描述于 Chemie Ingenieur Technik 2006, 78,94-100 中。
[0064] 在本發明上下文中,石墨烯應理解為指具有與石墨單層類似的結構的近乎理想地 或理想地呈二維六邊形的碳晶體。
[0065] 在本發明的優選實施方案中,碳(B)選自石墨、石墨烯、活性炭以及尤其是碳黑。
[0066] 碳⑶例如可以以直徑為0. 1-100 ym,優選2-20 ym的顆粒存在。粒徑應理解為 指由體積平均測定的次級顆粒的平均直徑。
[0067] 在本發明的一個實施方案中,碳(B)以及尤其是碳黑具有的BET表面積根據ISO 9277 測量為 20-1500m2/g。
[0068] 在本發明的一個實施方案中,將至少兩種,例如2或3種不同類型的碳(B)混合。 不同種類的碳(B)例如可以在粒徑或BET表面積或污染程度上不同。
[0069] 在本發明的一個實施方案中,選取的碳(B)為兩種不同碳黑的組合。
[0070] 在本發明的一個實施方案中,選取的碳(B)為碳黑和石墨的組合。
[0071] 此外,本發明用于可再充電電化學電池的電極材料除了本發明活性陰極材料(A) 和碳(B)外任選包含至少一種其他聚合物作為粘合劑,后者在本發明上下文中也簡稱為粘 合劑(C)。粘合劑(C)主要用于本發明電極材料的機械穩定化。
[0072] 在本發明的一個實施方案中,粘合劑(C)選自有機(共)聚合物。合適有機(共) 聚合物的實例可以是鹵代的或不含鹵素的。實例是聚氧乙烯(PEO),纖維素,羧甲基纖維 素,聚乙烯醇,聚乙烯,聚丙烯,聚四氟乙烯,聚丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯共聚物,苯乙烯-丁 二烯共聚物,四氟乙烯-六氟丙烯共聚物,偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVdF-HFP),偏 二氟乙烯-四氟乙烯共聚物,全氟烷基乙烯基醚共聚物,乙烯-四氟乙烯共聚物,偏二氟乙 烯-一氯三氟乙烯共聚物,乙烯-氯氟乙烯共聚物,任選至少用堿金屬鹽或氨部分中和的 乙烯-丙烯酸共聚物,任選至少用堿金屬鹽或氨部分中和的乙烯-甲基丙烯酸共聚物,乙 烯_(甲基)丙烯酸酯共聚物,聚酰亞胺和聚異丁烯。
[0073] 合適的粘合劑尤其是聚乙烯醇和鹵代(共)聚合物,例如聚氯乙烯或聚偏二氯乙 烯,尤其是氟代(共)聚合物如聚氟乙烯以及尤其是聚偏二氟乙烯和聚四氟乙烯。
[0074] 粘合劑(C)的平均分子量Mw可以在寬限度內選擇,合適的實例是20000g/mol-l 000 000g/mol〇
[0075] 在本發明的一個實施方案中,本發明電極材料基于組分(A)、(B)和(C)的總質量 包含0. 1-15重量%,優選1-8重量%,更優選3-6重量%粘合劑。
[0076] 粘合劑(C)可以通過各種方法摻入本發明電極材料中。例如可以將可溶性粘合劑 (C)如聚乙烯醇溶于合適溶劑或溶劑混合物中,水/異丙醇例如適合聚乙烯醇,并制備具有 該電極材料的其他成分的懸浮液。在施用于合適基材上之后,除去溶劑或溶劑混合物,例如 蒸發溶劑或溶劑混合物,得到由本發明電極材料構成的電極。適合聚偏二氟乙烯的溶劑為 NMP 0
[0077]若希望使用微溶性聚合物作為粘合劑(C),例如聚四氟乙烯或四氟乙烯_六氟丙 烯共聚物,則制備所述粘合劑(C)的顆粒和該電極材料的其他成分的懸浮液,并在加熱時 將它們壓制在一起。
[0078] 如上所述的本發明活性陰極材料(A)和本發明電極材料特別適合作為電極或特 別適合生產電極,尤其是生產含鈉電池組的陰極。本發明提供了本發明活性陰極材料(A) 或本發明電極材料作為用于可再充電電化學電池的電極的用途或在其生產中的用途。
[0079] 本發明進一步提供了一種由如上所述的本發明電極材料生產或使用其生產的電 極。
[0080] 此外,本發明電極可以具有本身為常規的其他成分,例如輸出導體,其可以構造成 金屬線、金屬網格、金屬篩網、膨脹金屬、金屬片或金屬箔的形式,其中不銹鋼特別適合作為 該金屬。
[0081] 在本發明上下文中,將在放電(工作)過程中具有還原作用的電極稱為陰極。
[0082] 在本發明的一個實施方案中,將本發明活性陰極材料(A)或本發明電極材料加工 成陰極,例如呈由電池組制造商加工的連續帶形式。
[0083] 由本發明活性陰極材料(A)或本發明電極材料生產的陰極例如可以具有 20-500 y m,優選40-200 y m的厚度。它們例如可以呈棒形,呈圓形、橢圓形或方形柱形式或 呈立方體形式,或者呈扁平陰極形式。
[0084] 本發明進一步提供了包含至少一個如上所述的本發明電極的可再充電電化學電 池。
[0085] 在本發明的一個實施方案中,本發明可再充電電化學電池除了本發明活性陰極材 料(A)或本發明電極材料外包括至少一個陽極,該陽極包含堿金屬,優選鋰或鈉,尤其是 鈉。堿金屬,尤其是鈉,可以以純堿金屬形式或以堿金屬與至少另一種金屬的合金形式或以 堿金屬碳插層化合物形式存在。
[0086] 在本發明的另一實施方案中,上述本發明可再充電電化學電池除了本發明活性陰 極材料(A)或本發明電極材料外包含液體電解質,該電解質包含含鋰導電鹽。
[0087] 在本發明的一個實施方案中,本發明可再充電電化學電池除了本發明活性陰極材 料(A)或本發明電極材料和另一電極,尤其是包含鈉的電極外包含至少一種在室溫下可以 為液體或固體,優選在室溫下為液體的非水溶劑,其優選選自聚合物、環狀或非環狀醚、環 狀或非環狀縮醛、環狀或非環狀有機碳酸酯和離子液體。
[0088] 合適聚合物的實例尤其是聚亞烷基二醇,優選聚-C1-C4亞烷基二醇,尤其是聚乙 二醇。聚乙二醇可以以共聚形式包含至多20mol%-種或多種C 1-C4亞烷基二醇。聚亞烷 基二醇優選為雙甲基或乙基封端的聚亞烷基二醇。
[0089] 合適聚亞烷基二醇以及尤其是合適聚乙二醇的分子量Mw可以為至少400g/mol。
[0090] 合適聚亞烷基二醇以及尤其是合適聚乙二醇的分子量Mw可以為至多5 000 OOOg/ mol,優選至多 2 000 000g/mol〇
[0091] 合適非環狀醚的實例例如為二異丙基醚、二正丁基醚、1,2-二甲氧基乙烷、 1,2-二乙氧基乙烷,優選1,2-二甲氧基乙烷。
[0092] 合適環狀醚的實例是四氫呋喃和1,4-二5惡烷。
[0093] 合適非環狀縮醛的實例例如為二甲氧基甲烷、二乙氧基甲烷、1,1_二甲氧基乙烷 和1,1-二乙氧基乙烷。
[0094] 合適環狀縮醛的實例是1,3-二5惡烷以及尤其是1,3-二氧戊環。
[0095] 合適非環狀有機碳酸酯的實例是碳酸二甲酯、碳酸乙基?甲基酯和碳酸二乙酯。
[0096] 合適環狀有機碳酸酯的實例是通式⑴和(XI)的化合物:
[0097]
[0098] 其中R1、R2和R3可以相同或不同且各自選自氫和C fC4烷基,例如甲基、乙基、正丙 基、異丙基、正丁基、異丁基、仲丁基和叔丁基,其中R2和R 3優選不同時為叔丁基。
[0099] 在特別優選的實施方案中,R1為甲基且R2和R3各自為氫,或者R \ R2和R3各自為 氫。
[0100] 另一優選的環狀有機碳酸酯是式(XII)的碳酸亞乙烯基酯:
[0101]
[0102] 優選使用呈無水狀態的溶劑,即水含量為Ippm至0. 1重量%,這例如可以通過 Karl Fischer滴定測定。
[0103] 在本發明的一個實施方案中,本發明可再充電電化學電池包含一種或多種導電 鹽,優選鈉鹽。合適鈉鹽的實例為 NaPF6、NaBF4、NaC104、NaAsF6、NaCF 3S03、NaC (CnF2n+1S02) 3, 亞氨基鈉如 NaN(CnF2lrtSO2)2,其中 n 為 1-20 的整數,NaN(S02F)2、Na2SiF6、NaSbF 6、NaAlCl4W 及通式(CnF2n+1S0 2)mXNa的鹽,其中m定義如下:
[0104] 當X選自氧和硫時,m = 1 ;
[0105] 當X選自氮和磷時,m = 2 ;且
[0106] 當X選自碳和娃時,m = 3。