，陰極顆粒由柔性聚合物連接，所述柔性聚合物允 許一定的彈性。對于水基涂層，彈性通過添加橡膠顆粒(就陽極而言為SBR)來提供。對于本 發明中的陰極，使用氟化丙烯酸膠乳(FAP)橡膠。初步數據表明，不管陰極條件(在高Li電壓 下）的增加的穩定性，穩定性不足以在濫用條件下占優勢。更有彈性的陰極材料的開發允許 減少膠乳的所需量，使得膨脹減小。
[0078]如前所述，為了避免鋁腐蝕以及為了提高漿料穩定性，需要具有高容量但是低堿 含量的陰極材料，這似乎是矛盾的。具有疏水表面保證更高的水穩定性。如本發明中所提供 的，彈性聚合物表面膜保證更好的電極機械特性，特別是預期脆性降低。如果表面膜在電解 質中溶脹，則我們可預期更高的倍率性能和更低的DCR電阻。
[0079] 實驗細節
[0080] 1)涂覆
[0081] 實例1中描述了有機NMP基涂覆工藝。實例2中描述了水基涂覆工藝。
[0082] 2)全電池組件
[0083] 為了全電池測試目的，所制備的正電極（陰極)組裝有負電極（陽極），該負電極通 常為石墨型碳和多孔電絕緣膜(隔板）。全電池通過以下主要步驟制備：（a)電極切割，（b)電 極干燥，（c)膠凍卷卷繞，（d)包裝。
[0084] (a)電極切割:在NMP或水基涂覆之后，電極活性材料可能通過分切機來切割。電極 的寬度和長度根據電池應用確定。
[0085] (b)附接分接頭:存在兩種分接頭。鋁分接頭附接到正電極（陰極)上，而銅分接頭 附接到負電極（陽極)上。
[0086] (c)電極干燥:將制備的正電極（陰極)和負電極（陽極)在85°C至120°C下在真空烘 箱中干燥8小時。
[0087] (d)膠凍卷卷繞:在干燥電極之后，使用繞線機制造膠凍卷。膠凍卷至少由負電極 (陽極）、多孔電絕緣膜(隔板)和正電極（陰極)組成。
[0088] (e)包裝：用鋁層壓膜包裝將制備的膠凍卷結合到800mAh電池中，從而產生軟包電 池。另外，膠凍卷浸漬有電解質。電解質的量根據正電極和負電極、以及多孔隔板的孔隙度 和尺寸來計算。最終，包裝全電池由密封機密封。
[0089] 3)全電池評價
[0090] 許多不同全電池評價測試是可行的。本發明示出（a)循環穩定性、（b)容量和倍率 性能、（c)膨脹、（d)儲存測試和(e)DCR電阻測試的結果。
[0091] (a)循環穩定性：電池完全充電和放電幾百個循環。循環測試在25°C下進行，或在 高溫(例如45°C)下進行以加速不需要的副反應，從而迫使容量較快損失。就水基涂覆而言， 預計水暴露可能損壞陰極。損壞的陰極可在高溫下對循環穩定性產生負面影響。
[0092] (b)容量和倍率性能:容量是以0.1C的倍率在4.3V和2.7V之間測量的放電容量。倍 率性能是在〇. 5、1.0、2.0、3.0和4.0C的倍率下的放電容量，表示為在0.2C下的倍率百分比。 0.2C對應于使充電電池在5小時內放電的電流。例如，1C是0.2C電流5倍大的電流。
[0093] (c)膨脹:軟包電池被完全充電并且插入烘箱中，該烘箱被加熱到90°C并且保持該 溫度數小時。在90°C下，充電陰極與電解質反應并且形成氣體。放出的氣體產生膨脹。在實 例中，報告了在4小時高溫暴露之后測量的厚度增加（=膨脹)的值。膨脹是許多應用的相關 問題，此外，由于涂覆期間的水暴露，作者預計膨脹是檢測最終的表面損壞的非常靈敏的方 法。
[0094] (d)儲存測試，即剩余和恢復的容量:將電池完全充電并且在60°C下儲存1個月。1 個月后將電池從60°C室取出并且在25°C下進行測試。將電池放電，在放電期間測量剩余容 量。在再充電之后，將電池放電并且獲得恢復的容量。在該容量檢測之后，儲存在60°C下持 續又一個月，再次測量剩余和恢復的容量，然后第三次儲存電池并且再次測量。除了許多應 用的關聯之外，儲存實驗也是評估水基涂覆期間陰極的損壞的非常靈敏的工具。
[0095] (e)聯接到儲存測試的DCR電阻測試:除了在1、2和3個月的60°C下儲存之后的容量 測量之外，測量電池的DCR電阻。
[0096] DCR電阻從電流脈沖的電壓響應獲得，所使用的程序根據USABC標準（美國先進電 池聯盟LLC(United States Advanced Battery Consortium LLC))。對于實際應用，DCR電 阻非常相關，因為數據可用于推斷到將來的衰減速率以預測電池壽命，此外，DCR電阻對檢 測電極損壞非常敏感，因為電解質與陽極或陰極之間的反應的反應產物沉淀為低導電性表 面層。
[0097] 在所有實驗中，所謂的NMC532(在Lii.03M0.97O2中，具有金屬組成M = NiQ.5MnQ.3Co0. 2 的匪C)被用作陰極材料。匪C532是相對廉價的陰極材料;其具有中等高的堿含量。匪C 532 具有相對高的容量，在4.3V下以0.1C倍率測試為約170mAh/g。具有較低Ni含量的NMC通常具 有較低堿，并且因此允許更容易的水基涂覆。然而，含有較低堿的陰極材料(如NMC111)也傾 向于具有較低的可逆容量。因此，NMC532是低金屬成本、通過水基工藝涂覆的可行性與可接 受的高容量的良好折衷。本發明將在以下實例中說明：
[0098]實例 1
[0099] 實例1表明與正常匪P基涂覆相比，水基涂覆如何導致許多變化。示出在水基涂覆 工藝期間所使用的不同步驟和化學品的影響(例如，CMC粘結劑或水暴露效果的影響）。這通 過制備不同陰極材料來完成，所有陰極材料源自相同類型的前體，所述前體是量產NMC532 粉末。然后使用常規有機NMP基涂覆工藝來涂覆陰極材料并且組裝全軟包電池。化學品，所 添加的化學品的量以及處理條件的選擇被選為模擬典型的水基涂覆。表1.1示出實驗的設 計。
[0100] 表1.1:水基粘結劑組分涂覆的NMC532的樣品列表
[0101]
[0102] NMC532樣品的制備
[0103] 1A)參考NMC532的制備
[0104] 通過以下步驟，在韓國優美科公司（Umicore, Korea)的量產(MP)線上制造參考 NMC532: (a)共混鋰與鎳錳鈷前體；（b)在氧化氣氛中合成；以及(c)研磨。每個步驟的詳細解 釋如下：
[0105] 步驟(a):使用干粉末混合方法共混鋰與Ni-Mn-Co前體。將前體放置在容器中。碳 酸鋰和混合的Ni-Mn-Co氧基氫氧化物被用作鋰和Ni-Mn-Co前體。將前體通過干粉末混合工 藝在立式單軸混合器中共混。
[0106] 步驟(b):在氧化氣氛中燒結。將來自步驟(a)的粉末混合物在氧化氣氛中在隧道 爐中燒結。燒結溫度為>900°C并且停留時間為~10小時。干燥空氣被用作氧化氣體。
[0107] 步驟(c):在燒結之后，最終，在磨削機中研磨樣品。
[0108] 1B)利用水暴露的NMC532的制備
[0109] 制備實例1B以研究水暴露的影響。水暴露與水基涂覆工藝中的干燥之后的漿料制 造相似。用于水暴露的粉末是相同的MP級，并且實際上與樣品1A相同。
[0110] 實例1B通過以下主要步驟制備：（a)將MP粉末樣品浸沒到水中；以及(b)干燥。
[0111] 每個步驟的詳細解釋如下：
[0112] 步驟(a):將1.3kg的MP M1C532樣品和390mL H20添加到燒杯中。使用頂置攪拌器 將混合物以200rpm攪拌1小時。
[0113] 步驟(b):干燥:將呈漿料形式的鋰鎳錳鈷氧化物與水的混合物在150°C下在對流 烘箱中干燥15小時。
[0114] 1C)利用水暴露和FAP添加的NMC532的制備
[0115] 制備實例1C以研究水暴露以及FAP粘結劑添加的影響。暴露與水基涂覆工藝的干 燥之后的漿料制造有關。所使用的粉末是相同的MP級，并且實際上與樣品1A相同。
[0116] 實例1C通過以下主要步驟制備：（a)將匪C532(99% )與水基粘結劑組分（1 % )和水 濕混合；（b)干燥；以及(c)磨削。
[0117] 每個步驟的詳細解釋如下：
[0118] 步驟(a):將2kg的NMC532樣品與水(600mL)混合并且添加40.4g的FAP的50重量％ 水中粘結劑分散體。使用頂置攪拌器將混合物以600rpm攪拌1小時。
[0119] 步驟(b):干燥:將漿料在150°C下在對流烘箱中干燥20小時。
[0120] 步驟(c):在干燥之后，最終，在磨削機中磨削樣品。
[0121] 1D)利用水暴露和CMC添加的NMC532的制備
[0122 ]制備實例1D以研究水暴露以及CMC (粘度變化粘結劑添加劑)添加的影響。暴露與 水基涂覆工藝的干燥之后的漿料制造有關。所使用的粉末是相同的MP級，并且實際上與樣 品1A相同。
[0123] 實例1D通過以下主要步驟制備：（a)將匪C532(99重量％)與01^(1重量％)和水濕 混合；（b)干燥；以及(c)磨削。
[0124] 每個步驟的詳細解釋如下：
[0125] 步驟(a):將2kg的NMC532樣品與水（lOOmL)混合并且添加1030g的2重量％水中CMC 溶液。使用頂置攪拌器將混合物以600rpm攪拌1小時。
[0126] 步驟(b):干燥:將漿料在150°C下在對流烘箱中干燥20小時。
[0127] 步驟(c):在干燥之后，最終，在磨削機中磨削樣品。
[0128] 1E)利用水暴露和粘結劑添加劑CMC和FAP的NMC532的制備
[0129] 制備實例1E以研究水暴露以及兩種粘結劑組分FAP和CMC的影響。暴露與水基涂覆 工藝的干燥之后的漿料制造類似。所使用的粉末是相同的MP級，并且實際上與樣品1A相同。 [0130] 實例1E通過以下主要步驟制備：（a)將匪C532(98%)與水基粘結劑組分（1+1%)和 水濕混合；（b)干燥；以及(c)磨削。
[0131] 每個步驟的詳細解釋如下：
[0132] 步驟(a):將1.3kg的匪C532樣品與水（50mL)和663g的1重量％水中CMC溶液以及 26.5g的50重量％水中FAP分散體混合。使用頂置攪拌器將混合物以140rpm攪拌1小時。
[0133] 步驟(b):干燥:將漿料在150°C下在對流烘箱中干燥20小時。
[0134] 步驟(c):在干燥之后，最終，通過磨削機磨削樣品。
[0135] 漿料制造和涂覆
[0136] 漿料通過混合實例1A的700g的匪C532(或實例1B-1E的暴露樣品）與NMP、7.29g的 石墨、7 · 29g的superP* (Timcal公司（Timcal)的導電碳黑）和NMP溶液中的145.8g的10重 量％PVDF基粘結劑來制備。將混合物在行星式混合器中混合2.5小時。在混合期間，添加額 外的匪P。將混合物轉移到分散混合器并且在進一步的匪P添加下混合1.5小時。所使用的 NMP的典型的總量為230g。漿料中的最終固體含量為約70重量％。
[0137] 將漿料轉移到涂覆線。制備雙層涂覆的電極。
[0138] 目視檢查電極以及在顯微鏡下研究。沒有檢測到針孔，