锂二次电池的制造方法_2

文档序号:9916786阅读:来源:国知局
形成 剂为不同于在制备用于形成SEI膜的组合物中所用且下文中所述的锂盐和非水性有机溶剂 的化合物。
[0044]在SEI膜形成剂,所述含不饱和键的环状碳酸酯类化合物可具体包括碳酸亚乙烯 酯类化合物,如碳酸亚乙烯酯、碳酸甲基亚乙烯酯、碳酸乙基亚乙烯酯、碳酸丙基亚乙烯酯、 碳酸二甲基亚乙烯酯或碳酸亚乙烯基亚乙酯;或碳酸乙烯亚乙酯类化合物,如碳酸乙烯亚 乙酯,并且可使用其任一种或其两种或更多种的混合物。
[0045] 此外,在SEI膜形成剂中,所述含卤素原子的环状或链状碳酸酯类化合物可具体包 括在分子中含有至少一个卤素原子的环状碳酸酯类化合物,如氟代碳酸亚乙酯或二氟代碳 酸亚乙酯;和在分子中含有至少一个卤素原子的链状碳酸酯类化合物,如碳酸氟甲基甲基 酯或碳酸双(氟甲基)酯,并且可使用其任一种或其两种或更多种的混合物。
[0046] 此外,在SEI膜形成剂中,作为含草酸根络合物作为阴离子的锂盐,可使用任意锂 盐而没有限制,只要含有草酸根基团的阴离子化合物和锂离子通过配位键形成络合物。含 草酸根络合物作为阴离子的锂盐的具体实例可为二氟(草酸)硼酸锂(LiODFB)、四氟(草酸) 磷酸锂(LiTFOP)、三(草酸)磷酸锂(LT0P)或双(草酸)硼酸锂(LiBOB),并且可使用其任一种 或其两种或更多种的混合物。
[0047] 在SEI膜形成剂中,所述酰亚胺类锂盐如双氟磺酰基酰亚胺锂(LiFSI)、双三氟甲 烷磺酰基酰亚胺锂(LiTFSI)或双(全氟乙基磺酰基)酰亚胺锂(LiBETI);以及氟磷酸酯类锂 盐,例如LiBF4、二氟磷酸锂(LiF 2〇2P)或单氟磷酸锂(Li2P03F)可用作除了含草酸根络合物作 为阴离子的锂盐之外的用于形成SEI膜的锂盐,并且上述化合物可单独使用或以其两种或 更多种的混合物形式使用。
[0048]含草酸根络合物作为阴离子的锂盐、酰亚胺类锂盐或氟磷酸酯类盐一一其可用作 SEI膜形成剂一一还可用作用于形成SEI膜的组合物中的锂盐。在这种情况下,含草酸根络 合物作为阴离子的锂盐、酰亚胺类锂盐或氟磷酸酯类盐的含量可为其中包括在用于形成 SEI膜的组合物中的锂盐的总浓度同时满足用于形成SEI膜的组合物中的锂盐浓度的条件 和SEI膜形成剂的量的条件的量。
[0049] 此外,在SEI膜形成剂中,所述分子中含有至少两个氮原子的6元芳族杂环化合物 可具体为嘧啶和1,3,5_三嗪,并且可使用其任一种或其两种或更多种的混合物。
[0050] 另外,在SEI膜形成剂中,所述磺内酯类化合物可具体为1,3_丙烷磺内酯(PS)、1, 4-丁烷磺内酯或1,3-丙烯磺内酯,并且可使用其任一种或其两种或更多种的混合物。
[0051] 所述SEI膜形成剂的含量可为0.1重量%至10重量%,基于用于形成SEI膜的组合 物的总重量计。当SEI膜形成剂的量在上述范围内时,衍生自用于形成SEI膜的添加剂的均 勾且薄的膜可在电学反应(electrical reaction)之后形成于电极上,并且由充电产生的 气体的量可最小化。此外,当根据所述SEI膜形成剂的使用来考虑改善所形成的SEI膜的物 理性质的效果,所述SEI膜形成剂的含量可具体为0.25重量%至5重量%,例如0.5重量%至 3重量%,基于用于形成SEI膜的组合物的总重量计。
[0052]在用于形成SEI膜的组合物中,非水性有机溶剂起介质的作用,通过所述介质与电 化学反应有关的离子可移动,其中可在电池的充电和放电过程中通过氧化反应等最低限度 地进行分解且可借助SEI膜形成剂显示出所期望的特性的任意非水性有机溶剂可能是适当 的。
[0053]具体而言,所述非水性有机溶剂可为环状碳酸酯类溶剂,如碳酸亚乙酯(EC)、碳酸 亚丙酯(PC)和碳酸亚丁酯(BC);直链碳酸酯类溶剂,如碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯 (DEC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯(MPC)和碳酸乙丙酯(EPC);酯类溶 剂,如乙酸甲酯、乙酸乙酯、γ-丁内酯和ε-己内酯;醚类溶剂,如二丁醚或四氢呋喃;或酮类 溶剂,如环己酮,并且可使用其任一种或其两种或更多种的混合物。在上述溶剂中,所述有 机溶剂鉴于SEI膜的可成形性可为环状碳酸酯和直链碳酸酯的混合物,且例如可为其中直 链碳酸酯以大于环状碳酸酯的量进行混合的混合物。具体而言,直链碳酸酯与环状碳酸酯 的混合体积比可在5:5至8:2范围内。
[0054]可以这样一种量包含非水性有机溶剂,即用于形成SEI膜的组合物具有促进SEI膜 的形成的粘度。
[0055]由用于形成SEI膜的组合物预处理的电极可为正极或负极。
[0056]具体而言,在所述电极为正极的情况下,可用的正极可包括其中正极活性材料层 堆叠于集流体如由铝或铝基合金形成的薄膜上的结构。在这种情况下,正极活性材料层可 包括正极活性材料、导电剂和粘合剂,并且正极活性材料和导电剂可通过粘合剂堆叠于集 流体上。
[0057]正极活性材料为能够可逆地嵌入并脱嵌锂的化合物(锂化嵌入化合物(lithiated intercalation compound)),其中正极活性材料可具体为包括锂和过渡金属如钴、猛、镍或 铝的锂过渡金属氧化物。此外,锂过渡金属氧化物可选自锂镍锰钴基氧化物、锂锰基氧化 物、锂镍锰基氧化物和锂锰钴基氧化物,且例如可包括LiCo0 2、LiNi02、LiMn02、LiMn2〇4、Li (Ni aCobMnc)〇2(其中0〈a〈l,0〈b〈l,0〈c〈l 且a+b+c = l)、LiNii-YC〇Y〇2、LiCoi-YMnY〇2、LiNii- υΜπυ〇2(其中0< 丫〈1)、1^(附3(^]?11。)〇4(其中0〈&〈2,0〈13〈2,0〈。〈2且&+匕+。= 2)、1^]\1112-2附2〇4 和LiMn2-zCoz〇4(其中0〈Ζ〈2)。
[0058]此外,在电极为负极的情况下,可用的负极和正极一样可包括其中负极活性材料 层堆叠于集流体上的结构。在这种情况下,在负极活性材料层中,负极活性材料和导电剂可 通过粘合剂堆叠于集流体上。
[0059] 负极活性材料为能够可逆地嵌入并脱嵌锂的化合物,其中负极活性材料的具体实 例可为碳质材料,如人造石墨、天然石墨、石墨化碳纤维和无定形碳;可与锂成合金的金属 化合物,如硅(Si)、铝(A1)、锡(Sn)、铅(Pb)、锌(Zn)、铋(Bi)、铟(In)、镁(Mg)、镓(Ga)、镉 (Cd)、Si合金、Sn合金、或A1合金;可用锂进行掺杂的和未用锂进行掺杂的金属氧化物,如 Si0 x(0〈x〈2)、Sn02、钒氧化物和锂钒氧化物;或包括金属化合物和碳质材料的复合材料,如 Si-C复合材料或Sn-C复合材料,并且可使用其任一种或其两种或更多种的混合物。此外,金 属锂薄膜可用作负极活性材料。此外,低结晶碳和高结晶碳可用作碳材料。低结晶碳的典型 实例为软碳和硬碳,且高结晶碳的典型实例可为不规则、平面、片状、球状或纤维状的天然 石墨或人造石墨、凝析石墨(Kish graphite)、热解碳(pyrolytic carbon)、中间相沥青基 碳纤维(mesophase pitch-based carbon fiber)、中碳微球(meso-carbon microbeads)、 中间相沥青(mesophase pi tch)和高温烧结碳例如石油或煤焦油沥青衍生的焦炭 (petroleum or coal tar pitch derived cokes)。
[0060] 在正极和负极中,集流体没有特别限制,只要其具有导电性而没有引起电池中的 不利的化学变化,并且可使用例如铜、不锈钢、铝、镍、钛、焙烧碳(fired carbon)、用碳、镍、 钛、银等中的一种进行表面处理的铜或不锈钢、铝镉合金等。此外,集流体可具有细粒的粗 糙表面(fine roughness surface)以提高与负极活性材料的粘合强度(bonding strength),并且所述集流体可具有各种形状,如膜、片、箱、网、多孔体、泡沫体、无纺布等。
[0061] 用于正极或负极活性材料层中的导电剂可以1重量%至20重量%的量进行添加, 基于正极或负极活性材料层的总重量计。任意导电剂可用作可用于正极和负极中的导电剂 而没有特别限制,只要其具有合适的导电性而没有引起电池中的不利的化学变化。例如,所 述导电剂可包括导电材料,例如:石墨,如天然石墨和人造石墨;炭黑,如乙炔黑、科琴黑 (Ketjen black)、槽法炭黑、炉法炭黑、灯黑和热裂法炭黑;导电纤维,如碳纤维和金属纤 维;金属粉,如氟碳粉、错粉和镍粉;导电晶须(conductive whisker),如氧化锌晶须和钛酸 钾晶须;导电氧化物如氧化钛;或聚亚苯基衍生物。
[0062]用于正极或负极活性材料层中的粘合剂为有助于正极或负极活性材料和导电剂 之间的粘合以及与集流体的粘合的组分,其中粘合剂可以1重量%至20重量%的量进行添 加,基于正极或负极活性材料层的总重量计。粘合剂的实例可为聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共 聚物(polyvinyl idene f luoride-hexaf luoropropylene copolymer,PVDF_c〇-HFP)、聚偏 二氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、羟丙基纤维 素、再生纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、乙烯-丙烯-二烯 单体(ethylene-propylene-diene monomer,EPDM)、横化EPDM、苯乙稀丁二稀橡胶 (styrene-butadiene rubber,SBR)、氟橡胶或各种共聚物,并且可使用其任一种或其两种 或更多种的混合物。
[0063]所述正极和负极可如下制备:使用用于形成电极的组合物涂布集流体一一其中将 各电极活性材料、导电剂和粘合剂分散于溶剂中一一并然后干燥经涂布的集流体;或将用 于形成电极的组合物浇铸于独立的载体上并然后在集流体上层压从所述载体上分离的膜。 在这种情况下,所述溶剂的具体实例可为二甲亚砜(DMS0)、醇、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、丙酮 或水,且可在随后的干燥过程中去除溶剂。
[0064]在本发明的一个实施方案的制备锂二次电池的方法中,使用具有上述组成的用于 形成SEI膜的组合物形成SEI膜可通过将电极浸渍于用于形成SEI膜的组合物中并然后施加 电压而进行。在这种情况下,电压施加过程可通过施加在其中可发生SEI膜形成剂的电化学 氧化还原分解反应的范围内的电压而进行,且具体可通过使用电极及其对电极施加0.005V 至4.5V的电压而进行。
[0065] 关于所述正极,所述电压施加过程中可通过施加IV至4.5V如2V至4.2V的电压约1 小时至24小时而进行。另外,关于所述负极,所述电压施加过程可通过施加0.005V至4.5
当前第2页1 2 3 4 5 6 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1