锂二次电池的制作方法_2

文档序号:8344793阅读:来源:国知局
二粒子的比表面积(BET)可以为3m2/g?40m2/g。
[0043]锂金属磷酸盐可以涂布有导电材料以提高电导率,导电材料可以为选自如下材料中的至少一种材料:导电碳、贵金属、金属和导电聚合物。特别地,期望锂金属磷酸盐涂布有导电碳,这是因为可以在制备成本和重量不明显提高的条件下有效改进电导率。
[0044]基于正极活性材料的总重量,导电碳的量可以为0.1重量%?10重量%,特别是I重量%?5重量%。当导电碳的量过大时,锂金属磷酸盐的量相对下降,由此电池的总体特性劣化。另一方面,过小量的导电碳是不期望的,这是因为难以提高电导率。
[0045]在第一粒子和第二粒子中的各个粒子的表面上可以涂布导电碳。例如,导电碳在第一粒子的表面上可以涂布至0.1?100纳米的厚度,并在第二粒子的表面上可以涂布至I?300纳米的厚度。当基于正极活性材料的总重量,第一粒子涂布有0.5?1.5重量%的导电碳时,碳涂层的厚度可以为约0.1?2.0纳米。
[0046]在本发明中,无定形碳是除了结晶石墨之外的碳基化合物,例如可以为硬碳和/或软碳。无定形碳可以通过包括在1800°C下的热处理的方法制得。例如,通过酚醛树脂或呋喃树脂的热分解可以制备硬碳,且通过焦炭、针状焦炭或沥青的碳化可以制备软碳。
[0047]将负极的X射线衍射(XRD)谱图示于图1中,在所述负极中使用无定形碳。
[0048]基于负极活性材料的总重量,所述硬碳和软碳例如可以以5:95?95:5的重量比混合。
[0049]无定形碳的平均粒径可以为例如0.01微米?30微米,且相对于其容量的比表面积可以为 0.0OlmVmAh ?0.055m2/mAh。
[0050]无定形碳的平均粒径和相对于其容量的比表面积在最佳范围内以展示本发明的效果。因此,大于或小于所述范围的平均粒径和相对于容量的比表面积是不期望的。
[0051 ] 下文中,将对本发明的锂二次电池的组成进行说明。
[0052]根据本发明的锂二次电池包含:正极,所述正极通过将正极活性材料、导电材料和粘合剂的混合物涂布在正极集电器上并对涂布的正极集电器进行干燥和压制而制得;和负极,所述负极使用与制造所述正极相同的方法制得。在此情况中,所述混合物可以按期望还包含填料。
[0053]通常将正极集电器制成3微米?500微米的厚度。正极集电器没有特别限制,只要其在制造的二次电池中不会造成化学变化并具有高电导率即可。例如,正极集电器可以由如下物质制成:不锈钢;铝;镍;钛;烧结碳;经碳、镍、钛、银等进行表面处理的铝或不锈钢。所述正极集电器可在其表面处具有细小的不规则处,从而提高正极活性材料与正极集电器之间的粘附力。另外,可以以包括膜、片、箔、网、多孔结构、泡沫和无纺布的多种形式中的任意形式使用所述正极集电器。
[0054]基于包含正极活性材料的混合物的总重量,典型地以I重量%?50重量%的量添加导电材料。对导电材料没有特别限制,只要其在制造的电池中不会造成化学变化并具有电导率即可。导电材料的实例包括但不限于:石墨如天然石墨或人造石墨;炭黑类材料如炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑和热裂法炭黑;导电纤维如碳纤维和金属纤维;金属粉末如氟化碳粉末、铝粉末和镍粉末;导电晶须如氧化锌和钛酸钾;导电金属氧化物如二氧化钛;和聚亚苯基衍生物。
[0055]粘合剂是有助于活性材料与导电材料之间的结合并有助于活性材料对集电器的结合的组分。基于包含正极活性材料的混合物的总重量,典型地以I重量%?50重量%的量添加所述粘合剂。粘合剂的实例包括但不限于聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯基吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-双烯三元共聚物(EPDM)、磺化的EPDM、丁苯橡胶、氟橡胶和各种共聚物。
[0056]填料任选地用作用于抑制正极膨胀的组分。对于填料没有特别限制,只要其为在制造的二次电池中不会造成化学变化的纤维材料即可。填料的实例包括:烯烃类聚合物如聚乙烯和聚丙烯;以及纤维材料如玻璃纤维和碳纤维。
[0057]典型地将负极集电器制成3微米?500微米的厚度。所述负极集电器没有特别限制,只要其在制造的二次电池中不会造成化学变化并具有电导率即可。例如,负极集电器可以由如下物质制成:铜;不锈钢;铝;镍;钛;烧结碳;经碳、镍、钛或银进行表面处理的铜或不锈钢;以及铝-镉合金。与正极集电器类似,负极集电器可还在其表面上具有细小的不规则处,从而提高负极集电器与负极活性材料之间的粘附力。另外,可以以包括膜、片、箔、网、多孔结构、泡沫和无纺布的多种形式使用所述负极集电器。
[0058]锂二次电池具有其中电极组件浸渍有电解质的结构,所述电极组件包含正极、负极和设置在所述正极与所述负极之间的隔膜。
[0059]将隔膜设置在所述正极与所述负极之间,作为隔膜,使用具有高离子渗透率和高机械强度的绝缘薄膜。所述隔膜典型地具有0.01微米?10微米的孔径和5微米?300微米的厚度。作为隔膜,使用由如下物质制成的片或无纺布:烯烃聚合物如聚丙烯;玻璃纤维或聚乙烯,其具有耐化学性和疏水性。当将诸如聚合物的固体电解质用作电解质时,所述固体电解质还可以充当隔膜。
[0060]含锂盐的电解质由电解质和锂盐构成。作为所述电解质,可使用非水有机溶剂、有机固体电解质、无机固体电解质等,但本发明不限制于此。
[0061]所述非水有机溶剂可以为选自如下物质中的至少一种溶剂:碳酸酯基溶剂、酯基溶剂、醚基溶剂和酮基溶剂。特别地,非水有机溶剂可以为非质子有机溶剂,如N-甲基-2-吡咯烷酮、碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丁酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、γ-丁内酯、1,2- 二甲氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、二甲亚砜、1,3- 二氧戊环、甲酰胺、二甲基甲酰胺、二氧戊环、乙腈、硝基甲烷、甲酸甲酯、乙酸甲酯、磷酸三酯、三甲氧基甲烷、二氧戊环衍生物、环丁砜、甲基环丁砜、1,3- 二甲基-2-咪唑烷酮、碳酸亚丙酯衍生物、四氢呋喃衍生物、醚、丙酸甲酯、丙酸乙酯等。
[0062]有机固体电解质的实例包括聚乙烯衍生物、聚环氧乙烷衍生物、聚环氧丙烷衍生物、磷酸醋聚合物、搅拌赖氨酸(agitat1n lysine)、聚醋硫醚、聚乙稀醇、聚偏二氟乙稀和含有离子离解基团的聚合物。
[0063]无机固体电解质的实例包括锂(Li)的氮化物、卤化物和硫酸盐,如Li3N、Lil、Li5NI2, Li3N-Li1-L1H, LiS14, LiS14-Li1-L1H, Li2SiS3、Li4S14, Li4S14-Li1-L1H 和Li3PO4-Li2S-SiS20
[0064]所述锂盐是易溶于非水电解质中的材料,其实例包括但不限于LiCl、LiBr, Lil、LiClO4' LiBF4' LiB10Cl10' LiPF6, LiCF3SO3' LiCF3CO2' LiAsF6' LiSbF6' LiAlCl4' CH3SO3Li'(CF3SO2)2NLl氯硼烷锂、低级脂族羧酸锂、四苯基硼酸锂和酰亚胺。锂盐在电解质中的浓度可以为0.5?3M。
[0065]另外,为了提高充/放电特性和阻燃性,例如,可以向电解质中添加吡啶、亚磷酸三乙醋、三乙醇胺、环醚、乙二胺、正甘醇二甲醚、六磷酰三胺(hexaphosphoric triamide)、硝基苯衍生物、硫、醌亚胺染料、N-取代的噁唑烷酮、N, N-取代的咪唑烷、乙二醇二烷基醚、铵盐、吡略、2-甲氧基乙醇、三氯化铝等。在某些情况中,为了赋予不燃性,所述电解质可还包含含卤素的溶剂如四氯化碳和三氟乙烯。此外,为了提高高温储存特性,所述电解质可另外包含二氧化碳气体、氟代碳酸亚乙酯(FEC)、丙烯磺酸内酯(PRS)等。
[0066]可以将包含一个或多个上述锂二次电池的电池组用作需要高温稳定性、长循环寿命和高倍率特性的装置的电源。
[0067]所述装置的实例包括电动车辆、混合电动车辆(HEV)和插电式混合电动车辆(PHEV)等,且本发明的二次电池由于其优异的输出特性而可以期望用于混合电动车辆。
[0068]近来,正在对锂二次电池在电力存储装置中的使用进行积极研宄,在所述电力存储装置中将未使用的电力转化成物理能或化学能以进行存储,并在需要时将转化的能量用作电能。
【附图说明】
[0069]图1是显示负极的X射线衍射(XRD)谱图的图,所述负极使用本发明的无定形碳;
[0070]图2是显示本发明的实验例I的输出特性的图;
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