负极活性物质、包括其的锂电池、和制造其的方法_4

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[0121] 图3为显示根据一个实施方式的裡电池30的结构的示意图。
[0122] 参照图3,裡电池30包括正极23、负极22、W及介于正极和负极22和23之间的隔 板24。将正极23、负极22和隔板24卷绕或折叠W容纳在电池壳25中。然后,将电解质注 入电池壳25中,随后用密封部件26密封电池壳25,由此完成裡电池30的制造。电池壳25 可为圆柱形、矩形或薄膜壳。裡电池30可为裡离子电池。
[0123] 除现有的移动电话或便携式计算机之外,根据一个实施方式的裡电池还可用在例 如需要高容量、高功率输出和高温驱动的应用例如电动车中。此外,所述裡电池可与现有的 内燃机、燃料电池、超级电容器等组合用在混合动力车等中。例如,所述裡电池具有优异的 高倍率能力和寿命特性,且因此适于电动车巧V)。例如,所述裡电池适于插电式混合动力电 动车(P肥V)。
[0124] 根据另一实施方式的制备负极活性物质的方法包括:
[0125] 将结晶碳质基材、金属氧化物前体和溶剂混合W制备混合物溶液;
[01%] 将所述混合物溶液干燥W制备干燥的产物;和
[0127] 热处理所述干燥的产物。
[0128] 所述金属氧化物前体可为包括选自如下的至少一种金属的金属盐;Ti、Zr、Ni、Co、 Mn、Cr、Zn、Mo、Ta、B、Mg、Ca、Sr、Ba、V、化、加、和A1。所述金属盐可为氨氧化物、哲基氧化 物、醇盐、硫酸盐、硝酸盐和/或碳酸盐。
[0129] 例如,金属醇盐可用作金属氧化物前体。所述金属醇盐可为其中姪氧基(烷氧基) 配位到金属离子的有机金属化合物且可为溶胶形式。
[0130] 例如,所述金属醇盐可由下式2表示。
[0131] 式 2
[0132] M(0R)x
[0133]其中,1《x《5,R可为。_2。烷基,且M选自Ti、Zr、Ni、Co、Mn、Cr、Zn、B、Mg、Ca、 Sr、Ba、V、Fe、化、Mo、Nb、化和Al。所述烷基中的至少一个氨原子可被如下代替;面素原子、 被面素原子取代的。_2。烷基(例如CF3、CHF2、C&F或CCI3)、Ci_2。烷氧基、C2_2。烷氧基烷基、 哲基、硝基、氯基、氨基、脉基、阱基、腺基、駿酸或其盐、横酷基、氨横酷基、横酸或其盐、或者 磯酸或其盐。
[0134] 所述结晶碳质基材对所述金属氧化物前体的重量比可为约100:0. 01-约100:20, 例如,约 100:0. 01-约 100:10、约 100:0. 1-约 100:5、或约 100:0. 1-约 100:1。当所述金属 醇盐的量太小时,包覆的量可为小的,且因此,包覆效果可为小的,和当所述金属醇盐的量 太大时,所述电池的比容量可降低。
[01巧]所述溶剂可为水、醇、或其组合,且所述醇可为C1-C4低级醇,所述C1-C4低级醇的 实例为甲醇、己醇、异丙醇、或其组合。然而,所述溶剂不限于此,且可利用可用于实现所述 制造方法的目标的相关领域中已知的任何合适的溶剂。
[0136] 在上述制造方法中,可将所述结晶碳质基材、金属氧化物前体和溶剂混合W制备 混合物溶液,可将所述混合物溶液干燥W获得干燥的产物,和可将所述干燥的产物热处理W获得其中金属氧化物纳米颗粒形成于所述结晶碳质基材的表面上的负极活性物质。
[0137] 根据一个实施方式,所述热处理可在氮气或大气(空气)环境中在700°C或更高的 温度下进行。在700°C或更高的热处理温度下,可形成金红石相,和在低于700°C下,可仅获 得锐铁矿相。例如,当所述热处理温度为700°C或更高但低于800°C时,可获得锐铁矿相和 金红石相两者的混合物,和当所述热处理温度为800°C或更高时,可形成其中仅存在金红石 相的金属氧化物纳米颗粒。根据一个实施方式,所述热处理可在约7〇〇°C-约900°C的温度 下进行约30分钟-约10小时。
[0138] 所述制造方法可进一步包括研磨由所述热处理获得的热处理产物。
[0139] 此外,除上述湿法之外,所述负极活性物质还可通过干法形成,所述干法包括将所 述金属氧化物颗粒与所述结晶碳质基材机械混合W在所述结晶碳质基材上形成包括所述 金属氧化物纳米颗粒的包覆层。所述混合方法可为机械融合(mechano化sion)方法等。此 夕F,所述干法可进一步包括在所述结晶碳质基材上形成所述金属氧化物纳米颗粒,然后将 其热处理。
[0140] 在下文中,将参照实施例更详细地描述实例实施方式。然而,所述实施例仅为了说 明的目的且不限制范围。
[0141] 制备负极活性物质
[01创 制推连施例1 :0. 5電量%的舍奸石巧覆相
[0143] 作为碳质基材,将25g具有约10ym的平均直径的天然石墨粉末 化itachiChemical的产品)和0. 44g异丙醇铁((Ti(0邸(邸3)2)4,A1化ich的产品,和产品 编号;205273)添加到200ml异丙醇,然后混合W制备混合物溶液。在可加热的揽拌器中, 将所述混合物溶液在l〇〇°C的温度下W3(K)rpm揽拌同时除去溶剂W获得干燥的粉末。将所 述干燥的粉末在氮气(馬)气氛中在800°C的温度下锻烧1小时W获得锻烧的产物。将所述 锻烧的产物粉碎W制备在所述天然石墨的表面上包覆有0. 5重量%的量的具有金红石相 的Ti化纳米颗粒的负极活性物质。
[0144] 制推连施例2 :0. 5電量%的舍奸石+锐級矿巧覆相
[0145] W与制造实施例1中相同的方式制备负极活性物质,除了将锻烧温度改变为 700 °C之外。
[01W制推对比例1 :0. 5電量%的锐級矿巧覆相
[0147] W与制造实施例1中相同的方式制备负极活性物质,除了将锻烧温度改变为 600 °C之外。
[0148] 制推对比例2 :没有巧覆化理
[0149] 使用具有约10ym的平均直径而没有对其表面的任何包覆处理的天然石墨 化itachi化emical的产品)作为负极活性物质。
[0巧0] 评价连施例1:巧覆状杰的分析
[0151] 为了分析在制造实施例1中制备的负极活性物质的包覆状态,在锻烧之前和之后 的天然石墨基材的场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)图像示于图4A和4B中。
[0152] 如图4A和4B中所示,可得出结论,在锻烧之后,Ti〇2纳米颗粒作为岛形(作为不 连续的层)包覆在天然石墨的表面上。包覆有作为岛形的Ti化纳米颗粒的石墨负极活性 物质可具有比包覆有完整的(或连续的)层形式的Ti化纳米颗粒的石墨负极活性物质好 的裡离子迁移率。
[0巧引 评价连施例2:X畑分析
[0154] 图5显示通过使用化Ka射线获得的在制造实施例1和制造对比例1中制备的负 极活性物质的XRD分析结果。在图5中,R代表Ti〇2的金红石相且A代表TiO2的锐铁矿相。 X-射线衍射图案分析条件的细节如下:
[0巧引-仪器的型号;X'pertPROMPD(制造商;PANalytical)
[0156] -最大额定功率;3kW
[0157] -最大电压/电流;60kV/60mA
[0158] -最小步长;0. 001。
[0巧9] -2日范围;-40至巧20。
[0160] -衍射仪直径;430mm
[0161] -测量条件:扫描速率r/分钟,范围20至80。
[0162] 如图5中所示,在800°C的温度下热处理的用异丙醇铁包覆的石墨显示仅金红石 相的Ti化且在700°C的温度下热处理的用异丙醇铁包覆的石墨具有金红石和锐铁矿的混合 相的Ti〇2,且在600°C的温度下热处理的石墨具有仅锐铁矿相的Ti〇2。
[0163] 另外,为了确认Ti化的结晶相根据热处理温度的变化,将除去石墨的异丙醇铁溶 液在600°C、700°C、800°C和900°C的温度下热处理,并对由其获得的Ti化纳米颗粒进行X畑 分析且由其获得的结果示于图6中。
[0164] 如图6中所示,由在800°C(或更高)的温度下的热处理获得的产物仅显示金红 石相且由在700°C的温度下的热处理获得的产物显示金红石和锐铁矿的混合相,且由在 600°C的温度下的热处理获得的产物仅显示锐铁矿相。该些结果与由图5获得的结果匹配。 [01化]制造硬币半单元电池
[0166] 如下制造硬币半单元电池W分析根据Ti化包覆的在高温存储特性和热稳定性方 面的变化:
[0167] 连施例1
[0168] 将在制造实施例1中制备的负极活性物质和作为粘合剂的聚酷胺酷亚胺(PAI)W 90:10的重量比混合,然后W60重量%的固含量向其添加N-甲基化咯烧酬W调节粘度,审U 备负极活性物质浆料。
[0169] 将所述负极活性物质浆料W9mg/cm2涂覆在具有10ym厚度的铜巧集流体上。将 涂覆的电极板在120°C的温度下干燥15分钟,然后压制W制造负极。
[0170] 作为对电极,使用Li金属;作为隔板,使用聚己締隔板(STAR20,As址i的产品); 和作为电解质,使用(利用)溶解在碳酸亚己醋巧C):碳酸己甲醋(EMC):碳酸二己醋值EC) (3:3:4的体积比)的混合物溶剂中的1. 15MLiPFe,W制造硬币半单元电池。
[0171] 连施例2
[0172] W与实施例1中相同的方式制造硬币半单元电池,除了使用制造实施例2的负极 活性物质代替制造实施例1的负极活性物质之外。
[017引 对比例1
[0174] W与实施例1中相同的方式制造硬币半单元电池,除了使用制造对比例2的负极 活性物质代替制造实施例1的负极活性物质之外。
[01巧]评价连施例3 :高温存储特忡的评价
[0176] 将在实施例2和对比例1中制造的硬币半单元电池W0.2C倍率的恒定电流充电 直到电压达到0.01V(相对于Li),然后在保持0.01V的同时在恒定电压下完全充电直到电 流达到0.01C。然后,将所述硬币半单元电池在90°C的温度下存储=天。使用Solatron装 置(型号名称;1260FRA)测量在W0. 5mA的交流电流在约lOOOHz-约0.IHz范围内的在存 储之前和之后的AC-阻抗,且由其获得的结果示于图7中。
[0177] 如图7中所示
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