[發(fā)明專利]碳涂覆的磷酸錳鋰陰極材料有效
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 200880023994.1 | 申請(qǐng)日： | 2008-07-03 |
| 公開（公告）號(hào)： | CN101803075A | 公開（公告）日： | 2010-08-11 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 伊萬·埃克斯納;蒂埃里·德列津;馬爾凱塔·祖卡洛瓦;詹姆斯·邁納斯;奧塔卡爾·弗蘭克;拉迪斯拉夫·卡萬 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 陶氏環(huán)球技術(shù)公司 |
| 主分類號(hào)： | H01M4/58 | 分類號(hào)： | H01M4/58;H01M4/62;C01B25/00;H01M4/36 |
| 代理公司： | 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021 | 代理人： | 陳平 |
| 地址： | 美國(guó)*** | 國(guó)省代碼： | 美國(guó);US |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 碳涂覆 磷酸 陰極 材料 | ||
發(fā)明領(lǐng)域
本發(fā)明涉及用于電池，特別是用于鋰電池的電化學(xué)活性物質(zhì)。更明確 地，其涉及涂覆有碳層的磷酸錳鋰材料。
現(xiàn)有技術(shù)
近年來廣泛研究了可逆地嵌入鋰的陰極材料作為先進(jìn)的高能量密度 電池中的電極材料的用途，并且它們形成新興的鋰離子電池工業(yè)的基石。
鋰離子電池由一個(gè)或多個(gè)鋰電化學(xué)池制備，所述的鋰電化學(xué)池包括負(fù) 極(陽極)、正極(陰極)和用于促進(jìn)離子電荷載流子在負(fù)極和正極之間移動(dòng)的 電解質(zhì)。電極使用兩種不同的插入化合物：一種用于活性陰極，一種用于 陽極材料。插入化合物是起到用于客體原子的可逆插入的固體主體作用的 那些化合物。在鋰離子電池中，充電時(shí)，鋰從陰極材料中被提取，同時(shí)鋰 被插入到陽極中。鋰原子以溶解于非水電解質(zhì)中的離子的形式從一個(gè)電極 向另一個(gè)移動(dòng)，或“搖擺”。
近來，當(dāng)鋰過渡金屬(正)磷酸鹽作為可能的鋰離子電池陰極材料由于 它們與目前使用的LiCoO2相比時(shí)具有較低毒性、較低成本和較好的化學(xué) 穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性而吸引了注意力。橄欖石結(jié)構(gòu)中的氧離子與P5+和PO43-四面體多陰離子形成強(qiáng)共價(jià)鍵以穩(wěn)定三維構(gòu)架1。其它鋰過渡金屬氧化物 如LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2和LiMn2O4受困于循環(huán)過程中顯著的容量衰 落。這歸因于在提取和再插入過程中導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)重排。LiMnPO4提供相對(duì) 于Li+/Li的4.1V的氧化還原電勢(shì)1，2，這被認(rèn)為是對(duì)于大部分液體電解質(zhì) 可取得的最大極限值。不幸的是，磷酸錳鋰受困于低的本征電子和離子傳 導(dǎo)性以及因而放電速率能力差。電化學(xué)性能在高電流密度下特別差，這是 由于晶粒內(nèi)緩慢的鋰擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)以及低本征電子傳導(dǎo)性的緣故3，4。為了改 善其速率性能，一種途徑是通過陽離子摻雜增加本征電子傳導(dǎo)性5-7。然而， 摻雜的效果受到了質(zhì)疑，因?yàn)殡娮觽鲗?dǎo)性的增加可能起因于在高溫下制備 的樣品中導(dǎo)電雜質(zhì)的存在8。
另一種途徑是將橄欖石材料的粒度最小化9，10從而縮短陰極材料中鋰 離子的擴(kuò)散路徑長(zhǎng)度并且建立與導(dǎo)電添加劑如碳的大的接觸面積11-13。
Delacourt等14通過沉淀合成了100nm直徑的LiMnPO4顆粒，其將可 逆容量從1μm直徑顆粒時(shí)的僅35mAh/g提高至在C/20的70mAh/g。 Yonemura等4用小顆粒達(dá)到了在C/100的150mAh/g的放電容量，接近 170mAh/g的理論容量。Kwon等15還報(bào)道了溶膠-凝膠方法制備的具有在 140至160nm范圍內(nèi)的各種粒度的LiMnPO4的電化學(xué)性能，并且得到了 在C/100的156mAh/g可逆容量。因此明顯的是，粒度在決定可用的鋰容 量和充電/放電速率方面是關(guān)鍵的16-18。迄今為止，中尺度顆粒 (mesoparticulate)LiMPO4(M＝Fe，Mn)的制備仍是挑戰(zhàn)，并且僅有幾個(gè)小組 成功地制備了適當(dāng)尺寸的材料以得到鋰離子電池中的所需電化學(xué)性能。在 此需要新的途徑來改善這類電極材料的電化學(xué)性能。根據(jù)本發(fā)明，在 LiMnPO4材料上建立特定界面(specific?interface)似乎是改善LiMnPO4材料 的電化學(xué)活性的最好手段。
發(fā)明概述
本發(fā)明的主要目的是提供具有有利的電化學(xué)性質(zhì)并且可用作電化學(xué) 活性材料的新材料。
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