[發(fā)明專利]用于電池活性材料合成的前驅(qū)物制劑

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201280022742.3
• 申請(qǐng)日: 2012-05-11
• 公開（公告）號(hào): CN103518276A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊彔;王苗君;曾冬利
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 應(yīng)用材料公司
• 主分類號(hào): H01M4/139
• 分類號(hào): H01M4/139;H01M10/0525;H01M4/04;H01M4/48;H01M4/1391
• 代理公司: 北京律誠(chéng)同業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11006
• 代理人: 徐金國(guó)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的實(shí)施方式通常涉及鋰離子電池，且更具體地說，本發(fā)明的實(shí)施方式涉及用于制造所述電池的方法和組合物。

背景技術(shù)

諸如超級(jí)電容器和鋰(Li)離子電池的快速充電的大容量?jī)?chǔ)能裝置被用于越來越多的應(yīng)用，所述應(yīng)用包括便攜式電子產(chǎn)品、醫(yī)療器械、運(yùn)輸工具、電網(wǎng)連接的大能量?jī)?chǔ)存、可再生能量?jī)?chǔ)存以及不間斷電源(uninterruptible?power?supplies;UPS)。在現(xiàn)代可充電式儲(chǔ)能裝置中，現(xiàn)有的集電器是用電導(dǎo)體制成的。用于正極集電器（陰極）的材料的實(shí)例包括鋁、不銹鋼和鎳。用于負(fù)極集電器（陽極）的材料的實(shí)例包括銅(Cu)、不銹鋼和鎳(Ni)。所述集電器可以是箔、薄膜或薄板的形式，具有通常范圍在約6μm至50μm的厚度。

Li離子電池的陽極中的活性電極材料通常是選自鋰過渡金屬氧化物，所述氧化物例如LiMn₂O₄、LiCoO₂、LiNiCO₂，或Ni、Li、Mn和Co氧化物的組合，且所述活性電極材料包括諸如碳或石墨的導(dǎo)電顆粒，和粘合劑材料。所述正電極材料被視為嵌鋰化合物，在所述化合物中，導(dǎo)電材料的數(shù)量通常在按重量計(jì)0.1%至15%的范圍中。

石墨通常被用作陰極的活性電極材料且石墨可以是嵌鋰消旋碳微珠(meso-carbon?micro?beads;MCMB)粉末形式，所述MCMB粉末是由直徑為大約10μm的MCMB組成。嵌鋰MCMB粉末是分散在聚合粘合劑基質(zhì)中。粘合劑基質(zhì)的聚合物是由熱塑性聚合物制成，所述熱塑性聚合物包括具有橡膠彈性的聚合物。聚合粘合劑用于將MCMB材料粉末粘合在一起以控制在集電器表面上的MCMB粉末的裂縫形成和分解。聚合粘合劑的數(shù)量通常在0.5至30的重量百分比的范圍中。

Li離子電池的隔離器通常是由諸如聚乙烯泡沫的微孔聚烯烴聚合物制成的，且所述隔離器是應(yīng)用在單獨(dú)的制造步驟中。

隨著Li離子電池變得對(duì)功率應(yīng)用更加重要，需要成本有效的、大批量制造方法。Li離子電池的電極通常是使用溶膠凝膠工藝制造的，在所述工藝中，將電池活性材料的膏劑作為薄膜施用于基板且隨后干燥以產(chǎn)生最終部件。通常也將CVD和PVD工藝用于形成薄膜電池的電池活性層。然而，所述工藝具有有限的產(chǎn)量，且所述工藝對(duì)于大批量制造并非是成本有效的。

因此，在本領(lǐng)域中需要用于制造Li離子電池的成本有效的、大批量的方法和適用于所述方法的新材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了在基板上形成電池活性層的組合物和方法。將電池活性金屬陽離子和反應(yīng)陰離子的溶液與添加劑混合以產(chǎn)生前驅(qū)物混合物，所述前驅(qū)物混合物可用于合成沉積到基板上的電池活性材料。所述溶液可包括諸如水的溶劑或諸如甲醇和乙醇的有機(jī)離子溶劑。電池活性金屬陽離子包括鋰、錳、鈷、鎳、鐵、釩等等。反應(yīng)陰離子包括硝酸鹽、醋酸鹽、檸檬酸鹽、酒石酸鹽、馬來酸鹽、疊氮化物、氨化物，及其他低級(jí)羧酸鹽。適當(dāng)?shù)奶砑觿梢允撬苄缘模┛砂ò被衔铩？商砑哟己吞且哉{(diào)節(jié)碳含量和溶液燃燒特性。可進(jìn)行放熱反應(yīng)，或其他加熱工藝以將金屬轉(zhuǎn)化成電池活性氧化物。

附圖說明

為了可詳細(xì)地理解本發(fā)明的上述特征，可參照實(shí)施方式獲得上文簡(jiǎn)要概述的本發(fā)明的更特定描述，所述實(shí)施方式中的一些實(shí)施方式在附圖中圖示。然而，應(yīng)注意，附圖僅圖示了本發(fā)明的典型實(shí)施方式且因此不將附圖視為限制本發(fā)明的范疇，因?yàn)楸景l(fā)明可允許其他等效的實(shí)施方式。

圖1是概述根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的方法的流程圖。

圖2是示出兩個(gè)實(shí)施方式的充電/放電性能的圖表。

為了便于理解，盡可能使用相同元件符號(hào)來表示在附圖中共用的相同元件。可以預(yù)期，在一個(gè)實(shí)施方式中公開的元件可在無需特定敘述的情況下有利地用于其他實(shí)施方式。

具體實(shí)施方式

用于合成電池活性材料的前驅(qū)物配方包括用于活性材料合成所需的離子以及添加劑。圖1是總結(jié)根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的用于在基板上形成電池活性層，或合成并收集電池活性材料的方法100的流程圖。在102處，向分配器提供包含添加劑的電池前驅(qū)物溶液。電池前驅(qū)物溶液通常是將轉(zhuǎn)化為電池活性材料的金屬離子的金屬鹽溶液。溶劑可以是水或諸如甲醇或乙醇的有機(jī)離子溶劑，或是離子溶劑的混合物。添加劑中的一種或多種可以是水溶性的，且可以是含碳物種或有機(jī)材料，所述有機(jī)材料例如通過燃燒促進(jìn)來自溶解金屬離子的電池活性材料的合成。一種或多種添加劑也可通過與所述離子形成復(fù)合物來促進(jìn)高質(zhì)量活性材料的形成。