[發(fā)明專利]表面涂覆方法以及用于降低富鋰過渡金屬氧化物電極的不可逆容量損失的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310757005.4
• 申請(qǐng)日: 2013-12-09
• 公開（公告）號(hào): CN105304855A
• 公開（公告）日: 2016-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: Q·肖;M·蔡
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H01M4/04
• 分類號(hào): H01M4/04;H01M4/1391
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 韋欣華;楊思捷

背景技術(shù)

二次或可充電的鋰離子電池應(yīng)用于許多固定式以及便攜式裝置中，如應(yīng)用在消費(fèi)電子設(shè)備、汽車和航天航空工業(yè)中的那些。出于各種原因，包括相對(duì)高的能量密度、與其他種類的可充電電池相比一般不存在任何記憶效應(yīng)、相對(duì)低的內(nèi)阻以及不使用時(shí)低的自放電率，鋰離子型電池得以普及。

通常，鋰離子電池通過使鋰離子在負(fù)極(例如陽(yáng)極)和正極(例如陰極)之間可逆地流通來(lái)運(yùn)行。所述負(fù)極和正極位于用適合傳導(dǎo)鋰離子的電解質(zhì)溶液浸泡過的微孔聚合物隔膜(separator)的兩側(cè)。負(fù)極和正極還各自受集電器調(diào)節(jié)accommodate)。與這兩個(gè)電極關(guān)聯(lián)的集電器通過可中斷的外電路連通，該外電路允許電流在電極之間流通以電平衡相關(guān)的鋰離子遷移。此外，負(fù)極可包括嵌鋰基質(zhì)材料(lithiumintercalationhostmaterial)，并且正極可包括鋰基活性材料，其在比負(fù)極的嵌鋰基質(zhì)材料更高的電勢(shì)下能夠儲(chǔ)存鋰離子。該電解質(zhì)溶液可包含溶解于非水溶劑中的鋰鹽。

能夠利用鋰離子電池，或者串聯(lián)或并聯(lián)的多個(gè)鋰離子電池可逆地向相關(guān)聯(lián)的負(fù)載設(shè)備供電。下面從電池放電開始簡(jiǎn)要論述單個(gè)電力循環(huán)(powercycle)。

放電開始時(shí)，鋰離子電池的負(fù)極包含高濃度的嵌入鋰而正極是相對(duì)貧化的depleted)。在這種情況下，負(fù)極和正極之間閉合的外電路的建立導(dǎo)致嵌入鋰從負(fù)陽(yáng)極脫出。脫出的鋰原子離開嵌入基質(zhì)時(shí)在電極-電解質(zhì)界面處分裂成鋰離子和電子。該鋰離子由離子傳導(dǎo)性電解質(zhì)溶液攜帶穿過位于中間的聚合物隔膜的微孔從負(fù)極到正極，與此同時(shí)，電子通過外電路從負(fù)極傳送到正極(在集電器的幫助下)以平衡整個(gè)電化學(xué)電池。電子通過外電路的這種流動(dòng)能夠被利用(hamess)并且供給負(fù)載設(shè)備，直到負(fù)極中嵌入鋰的水平低于可用(workable)水平或者不再需要提供電力。

在可用容量部分或全部放電之后，鋰離子電池可重新充電。為了使鋰離子電池充電或恢復(fù)電力，將外部電源連接到正極和負(fù)極以驅(qū)動(dòng)電池放電電化學(xué)反應(yīng)反轉(zhuǎn)。即，在充電期間，外部電源提取正極中存在的鋰以產(chǎn)生鋰離子和電子。該鋰離子由電解質(zhì)溶液攜帶穿過隔膜返回，并且電子被驅(qū)動(dòng)經(jīng)由外電路返回，兩者均朝向負(fù)極。鋰離子和電子最終在負(fù)極上重新結(jié)合，從而向其中補(bǔ)充嵌入鋰供后續(xù)電池放電使用。概述

本文中公開了一種表面涂覆方法以及用于降低富鋰過渡金屬氧化物(lithiumrichtransitionaloxide)電極的不可逆容量損失的方法。在表面涂覆方法的一個(gè)實(shí)例中，形成富鋰過渡金屬氧化物粉末和氧化物前體或磷酸鹽前體在液體中的分散體。蒸發(fā)所述液體。在沒有空氣存在的情況下進(jìn)行所述形成步驟和蒸發(fā)步驟以防止氧化物前體或磷酸鹽前體的沉淀。在預(yù)定條件下控制氧化物前體或磷酸鹽前體的水解，并形成中間產(chǎn)物。對(duì)該中間產(chǎn)物進(jìn)行退火，以形成氧化物包覆的富鋰過渡金屬氧化物粉末或磷酸鹽包覆的富鋰過渡金屬氧化物粉末。

特別地，本文中公開了以下方面的內(nèi)容：

1、表面涂覆方法，包括：

形成富鋰過渡金屬氧化物粉末與氧化物前體或磷酸鹽前體在液體中的分散體；

蒸發(fā)所述液體；

在沒有空氣存在的情況下進(jìn)行該形成步驟和蒸發(fā)步驟以防止氧化物前體或磷酸鹽前體的沉淀；

在預(yù)定條件下控制所述氧化物前體或磷酸鹽前體的水解，從而形成中間產(chǎn)物；以及

對(duì)該中間產(chǎn)物進(jìn)行退火以形成氧化物包覆的富鋰過渡金屬氧化物粉末或磷酸鹽包覆的富鋰過渡金屬氧化物粉末。

2、如方面1所述的表面涂覆方法，其中所述富鋰過渡金屬氧化物粉末是xLi₂MnO₃-(1-x)LiMO₂，其中0≤x≤1，并且M=Ni、Co或Mn。

3、如前述方面中任一項(xiàng)所述的表面涂覆方法，其中：

所述氧化物前體選自氧化釩前體、氧化鈦前體、氧化鋯前體、氧化鋁前體、氧化鋅前體、氧化鈮前體、氧化鎢前體和二氧化硅前體；或者

所述磷酸鹽前體選自磷酸鋁前體、磷酸鈷前體和磷酸鈦前體。

4、如方面3所述的表面涂覆方法，其中所述氧化物前體是三異丙醇氧釩(V)。

5、如方面4所述的表面涂覆方法，其中在約100℃至約300℃的溫度下實(shí)施退火。

6、如方面3所述的表面涂覆方法，其中：

使用氧化鈦前體，并且在約100℃至約400℃的溫度下實(shí)施退火；

使用氧化鋯前體，并且在約100℃至約400℃的溫度下實(shí)施退火；

使用氧化鋁前體，并且在約100℃至約350℃的溫度下實(shí)施退火；