[發明專利]具有結晶狀無機材料和/或無機-有機雜化聚合物制成的涂層的微粒電極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201380060385.4
• 申請日: 2013-11-19
• 公開（公告）號: CN104812485A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 安德里亞斯·比特內爾;烏維·古恩托;比爾克-伊麗莎白·奧爾索斯基;約亨·舒爾茨;曼弗雷德·羅默爾;莫里茨·米爾德;維里加·安菲姆威特
• 申請（專利權）人: 弗勞恩霍弗應用技術研究院
• 主分類號: B01J35/00
• 分類號: B01J35/00;H01G11/30;H01M4/04;H01M4/131;H01M4/1391;H01M4/36;H01M4/525;H01M4/62;H01M4/02
• 代理公司: 北京同達信恒知識產權代理有限公司 11291
• 代理人: 黃志華;何月華

技術領域

根據本發明，提供了微粒電極材料，所述微粒電極材料具有高的能量密度、高的安全性和長的使用壽命(相對于降解和材料疲勞的穩定性)。此外，所述電極材料以高的電導率和高的離子傳導率為特征，從而實現較低的電阻值。此外，根據本發明，提供了包覆微粒電極材料的方法，通過所述方法，可以制備根據本發明的電極材料。最后，展示了根據本發明的電極材料的用途。

背景技術

一種隨后描述的創新方法是鋰蓄電池中電極材料的表面鈍化，所述電極材料的表面鈍化是耐久的，它是由與電解質的反應引起的。這后面通常跟隨著所述電極材料的逐步降解。它要為其有限的使用壽命負最終責任。

這些反應在高壓負載的情況下，表現得特別強烈。這意味著所述蓄電池不能發揮其全部的儲能潛力。由此產生的固體電解質界面(SEI)引起對載流子(即電子和鋰離子)嵌入的阻力。與其相關的有限的電流負載能力，反過來限制了這些蓄電池的功率密度。

迄今為止，這些負效應通過使用金屬氧化物或氟化物制成的微粒涂層對蓄電池材料進行表面加工已經被降低(US?2011/0076556?A1,US?2011/0111298?A1)。

事實上，利用微粒涂層保護所述活性材料避免發生不希望的反應是可行的，但是，這種改善與更加困難的載流子嵌入，尤其是鋰離子嵌入有關。這表現在由于更加困難的離子進入活性材料的傳輸而導致的升高的電阻。所述高電阻又對能量密度和功率密度具有不利的影響。

為了能夠實現新一代蓄電池在固定能量存儲和電動車輛中的廣泛應用，有必要從能量密度、功率密度、安全性和長的使用壽命方面改善為此目的所使用的材料。

發明內容

本發明的一個目的是提供被包覆的電極材料，所述電極材料的涂層具有相對于現有技術更高的電導率。

所述目的是通過根據權利要求1的被包覆的微粒電極材料、根據權利要求15、21和25的包覆電極材料的方法、根據權利要求26的無機材料和雜化聚合物的用途、以及根據權利要求27的根據本發明的電極材料的用途而實現。從屬權利要求顯示了有利的發展。

根據本發明，提供了被包覆的微粒電極材料，其包含從鋰嵌入物質和鋰脫嵌物質中選擇的微粒電極材料，所述材料至少部分地具有，

a)納米結構涂層，所述納米結構涂層包含至少一種結晶狀的、微粒的無機材料或由至少一種結晶狀的、微粒的無機材料組成；和/或

b)雜化聚合物涂層，所述雜化聚合物涂層包含至少一種無機-有機雜化聚合物或由至少一種無機-有機雜化聚合物組成。

根據本發明，術語“微粒”或術語“顆粒”理解為不僅可以為圓形的主體，也可以為，例如葉片狀、棒狀、線狀和/或纖維狀的主體。術語“雜化聚合物”理解為在聚合物的無機組分(或相)和有機組分(或相)之間存在化學共價鍵。

在所述涂層中使用結晶狀的、微粒的無機材料的優點是顆粒晶界的表面效應被利用，并且由于載流子和自由晶格位置在該處大量出現，促進了并因此改善了載流子進入電極材料的傳輸。由此不僅使實現先前的層狀屬性，而且實現提高電極材料的功率密度成為可能。

在所述涂層中使用無機-有機雜化聚合物的優點是雜化聚合物的性質可以通過不同的官能團被特定地調節。因此，制備以高穩定性、良好的柔韌性，尤其是高離子電導率為特征的涂層是可能的。因此，≥10^-4S/cm的電導率值以及高的能量密度和功率密度可以被實現。除了對被包覆的電極材料的安全性、長使用壽命和高壓容量改善外，還影響了所述雜化聚合物的載熱能力以及它們的化學穩定性和電化學穩定性。進一步的優點是雜化聚合物涂層的重量相比于先前的由金屬氧化物或金屬氟化物制成的涂層被顯著地降低，從而改善了所述蓄電池的特定性能參數。此外，所述雜化聚合物涂層是非常有彈性的。因此，它特別適合用于高體積膨脹(例如硅(膨脹：300％-400％))的電極材料。