[發(fā)明專利]一種用于減少鋰離子電池脹氣的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410311278.0
• 申請日: 2014-07-01
• 公開（公告）號: CN104183870A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 解明;王韞宇
• 申請（專利權(quán)）人: 鎮(zhèn)江智聯(lián)德科技有限公司
• 主分類號: H01M10/058
• 分類號: H01M10/058
• 代理公司: 北京華沛德權(quán)律師事務(wù)所 11302
• 代理人: 劉杰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于減少鋰離子電池脹氣的方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池是一個快速增長的應(yīng)用產(chǎn)品。它在諸多領(lǐng)域都有重要應(yīng)用，包括混合動力汽車和插電式動力汽車。這些電池通常由含鋰的過渡金屬氧化物或者含鋰的過渡金屬磷酸鹽正極和石墨負極組成。這些電極通常由電極粉末和有機粘結(jié)劑組成。因此，電極呈現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)。

目前這些電極和電極材料都有非常嚴(yán)重的性能不足，并且安全性是不能令人滿意的。

鋰電池產(chǎn)氣(脹氣)和電池厚度變化多發(fā)生在常溫、高溫或者其他極端應(yīng)用條件下。這些現(xiàn)象會導(dǎo)致電池性能下降，破損，甚至嚴(yán)重的安全問題，包括自燃和爆炸。鋰電池產(chǎn)氣原因多種多樣，諸如電解液分解，主要包括propylene?carbonate(PC)and?dimethoxyethane(DME)。鋰電存儲中產(chǎn)氣的主要來源是PC水解產(chǎn)生的二氧化碳(CO2).該類反應(yīng)和電極材料吸水程度直接相關(guān)。

目前，商業(yè)化的正極材料包括鈷酸鋰(LiCoO₂(LCO)),鈷錳鎳酸鋰(LiMn_xNi_yCo_zO₂(x+y+z＝1)(NCM))，鎳鈷鋁鋰(LiNi_xCo_yAl_zO₂(x+y+z＝1)(NCA))。然而，在高溫下，這類鋰電池有非常嚴(yán)重的產(chǎn)氣現(xiàn)象，導(dǎo)致鋰電池體積變化，厚度增加。對于LiCoO2，產(chǎn)氣主要來源于脫鋰的鈷酸鋰和電解液間的反應(yīng)，而NCA產(chǎn)氣主要是由于表面殘余富鋰導(dǎo)致的。

對于負極來說，鈦酸鋰(Li₄Ti₅O₁₂(LTO))也吸引了非常多的注意，主要因為其長壽命和良好的安全性。但是，LTO在循環(huán)和存儲中也有非常嚴(yán)重的產(chǎn)氣現(xiàn)象。

目前，電極材料表面修飾被廣泛用于鋰電池應(yīng)用。金屬氧化物，金屬氟化物和金屬磷酸鹽被廣泛用于含鋰過渡金屬氧化物和含鋰過渡金屬磷酸鹽正極；循環(huán)性能和安全性的提高有諸多報道。

LTO負極目前主要采用碳包覆。然而，碳包覆法并不是非常成功，主要是因為難以得到沿整個顆粒表面的非常均勻的包覆。因此，碳包覆無法徹底解決LTO高溫產(chǎn)氣的問題。鋰電行業(yè)亟需一種更為有效的減少鋰電產(chǎn)氣的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于減少鋰離子電池脹氣的方法，克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的鋰離子電池脹氣的缺陷。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種用于減少鋰離子電池脹氣的方法，其具體步驟如下：

a.將電極樣品置于原子層沉積儀器反應(yīng)腔中，抽真空并加熱反應(yīng)室溫度到300～1000開爾文，使電極樣品在設(shè)定溫度下保持5～30min，反應(yīng)腔內(nèi)的氣壓低于0.01個大氣壓；

b.打開出氣閥，脈沖清掃氣，清掃3～60s；

c.關(guān)閉出氣閥，脈沖氣態(tài)前驅(qū)體A或者前驅(qū)體A與攜帶氣的混合物，時間為0.01～10秒，接著保持一段時間1秒～5分鐘；

d.然后打開出氣閥，脈沖清掃氣，清掃0.1～1分鐘；關(guān)閉出氣閥，抽真空，移去多余的反應(yīng)副產(chǎn)物；

g.返回步驟c循環(huán)執(zhí)行c以下步驟，直到得到所需的包覆厚度2～30埃米。

優(yōu)化的，在所述步驟d之后，還包括步驟：

e.關(guān)閉出氣閥，脈沖氣態(tài)前驅(qū)體B或者前驅(qū)體B與攜帶氣的混合物，時間為0.01～10秒，接著保持一段時間1秒～5分鐘；

f.然后打開出氣閥，脈沖清掃氣，清掃0.1～1分鐘；關(guān)閉出氣閥，抽真空，移去多余的反應(yīng)副產(chǎn)物。

上述反應(yīng)條件的選擇主要遵循兩個原則。第一個原則是前驅(qū)體A、B在反應(yīng)條件下是氣態(tài)。因此，根據(jù)反應(yīng)物的是否揮發(fā)選擇反應(yīng)溫度和氣壓條件。反應(yīng)溫度選在基底能夠穩(wěn)定存在，不融化，不分解，并在電極和電極部件的玻璃化溫度以下。第二個原則是前驅(qū)體A、B的反應(yīng)活性。

優(yōu)選所述前驅(qū)體A為三甲基鋁(trimethyl?aluminum)、AlCl₃三氯化鋁、鈦酸四異丙酯(tetraisopropyl?Titanate)、四氯化鈦(TiCl₄)、鉿酸四異丙酯(tetra?isopropyl?hafnate)之一或上述物質(zhì)的混合物。

優(yōu)選所述清掃氣為氮氣或氬氣；攜帶氣為氮氣或氬氣。

優(yōu)選所述前驅(qū)體B水，氧氣，臭氧，雙氧水，等離子氧原子，硫化氫，氟氣，氫氟酸之一或上述物質(zhì)的混合物。