具有不同的硫化物型锂离子导体的锂电池阴极制造技术

技术编号:19124988 阅读:118 留言:0更新日期:2018-10-10 06:38
本发明专利技术涉及具有不同的硫化物型锂离子导体的锂电池阴极。本发明专利技术涉及用于锂电池1的阴极10,其10包括阴极活性材料颗粒11。为了以成本有利的方式提供具有改进的循环稳定性和日历存储时间的锂电池1,将阴极活性材料颗粒11至少用第一硫化物型锂离子导体12涂覆,其中经涂覆的阴极活性材料颗粒11、12嵌入与第一硫化物型锂离子导体不同的第二硫化物型锂离子导体13中,其13是二元硫化物型锂离子导体。此外,本发明专利技术涉及其制造方法以及相应的锂电池1。

【技术实现步骤摘要】
具有不同的硫化物型锂离子导体的锂电池阴极
本专利技术涉及用于锂电池的阴极、其制造方法以及相应的锂电池。
技术介绍
基于固体的锂离子电池和-电池组可以具有例如>400Wh/kg的高的能量密度和——例如由于取消液体电解质所致的——非常好的安全性能。印刷文献US2014/0287324A1描述了阴极活性材料颗粒,其用由硫化物型固体电解质制成的涂层涂覆。印刷文献US2014/0057180A1描述了氧化物型活性材料,其用包含氧化物型固体电解质和导电剂的涂层涂覆。在此,经涂覆的氧化物型活性材料与硫化物型固体电解质接触。
技术实现思路
本专利技术的主题是用于锂电池的阴极,其包含阴极活性材料颗粒,该阴极活性材料颗粒至少被第一硫化物型锂离子导体涂覆。在此,经涂覆的阴极活性材料颗粒特别地嵌入尤其与第一硫化物型锂离子导体不同的第二硫化物型锂离子导体中。在此,该第二硫化物型锂离子导体特别是二元硫化物型锂离子导体。二元硫化物型锂离子导体可以特别地被理解为是指如下硫化物型锂离子导体,其由两种不同元素的硫化物,特别是由锂和与锂不同的其它元素,例如磷的硫化物形成。二元硫化物型锂离子导体的实例是玻璃状和/或陶瓷Li2S/P2S5,例如玻璃状Li2S/P2S5和/或玻璃状-陶瓷Li2S/P2S5,其特别是具有结晶成分,例如呈Li7P3S11形式的。硫化物型锂离子导体可以有利地具有非常高的锂离子电导率。通过将该阴极活性材料颗粒用第一硫化物型锂离子导体涂覆并且将经涂覆的阴极活性材料颗粒嵌入与第一硫化物型锂离子导体不同的第二硫化物型锂离子导体中,可以将这两种硫化物型锂离子导体朝着它们各自的应用进行优化并改进阴极活性材料之间的锂离子导电性。通过第二硫化物型锂离子导体是二元硫化物型锂离子导体,可以有利地以简单和成本有利的方式实现颗粒之间的足够高的锂离子导电性。第一硫化物型锂离子导体可以在此有利地在其对阴极活性材料的化学稳定性方面优化地选择。以此方式可以优化阴极活性材料颗粒和第二硫化物型锂离子导体之间的界面稳定性并因此有利地提高循环稳定性和日历存储时间(kalendarischeSpeicherdauer)。总体上,可以因此有利地以成本有利的方式提供具有改进的循环稳定性和日历存储时间的锂电池。在一个实施方案中,第二硫化物型锂离子导体是玻璃状和/或陶瓷的二元硫化物型锂离子导体,其特别是基于Li2S/P2S5。例如,第二硫化物型锂离子导体可以包含或是玻璃状的无定形Li2S/P2S5,其例如具有70/30至80/20的比率,例如具有在室温下10-4至10-3S/cm的锂离子电导率;和/或包含或是玻璃状-陶瓷的Li2S/P2S5,其具有结晶成分,例如呈Li7P3S11形式的,例如具有在室温下10-3至10-2S/cm的锂离子电导率。在另一个实施方案中,所述阴极活性材料颗粒包含氧化物型阴极活性材料,例如镍钴锰氧化物和/或镍钴铝氧化物,其特别是具有例如>33摩尔%的高的镍含量,如NCM622和/或NCM811和/或NCA;或由其形成。因此,可以有利地实现高的能量密度。在另一个实施方案中,第一硫化物型锂离子导体是二元或至少三元的硫化物型锂离子导体。至少三元的硫化物型锂离子导体可以特别地被理解为是指如下硫化物型锂离子导体,其由三种或更多种不同元素的硫化物,特别是由锂和至少两种与锂不同的其它元素的硫化物形成。例如,第一硫化物型锂离子导体可以包含或是二元硫化物型锂离子导体,例如玻璃状的无定形Li2S/P2S5,其例如具有≥70/30至≤80/20的比率,例如具有在室温下10-4至10-3S/cm的锂离子电导率;和/或玻璃状-陶瓷的Li2S/P2S5,其具有结晶成分,例如呈Li7P3S11形式的,例如具有在室温下10-3至102S/cm的锂离子电导率;和/或包含或是至少三元的硫化物型锂离子导体,其例如具有空间群P42/nmc,例如Li10GeP2S12、Li10SnP2S12、Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3和/或Li9.6P3S12,例如具有在室温下10-3至10-2S/cm的锂离子电导率;和/或锂-硫银锗矿,例如Li7PS6、Li6PS5Cl、Li6PS5I和/或Li6PS5Br,其例如具有空间群F-43m,例如具有在室温下10-3至10-2的锂离子电导率。在另一个实施方案中,第一硫化物型锂离子导体是锂-硫银锗矿。锂-硫银锗矿可以特别地被理解为是指衍生自化学通式Ag8GeS6的矿物硫银锗矿的化合物,其中银(Ag)被锂(Li)替代,并且其中还可以特别是,锗(Ge)部分或完全地,和/或硫(S)部分地被其它元素,例如第III、IV、V、VI和/或VII主族的元素替代。锂-硫银锗矿可以有利地具有对具有高能量密度的氧化物型阴极活性材料,如具有高镍含量的氧化物型阴极活性材料,例如NCM622和/或NCM811和/或NCA的高化学稳定性。例如,第一硫化物型锂离子导体可以包含或是-如下化学式的锂-硫银锗矿:Li7PS6和/或-至少一种如下化学通式的锂-硫银锗矿:Li6PS5X其中X表示氯(Cl)和/或溴(Br)和/或碘(I)和/或氟(F),例如X表示氯(Cl)和/或溴(Br)和/或碘(I),和/或-至少一种如下化学通式的锂-硫银锗矿:Li7-δBS6-δXδ其中B表示磷(P)和/或砷(As),X表示氯(Cl)和/或溴(Br)和/或碘(I)和/或氟(F),例如X表示氯(Cl)和/或溴(Br)和/或碘(I),且0≤δ≤1。例如,第一硫化物型锂离子导体可以包含或是如下化学式的锂-硫银锗矿:Li7PS6、Li6PS5Cl、Li6PS5Br、Li6PS5I、Li7-δPS6-δClδ、Li7-δPS6-δBrδ和/或Li7-δPS6-δIδ。在一个实施方案中,第一硫化物型锂离子导体是至少三元的,特别是三元或四元或包含更多种元素的硫化物型锂离子导体。三元和更高级的硫化物型锂离子导体,例如三元或四元或包含更多种元素的硫化物型锂离子导体可以有利地具有特别高的对于具有高能量密度的氧化物型阴极活性材料,如具有高镍含量的氧化物型阴极活性材料,例如NCM622和/或NCM811和/或NCA的化学稳定性。在另一个实施方案中,第一硫化物型锂离子导体是锂-硫银锗矿和/或锂-磷-硫化物,其包含至少一种卤化物,特别是氯化物和/或碘化物和/或溴化物,和/或锗和/或锡和/或硅。这种锂离子导体可以有利地具有低的接触电阻(Übergangswiderstand)和特别高的对于具有高能量密度的氧化物型阴极活性材料,如具有高镍含量的氧化物型阴极活性材料,例如NCM622和/或NCM811和/或NCA的化学稳定性。在另一个实施方案中,所述阴极活性材料颗粒进一步用由其它锂离子导体制成的中间层涂覆。在此,中间层又用由第一硫化物型锂离子导体制成的涂层涂覆。通过该中间层,可以降低阴极活性材料和第一硫化物型锂离子导体之间的接触电阻。在该实施方案的一个实施方式中,所述中间层的其它锂离子导体包含或是硼酸锂,特别是Li3BO3和/或LiBO2,和/或硫酸锂,例如Li2SO4,和/或钨酸锂,例如Li2WO4,和/或钼酸锂,例如Li2MoO4。这种锂离子导体被证明对于减小接触电阻而言是特别有利的本文档来自技高网...
具有不同的硫化物型锂离子导体的锂电池阴极

【技术保护点】
1.用于锂电池(1)的阴极(10),其包括阴极活性材料颗粒(11),其(11)至少用第一硫化物型锂离子导体(12)涂覆,其中经涂覆的阴极活性材料颗粒(11、12)嵌入与第一硫化物型锂离子导体不同的第二硫化物型锂离子导体(13)中,其中第二硫化物型锂离子导体(13)是二元硫化物型锂离子导体。

【技术特征摘要】
2017.03.22 DE 102017204852.21.用于锂电池(1)的阴极(10),其包括阴极活性材料颗粒(11),其(11)至少用第一硫化物型锂离子导体(12)涂覆,其中经涂覆的阴极活性材料颗粒(11、12)嵌入与第一硫化物型锂离子导体不同的第二硫化物型锂离子导体(13)中,其中第二硫化物型锂离子导体(13)是二元硫化物型锂离子导体。2.根据权利要求1的阴极(10),其中第二硫化物型锂离子导体(13)是基于Li2S/P2S5的玻璃状和/或陶瓷的二元硫化物型锂离子导体。3.根据权利要求1或2的阴极(10),其中第一硫化物型锂离子导体(12)是二元或至少三元的硫化物型锂离子导体(12)。4.根据权利要求1至3任一项的阴极(10),其中第一硫化物型锂离子导体(12)是锂-硫银锗矿和/或锂-磷-硫化物,特别是包含至少一种卤化物,特别是氯化物和/或碘化物和/或溴化物,和/或锗和/或锡和/或硅的那种。5.根据权利要求1至4任一项的阴极(10),其中第一硫化物型锂离子导体(12)是至少三元,特别是三元或四元或包含更多种元素的硫化物型锂离子导体。6.根据权利要求1至5任一项的阴极(10),其中阴极活性材料颗粒(11)还用由其它锂离子导体(12')制成的中间层(12')涂覆,其中中间层(12')又用由第一硫化物型锂离子导体(12)制成的涂层(12)涂覆。7.根据权利要求1至6任一项的阴极(10),其中中间层(12')的其它锂离子导体(12')包含硼酸锂,特别是Li3BO3和/或LiBO2,和/或硫酸锂,特别是Li2SO4,和/或钨酸锂,特别是Li...

【专利技术属性】
技术研发人员:I克卡姆力矢吉田T胡普费尔
申请(专利权)人:罗伯特·博世有限公司
类型:发明
国别省市:德国,DE

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