包含稳定的锂复合颗粒的锂离子电池制造技术

一种具有阴极(102)和阳极(104)的锂离子电池(100)，阴极(102)包含具有橄榄石或尖晶石结构的材料(110)，阳极(104)包含涂有例如LiPF6、LiBF4、UClO4、LiAsF6、LiF3SO3以及它们的混合物的络合锂盐的复合锂粉末的涂层(118)。隔膜(106)配置于阳极(104)和阴极(102)之间，且非水电解质溶液(108)与阴极(102)、阳极(104)和隔膜8106)接触。阳极(104)可包含碳材料(114)。涂有络合锂盐的复合锂粉末的层(118)可配置于阳极(104)和隔膜(106)之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本申请依据35 U.S.C.§119要求2014年2月11日提交的美国临时申请系列号61/938395的优先权，本文以该申请的内容为基础并将其通过引用全文纳入本文。
本专利技术涉及锂离子电池，更具体而言，涉及包含稳定的锂复合颗粒的锂离子电池，且在与一种或多种电极有关的具体实施方式中包含橄榄石或尖晶石结构。技术背景锂离子电池常用于消费电子装置中，例如笔记本电脑和平板电脑、手机和数码相机。可再充电的锂和锂离子电池还可用于汽车中，例如电动汽车和混合动力汽车。因此，需要成本效益好、具有高能量密度或两者兼备的替代性的电池。专利技术概述本专利技术涉及锂离子电池，更具体而言，涉及包含稳定的锂复合颗粒的锂离子电池，且在与一种或多种电极有关的具体实施方式中包含橄榄石或尖晶石结构。本文公开了一种包含阳极、阴极、隔膜和复合锂粉末的锂离子电池。复合锂粉末可例如作为涂层配置于阴极、阳极或隔膜或它们的组合上。复合锂粉末包含涂有络合锂盐的基于锂金属的粉末颗粒，例如锂金属粉末或锂合金粉末或它们的组合。在一些实施方式中，电池包含阴极和具有涂层的阳极；在一些这样的实施方式中，阴极由包含橄榄石或尖晶石结构的材料构成；在一些实施方式中，阳极上的涂层为复合锂粉末。在本文所述的一些实施方式中，一种电池包含阴极，阳极，配置于阳极和阴极之间的隔膜，以及与阴极、阳极和隔膜接触的非水电解质溶液，阴极由包含橄榄石或尖晶石结构的材料构成；在一些实施方式中，优选阴极包含碳材料。在一些实施方式中，复合锂粉末的层配置于阳极和隔膜之间。在另一些实施方式中，本文所述的电池的制造方法包括将隔膜置于阳极和阴极之间，阴极包含具有尖晶石或橄榄石结构的材料，且阳极包含碳材料。包含涂有LiPF6的锂粉末的涂层可配置于隔膜和阳极之间。在以下的详细叙述中披露了各种实施方式的附加特征和优点，其中的部分内容对于本领域的技术人员而言，可以通过所述内容或通过实施本文所描述的实施方式包括以下的详细叙述、所附权利要求以及附图而变得显而易见。应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都描述了各种实施方式且都旨在提供用于理解所要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各种实施方式的进一步理解，附图并入本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了本文所描述的各种实施方式，且与描述一起用于解释所要求保护的主题的性质和操作。附图简要说明图1示意性地图示了本文所展示和描述的一种或多种实施方式的锂离子电池；图2示意性地图示了本文所展示和描述的一种或多种实施方式的稳定的锂复合颗粒；图3用图线显示了本文所展示和描述的一种或多种实施方式的具有包含和不包含位于阳极和隔膜之间的锂复合粉末的LiMn2O4阴极的电池的恒定电流放电曲线；以及图4用图线显示了本文所展示和描述的一种或多种实施方式的具有包含和不包含位于阳极和隔膜之间的锂复合粉末的LiFePO4阴极的电池的恒定电流放电曲线。专利技术详述下面详细参考锂离子电池的各种实施方式，这些锂离子电池的例子在附图中示出。只要可能，在附图中将使用相同的附图标记表示相同或相似的组件。锂离子电池的一种实施方式示于图1，且通常通篇以附图标记100指代。锂离子电池通常可包含阴极和阳极，所述阴极包含具有橄榄石或尖晶石结构的材料，所述阳极具有复合锂粉末的涂层。在下文中将具体参照附图对锂离子电池和用于形成锂离子电池的阴极和阳极的材料进行更详细地描述。现在参照图1，在各种实施方式中，锂离子电池100包含阴极102、阳极104和配置于阴极102和阳极104之间的隔膜106。锂离子在阴极102和阳极104之间的扩散在电池100中产生了电位差(即“电压”)。在一些实施方式中，电解质溶液108可配置于阴极102和阳极104之间以帮助锂离子在阴极102间的扩散。在本文所述的电池的一些实施方式中，电池100的阴极102和阳极104由使锂离子电池的能量密度相对于常规锂离子电池增强的材料形成。在本文所述的一些实施方式中，阴极102可包含具有橄榄石或尖晶石结构的材料110。例如，阴极102可包含LiMn2O4或LiFePO4。在一些实施方式中，阴极102由包含涂在基材112上的橄榄石或尖晶石结构的材料110形成，基材112由例如金属箔片的导电材料形成，例如铝箔、铜箔等。在一种实施方式中，阴极102通过将含有具有橄榄石或尖晶石结构的材料110的浆料涂在用于形成阴极102的具有碳墨的铝箔上来形成。然后对经过涂布的箔片进行干燥，以从浆料中除去液体，在箔片上留下碳的涂层和具有橄榄石或尖晶石结构的材料110。仍然参照图1，阳极104可包含碳基材料。例如，阳极104可包含石墨或硬碳材料114。硬碳的例子包括各种工业上可以获得的焦炭，例如针状焦、石油焦或来源于碳化的有机或合成原料的碳。碳基材料114可被涂在由例如铝箔、铜箔等导电材料形成的基材116上。例如在一些实施方式中，含有碳基材料114的浆料被涂在具有碳墨的铝箔上。然后对经过涂布的箔片进行干燥，以从浆料中除去液体，在箔片上留下碳基材料114的涂层。在一些实施方式中，电池100可任选地包含配置于阴极102和阳极104之间的隔膜106。隔膜106用于使电极(即阴极102和阳极104)分开，从而在防止电气短路，同时仍旧允许阴极102和阳极104之间载流子(即锂离子)的输送。在本文所述的实施方式中，隔膜106可由适合储存电解质溶液108(例如防止电解质溶液108在电池的充电或放电过程中离开隔膜106)的材料形成。通过选择能够防止电解质溶液108离开隔膜106的材料，电池变“干涸”的可能性更小。例如，隔膜106可由例如聚乙烯和聚丙烯的聚烯烃的多孔片或无纺织物形成。然而，应当理解的是，其它能够储存电解质溶液108的材料也可以使用。在本文所述的锂离子电池100的各种实施方式中，电池100包含复合锂粉末的层118。复合锂粉末可以是涂有例如2012年11月9日提交的共同拥有的同时在审美国专利申请系列号13/673019中所展示和描述的络合锂盐的锂金属粉末，该文献的全文通过引用纳入本文。复合锂粉末可以是包含涂有络合锂盐的粉末颗粒的锂金属粉末或锂合金粉末或它们的组合。层118可配置于阳极104和隔膜106之间。例如，在一种实施方式中，复合锂粉末可被直接涂在阳极104上。或者，复合锂粉末的层108可被涂在隔膜106的邻近阳极104的面上。在另一种实施方式中，所涂的复合锂粉末可被涂在阳极104和隔膜106的邻近阳极104的面上。通常，复合锂粉末包含芯体和覆盖或甚至密封该芯体的涂层。芯体可以是例如锂金属粉末或锂合金粉末。涂层包围并密封芯体。涂层可以是气密性的，防止或基本抑制水或空气(包括氧气)与芯体接触和反应。籍此，络合锂盐涂层能够使芯体中的锂粉末颗粒相对于环境暴露而稳定。现在参照图2，图2以举例的形式示意性地图示了稳定的锂复合颗粒200的截面。稳定的锂复合颗粒200包含芯体202和包围并密封芯体202的涂层204。芯体202可包含限定外表面206的单一主体。涂层204沿着涂层204的内表面208与芯体202的外表面206直接物理接触。涂层可以是无机的且不含有机物质。在各种实施方式中，芯体202是单质锂金属粉末。然而在一些实施方式中，芯体202可以是锂合金粉末。这种合金的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池，其包含：阴极，所述阴极包含材料，所述材料包含橄榄石或尖晶石结构；和阳极，所述阳极包含涂层，所述涂层包含涂有络合锂盐的复合锂粉末。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.11 US 61/938,3951.一种锂离子电池，其包含：阴极，所述阴极包含材料，所述材料包含橄榄石或尖晶石结构；和阳极，所述阳极包含涂层，所述涂层包含涂有络合锂盐的复合锂粉末。2.如权利要求1所述的电池，其特征在于，所述阴极的所述材料包含LiMnO4。3.如权利要求1所述的电池，其特征在于，所述阴极的所述材料包含LiFePO4。4.如权利要求1所述的电池，其特征在于，所述阳极包含石墨或硬碳材料。5.如权利要求1所述的电池，其特征在于，还包含：隔膜，所述隔膜配置于所述阳极和所述阴极之间，其中，所述复合锂粉末的层配置于所述阳极和所述隔膜之间。6.如权利要求1所述的电池，其特征在于，还包含：非水电解质溶液，所述非水电解质溶液包含络合锂盐。7.如权利要求1所述的电池，其特征在于，还包含电解质溶液，所述电解质溶液与所述阴极和所述阳极接触，其中，所述电解质溶液至少部分溶解所述涂层，以使涂层部分溶解前的所述电解质溶液的化学组成与涂层溶解后的所述电解质溶液的化学组成基本相似。8.如权利要求1所述的电池，其特征在于，所述络合锂盐选自LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiF3SO3以及它们的混合物。9.一种电池，其包含：阴极，所述阴极包含材料，所述材料具有橄榄石或尖晶石结构；阳极，所述阳极包含碳材料；隔膜，所述隔膜配置于所述阳极和所述阴极之间，其中，涂有络合锂盐的复合锂粉末的层配置于所述阳极和所述隔膜之间；和非水电解质溶液，所述非水电解质溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·P·加德卡埃，X·刘，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US