人工合成SEI阴极材料以及包含此人工合成SEI阴极材料的锂二次电池制造技术

在此揭示一种人工合成的SEI阴极材料，可用在充电式电池，特别是锂二次电池。所述人工合成的SEI阴极材料其结构上包含阴极材料，和导电聚合物/碳材料复合物，所述导电聚合物/碳材料复合物包覆该阴极材料用以在二次电池的阴极周围形成固态电解质界面(a sol id electrolyte interface,SEI)，使得该二次电池展现出改良的电化学特性，其中该导电聚合物/碳材料复合物的重量不超过该人工合成的SEI阴极材料重量的5％。同时以提供一种包含以此人工合成的SEI阴极材料制成的阴极的锂二次电池，因其阴极表面上形成一层稳定的SEI层而能使锂二次电池展现出较对照组二次电池而言，较佳的电化学特性，包括降低等效串联电阻(ESR)值、提高电容以及电池寿命长。

Synthetic SEI cathode material and lithium two secondary battery including the synthetic SEI cathode material

Disclosed herein is a synthetic SEI cathode material that can be used in rechargeable batteries, in particular lithium two cells. The structure of the synthetic SEI cathode material containing cathode materials and conducting polymer / carbon composites, the conductive polymer / carbon composites coating the cathode material for secondary battery cathode in two around the formation of solid electrolyte interface (a sol id electrolyte interface, SEI). The two cells show improved electrochemical properties, in which the artificial synthesis of SEI cathode material weight of the conductive polymer / carbon composites by weight not exceeding 5%. At the same time to provide a cathode containing this synthetic SEI cathode material for lithium secondary battery two, due to the formation of SEI layer on the surface of the cathode and the stability of the lithium battery can make two show two times compared with the control group cells, better electrochemical properties, including lower equivalent series resistance (ESR) value, the improvement of capacitance and long battery life.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】人工合成SEI阴极材料以及包含此人工合成SEI阴极材料的锂二次电池
本揭示内容涉及充电式电池的新颖的人工合成SEI阴极材料。据此，本揭示内容也涉及以此新颖、人工合成的SEI阴极材料所制成的锂二次电池。
技术介绍
锂二次电池包含正极和负极，以及存在于正极和负极间的有机电解液，其中正极和负极材料中含有能够可逆地嵌入或游离的锂，作为其中的正极或负极活性材料。基本上，锂电池通过过锂离子被嵌入至正极和负极材料中或是从其中游离出来的氧化还原反应，来产生并储存电能。传统上锂二次电池，在第一次充放电循环后，因阴极材料表面上新生成的一层被动层(亦即，固态电解质界面层(solidelectrolyteinterface,SEI))造成电容不可逆耗损(irrevisiblecapacityloss,ICL)，使得电池效能下降。此SEI层是由于阴极表面上的溶剂分子分解以及锂离子不可逆地嵌入至阴极材料层所致。上述ICL现象也表现为在锂电池第一次充放电循环初期所观察到的高阻抗值，然而，本领域技术人员多半将所观察到的高阻抗值归咎于电极表面新生成的SEI层阻绝电流的缘故，或是将其视为电荷转移电阻(charge-transferresistance)的一部分。一般商业用钮扣型锂电池的等效串联电阻(equivalentseriesresistance,ESR)大约在30-200欧姆间，大部分都在75欧姆左右。高电阻意谓着电池充放电期间电容上会出现大幅度的欧姆耗损(ohmiclosses)，这类的耗损会造成电池无法在短期间内有效地充、放电，不利电池效能。综上所述，可合理地推论锂电池的运作，与SEI层的稳定性与导电性密切相关。因此，相关
需要一种改良的锂电池阴极材料，其至少可在一部份的阴极材料表面形成一层相对稳定且具导电性的SEI层，以致包含有由此改良的锂电池阴极材料所制成的阴极的充电式锂电池，可呈现出较佳的电化学特性，包括降低锂电池的ESR、提高电容，同时电池寿命较长。
技术实现思路
基于此
相关问题，本揭示内容主要目的是提供一种人工合成的SEI阴极材料，可用在充电式电化学电池，特别是锂二次电池。据此，包含有由所述人工合成的SEI阴极材料制成的阴极的锂二次电池，因其阴极表面上形成一层稳定的SEI层而能展现出较对照组二次电池而言，较佳的电化学特性，包括降低等效串联电阻(ESR)值、提高电容以及电池寿命长。因此，本揭示内容一方面提供一种人工合成的SEI阴极材料，包含阴极材料：和导电聚合物/碳材料复合物，所述导电聚合物/碳材料复合物包覆该阴极材料用以在二次电池的阴极周围形成固态电解质界面(asolidelectrolyteinterface,SEI)，其中该导电聚合物/碳材料复合物的重量不超过该人工合成的SEI阴极材料重量的5％。在某些实施方式中，该导电聚合物/碳材料复合物的重量不超过该人工合成的SEI阴极材料重量的2％。在其它实施方式中，该导电聚合物/碳材料复合物的重量不超过该人工合成的SEI阴极材料重量的1％。依据各实施方式，所述阴极材料可以是磷酸锂铁(lithiumironphosphate,LFP)、磷酸锂锰(lithiummanganesephosphate,LMP)、锂钴氧化物(lithiumcolbaltoxide,LCO)、锂锰氧化物(lithiummanganeseoxide,LMO)、锂镍氧化物(lithiumnickeloxide,LNO)、锂镍锰钴氧化物(lithiumnickelmanganesecolbaltoxide,NMC)、锂镍钴铝氧化物(lithiumnickelcolbaltaluminumoxide,NCA)、或钛酸锂(lithiumtitanate,LTO)。在一实施方式中，所述阴极材料是NMC；在另一实施方式中，所述阴极材料是LCO。依据各实施方式，所述导电聚合物/碳材料复合物由导电聚合物以及碳材料组成，且该碳材料重量不超过该导电聚合物/碳材料复合物重量的25％(重量％)。较佳是，该碳材料重量不超过该导电聚合物/碳材料复合物重量的20％(重量％)。更佳是，该碳材料重量不超过该导电聚合物/碳材料复合物重量的12％(重量％)。最佳是，该碳材料重量不超过该导电聚合物/碳材料复合物重量的9％(重量％)。依据各实施方式，该导电聚合物是选自以下任一种：聚苯胺、聚吡咯、聚吲哚、聚噻吩、聚咔唑、聚氮杂(polyazepines)、聚芴、聚亚苯(polyphenylene)及其的共聚物。该碳材料是选自以下任一种：纳米碳管、纳米碳纤维、富勒烯、活性碳、石墨、石墨烯及其的组合物。在某些较佳实施方式中，所述导电聚合物/碳材料复合物是聚苯胺/石墨烯复合物，其中石墨烯重量约为所述导电聚合物/碳材料复合物重量的9-18％。依据各实施方式，相较于未包覆有本专利技术导电聚合物/碳材料复合物的阴极材料而言，本专利技术人工合成的SEI阴极材料在3C速率下的放电电容增加了至少约13％。依据本揭示内容另一实施方式，相较于未包覆有本专利技术导电聚合物/碳材料复合物的阴极材料而言，本专利技术人工合成的阴极材料在5C速率下的放电电容增加了约60％。依据另一实施方式，当本专利技术人工合成的SEI阴极材料在3.0-4.2伏特间循环50次后，其在0.5C速率下的循环稳定性约在85-90％间。因此，本揭示内容另一方面提供一种锂二次电池，其包含阴极，所述阴极由本专利技术人工合成的SEI阴极材料制成；阳极和电解液。所述锂二次电池的特征在于，具有低ESR、高比电容且电池寿命长，其在相同的充、放电条件下，所述锂二次电池与对照组锂二次电池的ESR比值小于1；且所述锂二次电池与该对照组锂二次电池的电流强度比值大于1，所述的对照组锂二次电池特征在于，其阴极材料并未包覆有本专利技术的导电聚合物/碳材料复合物。依据本专利技术某些实施方式，所述人工合成的SEI阴极材料包含NMC阴极材料；和聚苯胺/石墨烯复合物，所述聚苯胺/石墨烯复合物包覆该NMC阴极材料；其中该聚苯胺/石墨烯复合物约为该人工合成的SEI阴极材料重量的1％，且该石墨烯的量约为该聚苯胺/石墨烯复合物重量的9％。依据本专利技术其它实施方式，所述人工合成的SEI阴极材料包含LCO阴极材料；和聚苯胺/石墨烯复合物，所述聚苯胺/石墨烯复合物包覆该LCO阴极材料；其中该聚苯胺/石墨烯复合物约为该人工合成的SEI阴极材料重量的1％，且该石墨烯的量约为该聚苯胺/石墨烯复合物重量的11％。依据本专利技术某些实施方式，所述锂二次电池在3C速率下约20分钟内即可达86％充电电容；在5C速率下约9分钟内即可达68％充电电容。依据本专利技术某些实施方式，所述锂二次电池在第一次循环时，于0.5C-5C速率下，其放电电容量在105-128mAh/g间。依据本专利技术某些实施方式，所述锂二次电池在1C速率下约64分钟内即可达96％充电电容；在3C速率下约18分钟内即可达78％充电电容。依据本专利技术其它实施方式，所述锂二次电池在3.0-4.2伏特间循环50次后，其的循环稳定性在85-90％间。本揭示内容的一或多个实施方式，将详述于下文实施方式中。通过以下的详细说明与附随的申请专利范围将可更了解上述本揭示内容的特征。需知，以上的概述及以下的详细说明仅为例示，目的是用来阐述本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二次电池用的人工合成的SEI阴极材料，包含：阴极材料，其选自由磷酸锂铁(lithium iron phosphate,LFP)、磷酸锂锰(lithium manganese phosphate,LMP)、锂钴氧化物(lithium colbalt oxide,LCO)、锂锰氧化物(lithium manganese oxide,LMO)、锂镍氧化物(lithium nickel oxide,LNO)、锂镍锰钴氧化物(lithium nickel manganese colbalt oxide,NMC)、锂镍钴铝氧化物(lithium nickel colbalt aluminum oxide,NCA)、和钛酸锂(lithium titanate,LTO)组成的群组：和导电聚合物/碳材料复合物，所述导电聚合物/碳材料复合物至少部份包覆该阴极材料用以在该二次电池的阴极周围形成人工合成的固态电解质界面(a solid electrolyte interface,SEI)：其中，该导电聚合物/碳材料复合物的重量不超过该人工合成的SEI阴极材料重量的5％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种二次电池用的人工合成的SEI阴极材料，包含：阴极材料，其选自由磷酸锂铁(lithiumironphosphate,LFP)、磷酸锂锰(lithiummanganesephosphate,LMP)、锂钴氧化物(lithiumcolbaltoxide,LCO)、锂锰氧化物(lithiummanganeseoxide,LMO)、锂镍氧化物(lithiumnickeloxide,LNO)、锂镍锰钴氧化物(lithiumnickelmanganesecolbaltoxide,NMC)、锂镍钴铝氧化物(lithiumnickelcolbaltaluminumoxide,NCA)、和钛酸锂(lithiumtitanate,LTO)组成的群组：和导电聚合物/碳材料复合物，所述导电聚合物/碳材料复合物至少部份包覆该阴极材料用以在该二次电池的阴极周围形成人工合成的固态电解质界面(asolidelectrolyteinterface,SEI)：其中，该导电聚合物/碳材料复合物的重量不超过该人工合成的SEI阴极材料重量的5％。2.如权利要求1所述的人工合成的SEI阴极材料，其中该导电聚合物/碳材料复合物的重量不超过该人工合成的SEI阴极材料重量的2％。3.如权利要求2所述的人工合成的SEI阴极材料，其中该导电聚合物/碳材料复合物的重量不超过该人工合成的SEI阴极材料重量的1％。4.如权利要求1所述的人工合成的SEI阴极材料，其中该导电聚合物/碳材料复合物是由导电聚合物以及碳材料组成，且该碳材料重量不超过该导电聚合物/碳材料复合物重量的25％(重量％)。5.如权利要求4所述的人工合成的SEI阴极材料，其中该导电聚合物/碳材料复合物中的该导电聚合物是选自由聚苯胺、聚吡咯、聚吲哚、聚噻吩、聚咔唑、聚氮杂(polyazepines)、聚芴、聚亚苯(polyphenylene)及其的共聚物所组成的群组；且该导电聚合物/碳材料复合物中的该碳材料是选自由纳米碳管、纳米碳纤维、富勒烯、活性碳、石墨、石墨烯及其的组合物所组成的群组。6.如权利要求5所述的人工合成的SEI阴极材料，其中该导电聚合物/碳材料复合物是由聚苯胺和石墨烯所组成的复合物。7.如权利要求6所述的人工合成的SEI阴极材料，其中该阴极材料是NMC。8.如权利要求6所述的人工合成的SEI阴极材料，其中该阴极材料是LCO。9.如权利要求7所述的人工合成的SEI阴极材料，其中该人工合成的SEI阴极材料在3C速率下约20分钟内可达86％充电电容；在5C速率下约9分钟内即可达68％充电电容。10.如权利要求8所述的人工合成的SEI阴极材料，其中该人工合成的SEI阴极材料在1C速率下约64分钟内可达96％充电电容；在3C速率下约18分钟内即可达78％充电电容。11.如权利要求10所述的人工合成的SEI阴极材料，其中该人工合成的SEI阴极材料在3.0-4.2伏特间循环50次后，其在0.5C速率下的循环稳定性在85-90％间。12.一种锂二次电池，包含：阴极，由人工合成的SEI阴极材料所制成，其包含：阴极材料，其选自由磷酸锂铁(lithiumironphosphate,L...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭立祥，庄振君，林志展，
申请(专利权)人：银旺科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71