用于锂电池的膨化石墨蠕虫保护的金属氟化物和金属氯化物阴极活性材料制造技术

一种锂电池阴极层，其含有阴极活性材料(金属氟化物或金属氯化物)的多个颗粒或涂层以及由互连的石墨薄片和薄片间的孔构成的膨化石墨蠕虫层，其中(a)所述石墨蠕虫选自膨化天然石墨、膨化人造石墨、膨化中间相碳微球、膨化焦炭、膨化中间相沥青、膨化碳或石墨纤维、或其组合；(b)所述阴极活性材料颗粒或涂层具有从0.4nm至10μm的尺寸，并且其量为基于组合的石墨蠕虫和所述阴极活性材料的总重量的按重量计从1％至99％；并且(c)所述孔中的一些容纳有所述阴极活性材料的颗粒或涂层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于锂电池的膨化石墨蠕虫保护的金属氟化物和金属氯化物阴极活性材料相关申请的交叉引用本申请要求于2017年1月30日提交的美国专利申请号15/419，454的优先权，所述专利申请通过引用结合在此。
本专利技术总体上涉及可再充电锂电池领域，并且更具体地，涉及一种含有新的石墨蠕虫保护的阴极活性材料(金属氟化物和金属氯化物)组或被具有膨胀的石墨烯间空间的石墨容宿的金属氟化物和金属氯化物的阴极层，以及用于生产此阴极层的方法。
技术介绍
历史上，现今最受欢迎的可再充电能量储存装置-锂离子电池-实际上是从使用锂(Li)金属作为阳极和Li插层化合物(例如MoS2)作为阴极的可再充电“锂金属电池”发展而来的。Li金属由于它的轻重量(最轻的金属)、高电负性(相对于标准氢电极为-3.04V)、以及高理论容量(3,860mAh/g)而是理想的阳极材料。基于这些出色的特性，40年前提出了锂金属电池作为用于高能量密度应用的理想体系。由于纯锂金属的一些安全性问题，石墨代替锂金属被实施为阳极活性材料，以生产目前的锂离子电池。过去的二十年已经见证了Li离子电池在能量密度、倍率性能和安全性方面的持续改进。然而，在Li离本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于锂电池的阴极层或正电极层，所述阴极层包含阴极活性材料的多个颗粒或涂层以及由互连的石墨薄片和具有从1nm至100μm的孔径的薄片间的孔构成的膨化石墨蠕虫层，其中，a.所述膨化石墨蠕虫含有选自以下的蠕虫状手风琴结构：膨化天然石墨、膨化人造石墨、膨化中间相碳微球(MCMB)、膨化焦炭、膨化中间相沥青、膨化碳或石墨纤维、及其组合；b.所述阴极活性材料颗粒或涂层选自金属氟化物或金属氯化物，具有从0.4nm至10μm的尺寸，并且其量为基于组合的所述膨化石墨蠕虫和所述阴极活性材料的总重量的按重量计从1％至99％；并且c.所述薄片间的孔中的一些容纳有所述阴极活性材料颗粒或涂层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.30 US 15/419,4541.一种用于锂电池的阴极层或正电极层，所述阴极层包含阴极活性材料的多个颗粒或涂层以及由互连的石墨薄片和具有从1nm至100μm的孔径的薄片间的孔构成的膨化石墨蠕虫层，其中，a.所述膨化石墨蠕虫含有选自以下的蠕虫状手风琴结构：膨化天然石墨、膨化人造石墨、膨化中间相碳微球(MCMB)、膨化焦炭、膨化中间相沥青、膨化碳或石墨纤维、及其组合；b.所述阴极活性材料颗粒或涂层选自金属氟化物或金属氯化物，具有从0.4nm至10μm的尺寸，并且其量为基于组合的所述膨化石墨蠕虫和所述阴极活性材料的总重量的按重量计从1％至99％；并且c.所述薄片间的孔中的一些容纳有所述阴极活性材料颗粒或涂层。2.如权利要求1所述的阴极层，其中，当在没有所述阴极活性材料的情况下测量时，所述膨化石墨蠕虫具有从0.01至1.7g/cm3的密度、从5至1,000m2/g的比表面积、至少10W/mK的热导率、或不小于100S/cm的电导率。3.如权利要求1所述的阴极层，其中，所述金属氟化物或金属氯化物选自由以下组成的组：CoF3、MnF3、FeF3、VF3、VOF3、TiF3、BiF3、NiF2、FeF2、CuF2、CuF、SnF2、AgF、CuCl2、FeCl3、MnCl2、及其组合。4.如权利要求1所述的阴极层，其中，所述阴极活性材料颗粒或涂层具有小于100nm的尺寸。5.如权利要求1所述的阴极层，其中，所述阴极活性材料颗粒或涂层具有小于10nm的尺寸。6.如权利要求1所述的阴极层，其中，所述阴极活性材料颗粒含有呈具有小于100nm的直径或厚度的纳米线、纳米管、纳米盘、纳米丝带、纳米带、或纳米片晶形式的过渡金属氟化物或氯化物颗粒。7.如权利要求1所述的阴极层，进一步在其中包含碳或石墨材料，其中所述碳或石墨材料与所述阴极活性材料呈电子接触或沉积在所述阴极活性材料上。8.如权利要求7所述的阴极层，其中，所述碳或石墨材料选自聚合碳、无定形碳、化学气相沉积碳、煤焦油沥青、石油沥青、中间相沥青、炭黑、焦炭、乙炔黑、活性炭、具有小于100nm的尺寸的细膨胀石墨颗粒、人造石墨颗粒、天然石墨颗粒、及其组合。9.如权利要求1所述的阴极层，进一步包含选自碳材料、电子导电聚合物、导电金属氧化物、导电金属涂层、或锂传导材料的导电保护性涂层，所述导电保护性涂层被沉积到或包裹在所述阴极活性材料颗粒上。10.如权利要求1所述的阴极层，其中，所述膨化石墨蠕虫具有从0.5至1.7g/cm3的密度或所述薄片间的孔具有从2nm至100nm的孔径。11.如权利要求1所述的阴极层，其中，当在不存在阴极活性材料的情况下测量时，所述膨化石墨蠕虫具有从10至200m2/g的比表面积或从0.1至1.5g/cm3的密度。12.一种用于锂电池的阴极层或正电极层，所述阴极层包含(a)具有膨胀的石墨烯平面间空间的石墨或碳材料层，其中如通过X射线衍射测量的平面间间距d002为从0.43nm至2.0nm，以及(b)存在于所述石墨烯平面间空间中的阴极活性材料，其中所述阴极活性材料选自金属氟化物或金属氯化物并且其量为基于组合的所述石墨或碳材料和所述阴极活性材料的总重量的按重量计从1％至95％。13.如权利要求12所述的阴极层，其中，所述石墨或碳材料选自天然石墨、人造石墨、中间相碳微球(MCMB)、焦炭、中间相沥青、碳或石墨纤维、或多...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿茹娜·扎姆，张博增，
申请(专利权)人：纳米技术仪器公司，
类型：发明
国别省市：美国,US