包封的阴极活性材料颗粒、含其的锂二次电池及制造方法技术

提供了一种用于锂电池的阴极活性材料的微粒，所述微粒包括一个或多个被高弹性聚合物的薄层包围或包封的阴极活性材料颗粒，所述高弹性聚合物具有不小于5％的可恢复拉伸应变、在室温下不小于10

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包封的阴极活性材料颗粒、含其的锂二次电池及制造方法相关申请的交叉引用本申请要求于2017年4月10日提交的美国专利申请号15/483,342的优先权，所述专利申请通过援引并入本文。
本专利技术总体上涉及可再充电锂电池领域，并且更具体地涉及锂电池阴极活性材料、阴极层、以及电池电芯、以及其制造方法。
技术介绍
锂离子电池的单元电芯或结构单元典型地由阳极集流体、阳极或负电极层(含有负责在其中储存锂的阳极活性材料、导电添加剂和树脂粘合剂)、电解质和多孔隔膜、阴极或正电极层(含有负责在其中储存锂的阴极活性材料、导电添加剂和树脂粘合剂)和单独的阴极集流体构成。电解质与阳极活性材料和阴极活性材料都处于离子接触。如果电解质是固态电解质，则不需要多孔隔膜。阳极层中的粘合剂用于将阳极活性材料(例如石墨或Si颗粒)和导电填充剂(例如炭黑颗粒或碳纳米管)粘合在一起以形成具有结构完整性的阳极层，并且将阳极层粘合到单独的阳极集流体上，所述阳极集流体起到在电池放电时从阳极活性材料收集电子的作用。换言之，在电池的负电极(阳极)侧，典型地包括四种不同的材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于锂电池的阴极活性材料的微粒，所述微粒包括一个或多个被高弹性聚合物的薄层包围或包封的阴极活性材料颗粒，所述高弹性聚合物具有不小于5％的可恢复拉伸应变、在室温下不小于10

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170410 US 15/483,3421.一种用于锂电池的阴极活性材料的微粒，所述微粒包括一个或多个被高弹性聚合物的薄层包围或包封的阴极活性材料颗粒，所述高弹性聚合物具有不小于5％的可恢复拉伸应变、在室温下不小于10-6S/cm的锂离子电导率、以及从0.5nm至10μm的厚度，其中所述聚合物含有具有从0.5×106至9×106g/mol的分子量的超高分子量聚合物，并且其中所述锂电池选自锂离子电池或锂金属电池，不包括金属-空气电池和金属-硫电池。


2.如权利要求1所述的微粒，其中，所述超高分子量聚合物选自聚丙烯腈、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(甲基醚丙烯酸酯)、其共聚物、其磺化衍生物、其化学衍生物、及其组合。


3.如权利要求1所述的微粒，其中，所述超高分子量聚合物具有从0.5×106至小于5×106g/mol的分子量。


4.如权利要求1所述的微粒，其中，所述超高分子量聚合物具有从1×106至小于3×106g/mol的分子量。


5.如权利要求1所述的微粒，其中，所述超高分子量聚合物含有分散在所述超高分子量聚合物的链之间的锂盐和/或液体溶剂。


6.如权利要求1所述的微粒，其中，所述超高分子量聚合物含有分散在其中的导电材料。


7.如权利要求6所述的微粒，其中，所述导电材料选自电子传导聚合物、金属颗粒或金属线、石墨烯片、碳纤维、石墨纤维、碳纳米纤维、石墨纳米纤维、碳纳米管、石墨颗粒、膨胀石墨薄片、乙炔黑颗粒、及其组合。


8.如权利要求7所述的微粒，其中，所述导电材料具有小于100nm的厚度或直径。


9.如权利要求5所述的微粒，其中，所述液体溶剂选自1,3-二氧戊环(DOL)、1,2-二甲氧基乙烷(DME)、四乙二醇二甲醚(TEGDME)、聚(乙二醇)二甲醚(PEGDME)、二乙二醇二丁醚(DEGDBE)、2-乙氧基乙基醚(EEE)、砜、环丁砜、碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(MEC)、碳酸二乙酯(DEC)、丙酸乙酯、丙酸甲酯、γ-丁内酯(γ-BL)、乙腈(AN)、乙酸乙酯(EA)、甲酸丙酯(PF)、甲酸甲酯(MF)、甲苯、二甲苯、乙酸甲酯(MA)、碳酸氟代亚乙酯(FEC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸烯丙基乙酯(AEC)、氢氟醚、离子液体溶剂、及其组合。


10.如权利要求5所述的微粒，其中，所述锂盐选自高氯酸锂LiClO4、六氟磷酸锂LiPF6、氟硼酸锂LiBF4、六氟砷化锂LiAsF6、三氟甲磺酸锂LiCF3SO3、双三氟甲基磺酰亚胺锂LiN(CF3SO2)2、双(草酸)硼酸锂LiBOB、二氟草酸硼酸锂LiBF2C2O4、二氟草酸硼酸锂LiBF2C2O4、硝酸锂LiNO3、氟烷基磷酸锂LiPF3(CF2CF3)3、双全氟乙基磺酰亚胺锂LiBETI、双(三氟甲烷磺酰基)酰亚胺锂、双(氟磺酰基)酰亚胺锂、三氟甲烷磺酰亚胺锂LiTFSI、离子液体基锂盐、及其组合。


11.如权利要求1所述的微粒，其中，所述高弹性聚合物的薄层具有从1nm至1μm的厚度。


12.如权利要求1所述的微粒，其中，所述高弹性聚合物的薄层具有小于100nm的厚度。


13.如权利要求1所述的微粒，其中，所述高弹性聚合物的薄层具有小于10nm的厚度。


14.如权利要求1所述的微粒，其中，所述高弹性聚合物具有从10-4S/cm至10-2S/cm的锂离子电导率。


15.如权利要求1所述的微粒，其中，所述阴极活性材料选自无机材料、有机材料、聚合物材料、或其组合，并且所述无机材料不包括硫或碱金属多硫化物。


16.如权利要求15所述的微粒，其中，所述无机材料选自金属氧化物、金属磷酸盐、金属硅化物、金属硒化物、过渡金属硫化物、及其组合。


17.如权利要求15所述的微粒，其中，所述无机材料选自锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂钒氧化物、锂混合金属氧化物、磷酸铁锂、磷酸锰锂、磷酸钒锂、锂混合金属磷酸盐、锂金属硅化物、及其组合。


18.如权利要求15所述的微粒，其中，所述无机材料选自金属氟化物或金属氯化物，所述金属氟化物或金属氯化物包括由以下项组成的组：CoF3、MnF3、FeF3、VF3、VOF3、TiF3、BiF3、NiF2、FeF2、CuF2、CuF、SnF2、AgF、CuCl2、FeCl3、MnCl2、及其组合。


19.如权利要求15所述的微粒，其中，所述无机材料选自锂过渡金属硅酸盐，表示为Li2MSiO4或Li2MaxMbySiO4，其中M和Ma选自Fe、Mn、Co、Ni、V、和VO；Mb选自Fe、Mn、Co、Ni、V、Ti、Al、B、Sn、和Bi；并且x+y≤1。


20.如权利要求15所述的微粒，其中，所述无机材料选自过渡金属二硫属化物、过渡金属三硫属化物、或其组合。


21.如权利要求15所述的微粒，其中，所述无机材料选自TiS2、TaS2、MoS2、NbSe3、MnO2、CoO2、铁氧化物、钒氧化物、或其组合。


22.如权利要求16所述的微粒，其中，所述金属氧化物含有选自由以下项组成的组的钒氧化物：VO2、LixVO2、V2O5、LixV2O5、V3O8、LixV3O8、LixV3O7、V4O9、LixV4O9、V6O13、LixV6O13、其掺杂型式、其衍生物、及其组合，其中0.1<x<5。


23.如权利要求16所述的微粒，其中，所述金属氧化物或金属磷酸盐选自层状化合物LiMO2、尖晶石型化合物LiM2O4、橄榄石型化合物LiMPO4、硅酸盐化合物Li2MSiO4、羟磷锂铁石化合物LiMPO4F、硼酸盐化合物LiMBO3、或其组合，其中M为过渡金属或多种过渡金属的混合物。


24.如权利要求16所述的微粒，其中，所述无机材料选自：(a)硒化铋或碲化铋，(b)过渡金属的二硫属化物或三硫属化物，(c)铌、锆、钼、铪、钽、钨、钛、钴、锰、铁、镍、或过渡金属的硫化物、硒化物、或碲化物；(d)氮化硼，或(e)其组合。


25.如权利要求15所述的微粒，其中，所述有机材料或聚合物材料选自聚(蒽醌硫醚)(PAQS)、碳氧化锂、3,4,9,10-苝四甲酸二酐(PTCDA)、聚(蒽醌硫醚)、芘-4,5,9,10-四酮(PYT)、聚合物键合型PYT、醌(三氮烯)、氧化还原活性有机材料、四氰基醌二甲烷(TCNQ)、四氰基乙烯(TCNE)、2,3,6,7,10,11-六甲氧基三亚苯(HMTP)、聚(5-氨基-1,4-二羟基蒽醌)(PADAQ)、磷腈二硫化物聚合物([(NPS2)3]n)、锂化的1,4,5,8-萘四醇甲醛聚合物、六氮杂联三萘(HATN)、六氮杂三亚苯六腈(HAT(CN)6)、5-亚苄基乙内酰脲、靛红锂盐、均苯四酸二酰亚胺锂盐、四羟基-对苯醌衍生物(THQLi4)、N,N’-二苯基-2,3,5,6-四酮哌嗪(PHP)、N,N’-二烯丙基-2,3,5,6-四酮哌嗪(AP)、N,N’-二丙基-2,3,5,6-四酮哌嗪(PRP)、硫醚聚合物、醌化合物、1,4-苯醌、5,7,12,14-并五苯四酮(PT)、5-氨基-2,3-二氢-1,4-二羟基蒽醌(ADDAQ)、5-氨基-1,4-二羟基蒽醌(ADAQ)、醌型杯芳烃、Li4C6O6、Li2C6O6、Li6C6O6、或其组合。


26.如权利要求25所述的微粒，其中，所述硫醚聚合物选自聚[甲烷三硝基苯甲硝胺-四(硫代亚甲基)](PMTTM)、聚(2,4-二硫代戊烯)(PDTP)、含有聚(乙烯-1,1,2,2-四硫醇)(PETT)作为主链硫醚聚合物的聚合物、具有...

【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