二次电池的阴极及阴极浆料制造技术

一种阴极浆料，其包含在水中具有改善的稳定性的阴极活性材料，特别是含镍的阴极活性材料。使用锂化合物处理含镍阴极活性材料可以通过防止材料的不期望的分解来改善阴极的稳定性。本文还提供了一种用于二次电池的阴极，其包括集流体和涂覆在集流体之上的电极层，其中该电极层包含阴极活性材料、粘结剂材料和锂化合物。合物。合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】二次电池的阴极及阴极浆料


[0001]本专利技术涉及电池的领域。具体地，本专利技术涉及锂离子电池的阴极及阴极浆料。

技术介绍

[0002]在过去的数十年中，锂离子电池(LIB)由于其优异的能量密度、长的循环寿命和高放电能力，在各种应用尤其是消费类电子产品中被广泛应用。由于电动车辆(EV)和电网储能的快速的市场发展，目前，高性能、低成本的LIB为大规模储能设备提供了最有前景的选择之一。
[0003]使用例如锂镍锰钴氧化物(NMC)和锂镍钴铝氧化物(NCA)的多元锂过渡金属氧化物变得受欢迎，因为其优异的电化学性质优于例如LiMnO2、LiCoO2和LiNiO2的传统的阴极活性材料。优异的电化学性质包括高的能量密度和优异的容量性能。
[0004]目前，通常在有机溶剂(例如N
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮(NMP))中分散阴极活性材料、粘结剂材料和导电剂来制备阴极浆料，然后将阴极浆料涂覆在集流体上，并干燥来制备阴极。
[0005]由于环境和易处理的原因，优选使用水性溶液代替有机溶剂，且因此已经考虑了水基浆料。然而，含镍的阴极活性材料可在电极制备过程中与水反应，这会导致阴极活性材料中的金属从阴极活性材料中浸出并导致性能下降。阴极活性材料表面的锂的溶解，导致可溶性碱的形成。高含量的可溶性碱会提高阴极浆料的pH，其可能会影响在阴极浆料中的组分(例如阴极活性材料)的分散均匀性，以及粘结剂材料的粘结力。同样对电极的金属部件(例如集流体)有负面影响，从而对阴极活性材料的性能有不利影响。例如，阴极活性材料会与铝集流体反应生成Al(OH)3沉淀，这会阻碍锂离子的传输，从而降低电池的容量保持率。这些因素都会导致差的电化学性能。常规地，使用pH调节剂来调节阴极浆料的pH。然而，添加剂同样可能对发生在阴极的电化学过程有不利影响，尤其是在高电压和高温下，其继而降低电池性能。相应地，期望在阴极浆料制备过程中防止锂从阴极活性材料的表面溶解。
[0006]欧洲专利申请公开号3044822A公开了一种水基锂过渡金属氧化物阴极浆料。该浆料包含锂过渡金属氧化物粉末，其由含有含聚合物的涂层的初级颗粒组成。涂层由两层组成。外层包含含氟聚合物，该含氟聚合物通过减少水的表面覆盖范围来防止与水产生的pH升高的离子交换反应。内层包含外层的聚合物与锂过渡金属氧化物之间的反应产物，例如LiF，其中该反应分解表面的碱并降低氧化物的碱电势。但是，含氟聚合物会增加电阻，从而导致电池性能下降，并对人类健康和环境构成风险。
[0007]鉴于上文，总是需要一种使用简单、快速和环境友好的方法制备用于具有良好的电化学性能的锂离子电池的含镍阴极活性材料的阴极和阴极浆料。

技术实现思路

[0008]通过本文所公开的各个方面和实施方式满足了前述需求。一方面，本文提供了一种用于二次电池的阴极，包括集流体和涂覆在集流体之上的电极层，其中该电极层包含阴极活性材料、粘结剂材料和锂化合物。
[0009]另一方面，本文提供了一种用于二次电池的阴极浆料，包含阴极材料、粘结剂材料和锂化合物。
[0010]在一些实施方式中，锂化合物包括一种或多种的硼酸锂、溴化锂、氯化锂、碳酸氢锂、氢氧化锂、碘化锂、硝酸锂、硫酸锂、乙酸锂、乳酸锂、柠檬酸锂、琥珀酸锂或其组合。
[0011]在某些实施方式中，阴极活性材料选自由Li
1+x
Ni
a
Mn
b
Co
c
Al
(1
‑
a
‑
b
‑
c)
O2、LiNi
0.33
Mn
0.33
Co
0.33
O2、LiNi
0.4
Mn
0.4
Co
0.2
O2、LiNi
0.5
Mn
0.3
Co
0.2
O2、LiNi
0.6
Mn
0.2
Co
0.2
O2、LiNi
0.7
Mn
0.15
Co
0.15
O2、LiNi
0.8
Mn
0.1
Co
0.1
O2、LiNi
0.92
Mn
0.04
Co
0.04
O2、LiNi
0.8
Co
0.15
Al
0.05
O2、LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiMn2O4、Li2MnO3及其组合构成的群组；其中
‑
0.2≤x≤0.2、0≤a<1、0≤b<1、0≤c<1且a+b+c≤1。在进一步的实施方式中，该阴极活性材料掺杂有选自Fe、Ni、Mn、Al、Mg、Zn、Ti、La、Ce、Sn、Zr、Ru、Si、Ge及其组合构成的群组的掺杂剂。
[0012]在其他实施方式中，阴极活性材料包含或其本身是核
‑
壳复合物，其包含含有选自Li
1+x
Ni
a
Mn
b
Co
c
Al
(1
‑
a
‑
b
‑
c)
O2、LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiMn2O4、Li2MnO3、LiCrO2、Li4Ti5O
12
、LiV2O5、LiTiS2、LiMoS2及其组合构成的群组的锂过渡金属氧化物的核，其中
‑
0.2≤x≤0.2、0≤a<1、0≤b<1、0≤c<1且a+b+c≤1。在某些实施方式中，壳包含不同于核并选自Li
1+x
Ni
a
Mn
b
Co
c
Al
(1
‑
a
‑
b
‑
c)
O2、LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiMn2O4、Li2MnO3、LiCrO2、Li4Ti5O
12
、LiV2O5、LiTiS2、LiMoS2及其组合构成的群组的锂过渡金属氧化物，其中
‑
0.2≤x≤0.2、0≤a<1、0≤b<1、0≤c<1且a+b+c≤1。在进一步的实施方式中，核和壳中的每一者独立地掺杂有选自Fe、Ni、Mn、Al、Mg、Zn、Ti、La、Ce、Sn、Zr、Ru、Si、Ge及其组合构成的群组的掺杂剂。
[0013]在一些实施方式中，电极层进一步包含选自碳、炭黑、石墨、膨胀石墨、石墨烯、石墨烯纳米片、碳纤维、碳纳米纤维、石墨化碳片、碳管、碳纳米管、活性碳、介孔碳及其组合构成的群组的导电剂。
[0014]在某些实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于二次电池的阴极，其包含集流体和涂覆在集流体之上的电极层，其中所述电极层包含阴极活性材料、粘结剂材料和锂化合物。2.如权利要求1所述的阴极，其中所述阴极活性材料的锂流失被抑制约1％至约15％。3.如权利要求1所述的阴极，其中所述锂化合物包括一种或多种的硼酸锂、溴化锂、氯化锂、碳酸氢锂、氢氧化锂、碘化锂、硝酸锂、硫酸锂、乙酸锂、乳酸锂、柠檬酸锂、琥珀酸锂或其组合。4.如权利要求1所述的阴极，其中所述阴极活性材料选自由Li
1+x
Ni
a
Mn
b
Co
c
Al
(1
‑
a
‑
b
‑
c)
O2、LiNi
0.33
Mn
0.33
Co
0.33
O2、LiNi
0.4
Mn
0.4
Co
0.2
O2、LiNi
0.5
Mn
0.3
Co
0.2
O2、LiNi
0.6
Mn
0.2
Co
0.2
O2、LiNi
0.7
Mn
0.15
Co
0.15
O2、LiNi
0.8
Mn
0.1
Co
0.1
O2、LiNi
0.92
Mn
0.04
Co
0.04
O2、LiNi
0.8
Co
0.15
Al
0.05
O2、LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiMn2O4、Li2MnO3及其组合构成的群组；其中
‑
0.2≤x≤0.2、0≤a<1、0≤b<1、0≤c<1且a+b+c≤1；且其中所述阴极活性材料掺杂有选自Fe、Ni、Mn、Al、Mg、Zn、Ti、La、Ce、Sn、Zr、Ru、Si、Ge及其组合构成的群组的掺杂剂。5.如权利要求1所述的阴极，其中所述阴极活性材料包含或其本身是核
‑
壳复合物，其包含含有如权利要求4所述的锂过渡金属氧化物的核，所述壳包含不同于所述的核和选自由Li
1+x
Ni
a
Mn
b
Co
c
Al
(1
‑
a
‑
b
‑
c)
O2、LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiMn2O4、Li2MnO3、LiCrO2、Li4Ti5O
12
、LiV2O5、LiTiS2、LiMoS2及其组合构成的群组的锂过渡金属氧化物，其中
‑
0.2≤x≤0.2、0≤a<1、0≤b<1、0≤c<1且a+b+c≤1；且其中所述核和所述壳中的每一者独立地掺杂有选自Fe、Ni、Mn、Al、Mg、Zn、Ti、La、Ce、Sn、Zr、Ru、Si、Ge及其组合构成的群组的掺杂剂。6.如权利要求1所述的阴极，其中所述电极层进一步包含选自由碳、炭黑、石墨、膨胀石墨、石墨烯、石墨烯纳米片、碳纤维、碳纳米纤维、石墨化碳片、碳管、碳纳米管、活性碳、介孔碳及其组合构成的群组的导电剂。7.如权利要求1所述的阴极，其中所述粘结剂材料是包含一个或多个含有卤素、O、N、S或其组合的官能团的聚合物。8.如权利要求7所述的阴极，其中所述一个或多个官能团选自烷氧基、芳氧基、硝基、硫醇、硫醚、亚胺、氰基、酰胺、胺基(伯胺、仲胺或叔胺)、羧基、酮、醛、酯、羟基及其组合构成的群组。9.如权利要求1所述的阴极，其中基于所述电极层的总重量，所述电极层中的锂离子含量在0.01％至20％之间。10.一种用于二次电池的阴极浆料，其包含阴极活性材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：何锦镖，江英凯，
申请(专利权)人：广东省皓智科技有限公司，
类型：发明
国别省市：