用于锂电池的阴极材料制造技术

锂电池包括包含锂化γ－二氧化锰的阴极。所述电池可具有超过包含热处理过的二氧化锰的锂－二氧化锰电池的高电流容量和放电容量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于锂电池的阴极材料本专利技术涉及用于锂电池的阴极材料。电池是通常使用的电能来源。电池包含一般称作阳极的负电极和一般称作阴极的正电极。阳极含有能被氧化的活性材料；阴极含有或消耗能被还原的活性材料。阳极活性材料能够还原阴极活性材料。当在装置中使用电池作为电能来源时，阳极和阴极实现电接触，使电子流过装置，发生各自的氧化和还原反应以提供电能。与阳极和阴极相接触的电解质含有流过位于电极之间的隔板的离子，以在放电过程中保持电池整体的电荷平衡。一般而言，锂电池包括含有锂化二氧化锰的阴极。在一方面，制备用于一次锂电池的锂化二氧化锰的方法包括：在足以能充分地用锂离子置换二氧化锰中的质子的锂化温度下使二氧化锰与锂离子源接触，和在足以能充分地去除残余的和表面的水分的除水温度之下加热二氧化锰，以得到锂化二氧化锰，其X射线衍射图基本上类似于锂化之前的二氧化锰的X射线衍射图。在另一方面，制备用于电池的阴极的方法包括：使二氧化锰与锂离子源接触，加热二氧化锰，以得到锂化二氧化锰，其X射线衍射图基本上类似于锂化之前的二氧化锰的X射线衍射图，和用包括碳源和阴极活性材料的组合物涂覆集电器，其中阴极活性材料包括该二氧化锰。在另一方面，一次锂电池包括含有含锂的阳极活性材料的阳极，含有其X射线衍射图基本上类似于锂化之前的二氧化锰的X射线衍射图的锂化二氧化锰的阴极，以及阳极和阴极之间的隔板。二氧化锰可以是源于过硫酸盐的化学二氧化锰、电化学二氧化锰或γ-二氧化锰。锂离子源可以是包含锂盐例如氢氧化锂的水溶液。锂化温度可以介于40℃和100℃之间。除水温度可以介于180℃和500-->℃之间，例如介于200℃和460℃之间。在电池中，含锂的阳极活性材料可以是锂或锂合金。电池可包括与阳极、阴极和隔板相接触的非水电解质。非水电解质可包括有机溶剂。锂化的γ-二氧化锰的X射线衍射图可以是在2-θ(CuK□辐射)为24和32度附近具有峰，并且基本上所有或大部分的通常存在于γ-二氧化锰中的质子含量被锂离子所置换。所述电池可具有超过包含热处理过的二氧化锰(HEMD)的锂/二氧化锰电池的高电流容量和放电容量。锂化二氧化锰可以应用于在高消耗条件下能够具有改善的容量和运行电压的Li/MnO2电池，与常规的Li/MnO2电池相比气体的产生量能降低。例如锂化γ-二氧化锰可适用于数字相机的电池。与包含热处理过的二氧化锰(HEMD)的锂/二氧化锰电池相比，包含锂化二氧化锰的一次锂电池可具有高运行电压、电流容量和放电容量。在电池的贮藏中锂化二氧化锰还能产生较少气体。锂化二氧化锰具有低的表面积和高的电学性能。即使二氧化锰中的质子含量基本上完全被锂所置换，锂化二氧化锰的X-射线衍射图也与母体二氧化锰起始材料的X-射线衍射图基本相同。在下面的附图和描述中，详细记载了一种或多种实施方案。从描述和附图以及权利要求来看，其它的特点、目标和优点将是显而易见的。图1为电池的示意图。图2A为高质子含量的γ-二氧化锰的典型X射线衍射图。图2B为本专利技术中介于200℃和400℃温度之间干燥的锂交换γ-二氧化锰的典型X射线衍射图。图2C为热处理过的二氧化锰(HEMD)的典型X射线衍射图。图2D为由过硫酸盐制备的二氧化锰(p-CMD)的典型X射线衍射图。图2E为热处理过的锂化的由过硫酸盐制备的二氧化锰(Li-p-CMD)的典型X射线衍射图。图2F为美国专利6,190,800中的热处理过的锂交换二氧化锰的典型X射线衍射图。-->图3A为热处理过的二氧化锰(HEMD)和锂处理过的由过硫酸盐制备的二氧化锰(Li-p-CMD)的容量谱，其为放电电压的函数。图3B是锂化的过硫酸盐二氧化锰和热处理过的二氧化锰的典型电化学谱。图3C锂化的过硫酸盐二氧化锰和过硫酸盐二氧化锰的典型电化学谱。图3D是锂化γ-二氧化锰和含锂热处理过的二氧化锰的典型电化学谱。参考图1，一次锂电化学电池10包括与负极引线(lead)14电接触的阳极12、与冠体18电接触的阴极16、隔板20和电解质。阳极12、阴极16、隔板20和电解质包含于外壳22之内。电解质可以是包括溶剂系统和至少部分溶解在该溶剂系统中的盐的溶液。外壳22的一端用正极外部接触体24和能够提供气密性和流体密封的环状绝缘垫26封闭。冠体18和正极引线28能够连接阴极16与正极外部接触体24。安全阀置于正极外部接触体24的里侧，其设计成当压力超过某些预定值时能降低电池10内部的压力。在某些情况下，正极引线可以为圆形或环形的形状，并且可以与圆筒同轴放置，并包括在阴极方向上的径向扩展部分。电化学电池10可以是例如圆筒状弯曲电池、钮扣或硬币式电池、棱柱形电池、刚性薄片形电池或者为柔性袋、信封或袋形电池。阳极12可包括碱金属和碱土金属，例如锂、钠、钾、钙、镁或它们的合金。阳极可包括碱金属和碱土金属与另外一种金属或其它金属例如铝的合金。含锂的阳极可以包括元素锂、锂嵌入化合物或锂合金或它们的组合。电解质可以是包括溶剂和盐的非水电解质溶液。电解质可以是液体电解质或聚合物电解质。盐可以是碱金属或碱土金属盐，例如锂盐、钠盐、钾盐、钙盐、镁盐或它们的组合。锂盐的例子包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、高氯酸锂、碘化锂、溴化锂、四氯铝酸锂、三氟甲磺酸锂、LiN(CF3SO2)2和LiB(C6H4O2)2。高氯酸盐，例如高氯酸-->锂，可以包含在电解质中，这有助于抑制电池中的例如在集电器中的铝或铝合金的腐蚀。电解质溶液中盐的浓度范围可以是0.01摩尔浓度至3摩尔浓度，0.5摩尔浓度至1.5摩尔浓度，在某些实施方案中，可以为1摩尔浓度。溶剂可以是有机溶剂。有机溶剂的例子包括碳酸酯、醚、酯、腈和磷酸酯。碳酸酯的例子包括碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯。醚的例子包括二乙醚、二甲醚、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷和四氢呋喃。酯的例子包括丙酸甲酯、丙酸乙酯、丁酸甲酯和γ-丁内酯。腈的例子包括乙腈。磷酸酯的例子包括磷酸三乙酯和磷酸三甲酯。电解质可以为聚合物电解质。可以由任何使用于锂一次或二次电池隔板的隔板材料形成隔板20。例如，可以由聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚酰胺(例如尼龙)、聚砜、聚氯乙烯或它们的组合形成隔板20。隔板20的厚度可以是约12微米至约75微米，更优选12至约37微米。可以将隔板20切割成与阳极12和阴极16尺寸相似的许多片，并如图1所示置于其间。特别是应用在圆柱形电池之中时，可以将阳极、隔板和阴极卷绕在一起。然后可以将阳极12、阴极16和隔板20置于外壳22之内，外壳22可以由金属制成，例如镍、镀镍的钢、不锈钢、覆铝不锈钢、铝或铝合金，或由塑料制成，例如聚氯乙烯、聚丙烯、聚砜、ABS或聚酰胺。可以用电解质溶液填充包含阳极12、阴极16和隔板20的外壳22，然后用正极外部接触体24和环形绝缘垫26进行隔绝密封。阴极16包括含有锂化二氧化锰的组合物。可以通过用锂离子源对得自于过硫酸盐的化学二氧化锰或γ-二氧化锰进行处理，使锂离子置换二氧化锰中的质子，从而制得锂化二氧化锰。例如，在美国专利5,277,890、5,348,728和5,482,796中描述了得自于过硫酸盐的化学二氧化锰(p-CMD)的制备，上面每一篇均全文引入以供参考。例如，在美国专利4,133,856中描述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备用于一次锂电池的锂化二氧化锰的方法，所述方法包括：在足以能充分地用锂离子置换二氧化锰中的质子的锂化温度下使二氧化锰与锂离子源接触；和在足以能充分地去除残余的和表面的水分的除水温度下加热所述二氧化锰，以得到锂化二氧化锰，其Ｘ射 线衍射图基本上类似于锂化之前的二氧化锰的Ｘ射线衍射图。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-1-22 10/761,4151.一种制备用于一次锂电池的锂化二氧化锰的方法，所述方法包括：在足以能充分地用锂离子置换二氧化锰中的质子的锂化温度下使二氧化锰与锂离子源接触；和在足以能充分地去除残余的和表面的水分的除水温度下加热所述二氧化锰，以得到锂化二氧化锰，其X射线衍射图基本上类似于锂化之前的二氧化锰的X射线衍射图。2.如权利要求1所述的方法，其中所述二氧化锰是得自于过硫酸盐的化学二氧化锰。3.如权利要求1所述的方法，其中所述二氧化锰是γ-二氧化锰。4.如权利要求1所述的方法，其中所述锂离子源是含有锂盐的水溶液。5.如权利要求4所述的方法，其中所述锂盐为氢氧化锂。6.如权利要求1所述的方法，其中所述锂化温度介于40℃和100℃之间。7.如权利要求1所述的方法，其中所述除水温度介于180℃和500℃之间。8.如权利要求1所述的方法，其中所述除水温度介于200℃和460℃之间。9.一种制备电池阴极的方法，所述方法包括：使二氧化锰与锂离子源接触；加热二氧化锰，以得到锂化二氧化锰，其X射线衍射图基本上类似于锂化之前的二氧化锰的X射线衍射图；和用包括碳源和阴极活性材料的组合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：TE波芬格，WL鲍夫登，RA西罗迪纳，张矾，
申请(专利权)人：吉莱特公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]