本发明专利技术涉及一种用于锂离子电池单体的活性阴极材料，其具有颗粒混合物，所述颗粒的粒度根据具有第一模态值和第二模态值的双模态粒度分布来分布，并且所述颗粒嵌锂或构造用于嵌锂；第一模态值大于第二模态值；所述颗粒混合物包括第一颗粒和第二颗粒；第一颗粒由粒度大于预定第一粒度范围界限的颗粒形成；第二颗粒由粒度小于预定第二粒度范围界限的颗粒形成；所述预定第二粒度范围界限小于预定第一粒度范围界限；第一颗粒的粒度分布是单模态的并且具有等于第一模态值的模态值；第二颗粒的粒度分布是单模态的并且具有等于第二模态值的模态值；第二颗粒具有比第一颗粒的机械强度更高的机械强度。本发明专利技术还涉及一种具有根据本发明专利技术的活性阴极材料的锂离子电池单体以及一种具有这种锂离子电池单体的电池。具有这种锂离子电池单体的电池。具有这种锂离子电池单体的电池。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于锂离子电池单体的活性阴极材料和具有高能量密度的锂离子电池单体
[0001]本专利技术涉及用于锂离子二次电池单体的活性阴极物质及其制造方法、具有包含该活性阴极物质的阴极的锂离子电池单体以及具有这种锂离子电池单体的电池。
技术介绍
[0002]活性阴极材料用于制造锂离子电池单体的阴极。在此将活性阴极材料与粘合剂和可能的导电物质混合成稀的糊料。将该糊料涂覆到由铝制成的电流导体上、干燥、并在干燥状态中用压延机进行压制。在将糊料涂覆到电流导体上并且干燥之后，在活性阴极材料的颗粒之间留有空腔，这些空腔被填充粘合剂和导电物质。如果所使用的活性阴极材料的粒度单模态地分布，例如在12μm中值周围且跨度(D90
‑
D10)/D50小于1，则每体积单位的空腔体积比例高。
[0003]但空腔占阴极总体积的高体积比例是不希望的，因为这对使用活性阴极材料的锂离子电池单体的比容量产生不利影响。为了减少每单位体积空腔的体积比例，使用具有根据双模态分布而分布的粒度的活性阴极材料。这种活性阴极材料在下文中被称为双模态活性阴极材料。在图2中示出双模态分布。该分布具有两个最大值(众数)，其分别位于粒度M1和M2处。
[0004]双模态活性阴极材料主要包括两组尺寸不同的颗粒：一组大颗粒，其粒度分布在模态值M1周围，以及一组小颗粒，其粒度分布在模态值M2周围。在此这样选择模态值(Modalwert)M1和M2，使得小颗粒在由大颗粒形成的空腔中找到位置。由此增加了活性阴极材料的密度，并且也因此增加了具有由双模态活性阴极材料形成的阴极的锂离子电池单体的容量。
[0005]然而已经表明，在压制涂覆在电流导体上的阴极材料时，小颗粒可能会被包围它们的大颗粒或被压延辊压碎，并且小颗粒组因此有相当一部分断裂和/或碎裂。特别是当活性阴极材料的颗粒被表面涂层以便例如增加锂离子电池单体的寿命时，这种变形是不希望的。
技术实现思路
[0006]因此，本专利技术所基于的任务是，提供一种改进的双模态活性阴极材料。
[0007]该任务的解决方案根据独立权利要求1和12的教导来实现。本专利技术的不同实施方式和扩展方案是从属权利要求2至7的技术方案。
[0008]本专利技术所基于的另一任务是，提供一种用于制备改进的双模态活性阴极材料的方法。
[0009]该任务的解决方案根据独立权利要求8的教导来实现。本专利技术的不同实施方式和扩展方案是从属权利要求9至11的技术方案。
[0010]本专利技术所基于的另一任务是，提供一种改进的锂离子电池单体。
[0011]该任务的解决方案根据独立权利要求13的教导来实现。
[0012]本专利技术的第一方面涉及用于锂离子电池单体的阴极的活性阴极材料，所述活性阴极材料具有颗粒的混合物，所述颗粒的粒度根据具有第一模态值和第二模态值的双模态粒度分布来分布并且所述颗粒嵌锂或构造用于嵌锂；
[0013]第一模态值大于第二模态值；
[0014]所述颗粒的混合物包括第一颗粒和第二颗粒；
[0015]第一颗粒由粒度大于预定第一粒度范围界限的颗粒形成；
[0016]第二颗粒由粒度小于预定第二粒度范围界限的颗粒形成；所述预定第二粒度范围界限小于预定第一粒度范围界限；
[0017]第一颗粒的粒度分布是单模态的且具有等于第一模态值的模态值；
[0018]第二颗粒的粒度分布是单模态的并且具有等于第二模态值的模态值；
[0019]第二颗粒是结晶的并且具有比第一颗粒的机械强度更高的机械强度。优选每个第二颗粒的机械强度高于任何一个第一颗粒的机械强度。也优选预定，第一粒度范围界限小于第一模态值，和/或预定第二粒度范围界限大于第二模态值。
[0020]由此，在压制涂覆在电流导体上的阴极材料时可以防止第二(小)颗粒被第一(大)颗粒或被压延辊压碎并且因此防止第二颗粒碎裂。
[0021]术语“机械强度”在本专利技术的意义中应理解为活性阴极材料的颗粒抵抗塑性变形或分离的机械阻力。尤其是在压延涂覆在电流导体上的活性阴极材料时，颗粒可能向另一与其相邻的颗粒施加力，该力可能导致该颗粒的塑性变形或断裂(破裂)。颗粒抵抗这种断裂的机械阻力可以被视为该颗粒的机械强度。
[0022]在可用作活性阴极材料的粉末中的颗粒可以具有不同几何形状。但可以假设粉末中的颗粒(除了其中的单个颗粒是纤维或针状物的粉末之外)为球形并且为每个颗粒分配(或确定)一个等效的球形直径作为粒度。粒度分布可以通过激光衍射来确定，所述粒度分布根据颗粒的尺寸量化颗粒的相对体积比例。
[0023]在本专利技术的意义中，将在粒度分布中最常出现的粒度称作模态值。如果粒度分布是双模态的，则其具有两个模态值(众数)。这分别是对应于双模态粒度分布的两个峰的粒度。中值D50在描述单模态粒度分布时被使用并且对应于累积粒度分布的50％处的粒度。类似地，D10值和D90值分别对应于累积粒度分布的10％和90％处的粒度。使用跨度(D90
‑
D10)/D50来描述单模态分布的宽度。
[0024]术语“阴极”在本专利技术的意义中应理解为锂离子电池单体的在锂离子电池单体中具有较高电位的电极；并且术语“阳极”是指锂离子电池单体的具有较低电位的电极。与此相应，在锂离子电池单体中具有较高电位的电极具有活性阴极材料。
[0025]本文中使用的术语“包括”、“包含”、“含有”或“具有”或其任何其他变型旨在涵盖非排他性的关系。例如包括或具有一系列元件的方法或装置不一定限于这些元件，而是可以包括未明确列出的或这些方法或装置固有的其他元件。
[0026]此外，除非明确相反地指出，“或”是指包括性的而非排他性的“或”。例如条件A或B通过以下条件之一来满足：A为真(或存在)且B为假(或不存在)、A为假(或不存在)且B为真(或存在)、以及A和B都为真(或存在)。
[0027]如本文中所使用的术语“一个”在“一个或多个”的意义上定义。术语“另一个”和
“
一个另外的”以及其任何其他变型应在“至少一个另外的”的意义上理解。
[0028]下面描述本专利技术的优选实施方式，只要不明确排除或技术上不可行，这些实施方式可以分别任意地相互组合以及与进一步描述的本专利技术的其他方面组合。
[0029]在一种优选实施方式中，第二颗粒分别具有涂覆有表面层的芯，所述表面层赋予第二颗粒比第一颗粒所具有的机械强度更高的机械强度，并且所述芯嵌锂或构造用于嵌锂。优选第一表面层覆盖芯的整个表面并且其厚度基本上相同。
[0030]由此，第二颗粒可以被赋予比第一颗粒更高的机械强度，并且施加到电流导体上的阴极材料的第二颗粒在压制时不会被第一颗粒或被压延辊压碎。
[0031]第二颗粒的芯和第一颗粒可以具有相同的化学物质，该化学物质嵌锂或构造用于嵌锂。有利的是，第二颗粒的芯和第一颗粒具有Li1(Ni
x
Co
y
Mn
z
Al
r
)O2且(y+z+r)＝(1
...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于锂离子电池单体的活性阴极材料(100)，所述活性阴极材料具有颗粒(101、102)的混合物，所述颗粒的粒度根据具有第一模态值(M1)和第二模态值(M2)的双模态粒度分布(200)来分布，并且所述颗粒嵌锂或构造用于嵌锂；第一模态值(M1)大于第二模态值(M2)；所述颗粒的混合物包括第一颗粒(101)和第二颗粒(102)；第一颗粒(101)由粒度大于预定的第一粒度范围界限(G1)的颗粒形成；第二颗粒(102)由粒度小于预定的第二粒度范围界限(G2)的颗粒形成；所述预定的第二粒度范围界限(G2)小于预定的第一粒度范围界限(G1)；第一颗粒(101)的粒度分布是单模态的并且具有等于第一模态值(M1)的模态值；第二颗粒(102)的粒度分布是单模态的并且具有等于第二模态值(M2)的模态值；第二颗粒(102)具有比第一颗粒(101)的机械强度更高的机械强度。2.根据权利要求1所述的活性阴极材料，其中，所述第二颗粒(102')分别具有涂覆有表面层(104)的芯(103)，所述表面层(104)赋予第二颗粒(102')比第一颗粒(101)所具有的机械强度更高的机械强度，并且所述芯(103)嵌锂或构造用于嵌锂。3.根据权利要求2所述的活性阴极材料，其中，通过适当选择以下中的一项或其组合来实现第二颗粒(102')的机械强度：
‑
表面层(104)的化学物质，
‑
表面层(104)的厚度，
‑
表面层(104)的孔隙率。4.根据权利要求1所述的活性阴极材料，其中，所述第二颗粒(102)分别掺杂有掺杂剂，该掺杂剂赋予第二颗粒比第一颗粒所具有的机械强度更高的机械强度。5.根据权利要求1所述的活性阴极材料，其中，所述第一颗粒(101)具有第一孔隙率并且第二颗粒(102)具有第二孔隙率，并且第一孔隙率大于第二孔隙率。6.根据前述权利要求中任一项所述的活性阴极材料，其中，所述第一颗粒(101)的粒度分布具有第一半值宽度(HWB1)；第二颗粒(102)的粒度分布具有第二半...
【专利技术属性】
技术研发人员：荻原秀树，SJ，
申请(专利权)人：宝马股份公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。