具有极佳传导性的阳极材料和使用所述阳极材料的大功率二次电池制造技术

本发明专利技术提供了一种用于电极糊混合料的阳极材料，包括一种碳材料和一种锂钛氧化物（ＬＴＯ），其中ＬＴＯ的平均粒度相对于所述碳材料的平均粒度的比值为０．１至２０％，且ＬＴＯ主要分布于所述碳材料的表面。本发明专利技术的阳极材料可防止ＳＥＩ膜的过度形成，并因具有大的能量密度而具有大容量，并且表现出优良的输出特性和速率特性。此外，其还具有优良的电解质润湿性，从而能够产生改善的电池性能和寿命特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具有极佳导电性的阳极材料和包括所述阳极材料 的大功率二次电池。更具体而言，本专利技术涉及一种用于电极糊混合料的阳极材料，包括一种碳材料和一种锂钛氧化物(LTO),其中LTO 的平均粒度相对于碳材料的平均粒度的比例在0.1至20%范围内，且 LTO主要分布于所述碳材料的表面；还涉及一种包括所述阳极材料的 大功率二次电池。
技术介绍
可移动设备的技术发展和对其需求的增长已导致了对作为能量来 源的二次电池的需求迅速增长。在这些二次电池中，具有高能量密度 和电压的锂二次电池是市售并广泛使用的。当希望将二次电池用作移 动电话、笔记本电脑等的能量来源时，需要一种能够稳定地提供恒定 功率输出的二次电池。另一方面，当希望将二次电池用作电动工具、 例如电钻等的能量来源时，需要一种能够瞬间提供大功率输出、并且 即使受到外部物理冲击、例如振动、掉落等也能具有稳定性的二次电 池。此外，环保意识的增加已引起对能够代替作为空气污染的主要原 因之一的矿物燃料驱动车辆、例如汽油车辆和柴油车辆的电动车辆 (EV)和混合电动车辆(HEV)的大量积极研发。虽然镍-氢(Ni-H2) 二次电池已作为EV和HEV的能量来源而被大量使用，但对具有高能 量密度和高放电电压的锂二次电池的使用也已进行了诸多积极研究， 因而具有一定的商业潜力。通常，锂二次电池构造如下由阴极、阳极和插入其间的隔膜组 成的电极组件浸入含锂盐的非水电解质中，其中所述阴极和所述阳极 通过将电极活性材料施用于相应的集电器而制成。对于阴极活性材料， 主要使用锂钴氧化物、锂锰氧化物、锂镍氧化物、锂复合氧化物等。3对于阳极活性材料，通常使用碳基材料。但是，使用碳基材料作为阳极活性材料的锂二次电池会发生放电容量的劣化，这是因为在电池初始充电/放电时， 一些嵌入碳基材料的层状结构中的锂离子会产生不可逆容量。此外，由于碳材料的氧化还原电势为0.1 V，相对于Li/Li+电势低,因而非水电解质会在阳极表面上发生分解，并且所述阳极会与锂金属反应而形成一层覆盖所述碳材料表面的层(钝化层或固体电解质界面(SEI)膜)。SEI膜也可能会影响电池的充电/放电特性，因为SEI膜的厚度和界面条件随所使用的电解质体系的类型而变。此外，在用于要求高输出特性的领域、如电动工具的二次电池中，电池内阻甚至会随这种薄的SEI膜而增长，因而其可能成为速率控制步骤(RDS)。此外，由于阳极表面上形成锂化合物，因而可逆嵌锂容量会随反复的充电/放电循环而逐渐降低，从而导致放电容量的降低和循环特性的劣化。同时，大量的研究关注于作为具有结构稳定性和良好循环特性的阳极材料的有前景备选物的锂钛氧化物。含有此类锂钛氧化物作为阳极材料的锂二次电池基本不会因为与Li/Li+电势相比具有相对高的约1.5V的氧化还原电势而表现出电解质分解，并且还会因晶体结构的稳定性而表现出良好的循环特性。遗憾的是，锂钛氧化物具有诸如每单位重量的容量低和低能量密度等缺陷。为了应对这些缺陷和问题， 一些常规的现有技术提出使用一种含有碳基材料和锂钛氧化物的阳极材料。例如，日本未审查专利公开文本1998-069922公开了 一种添加锂钛复合氧化物作为主要活性材料、并添加具有低氧化还原电势的活性材料作为次要活性材料的阳极。此外，日本未审查专利公开文本2006-278282公开了 一项加入尖晶石型钛酸锂作为阳极活性材料、并加入碳材料作为导电材料的技术。然而，使用所述锂钛氧化物作为主要活性材料的阳极材料仍然存在与锂钛基氧化物的容量差和能量密度低相关的问题。同时，日本未审查专利公开文本2001-216962公开了 一项加入碳材料作为主要的阳极材料、并加入锂钛复合氧化物作为辅助活性材料的技术。此外，日本未审查专利公开文本2006-066298公开了一种锂二次电池，其包括一种添加至少一种熔点低于or的内酯的非水电解质，其中阳极活性材料含有能够进行锂离子的嵌入和脱嵌的碳材料以及钛酸锂，所述碳材料的含量以阳极活性材料的总重量计为80至99重量％,且钛酸锂的含量为1至20重量％。然而，由于碳材料和锂钛氧化物以简单混合物的形式使用，使碳材料的锂离子移动性依旧很低，因而上述常规技术具有与反应速度緩慢和大电流特性差有关的问题。因此，对能够获得低内阻、高导电性和优良的输出特性，而能弥补碳材料和锂钛氧化物的各种不足的阳极材料的开发存在迫切需求。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目标是解决上述问题及其它尚未解决的技术问题。为解决上述问题，本专利技术的专利技术人进行了广泛而深入的研究和实验，发现当使用 一种LTO基阳极材料作为电极糊混合料制备二次电池，并且具有给定粒度比的阳极材料分布于碳材料的表面时，由此制备的二次电池表现出能引起高输出密度的低内阻，以及改善的能量密度和循环特性，进而能够提供极佳的电池性能。本专利技术基于上述发现而完成。具体实施例方式根据本专利技术的一方面，上述和其它目标可通过提供一种用于电极糊混合料的阳极材料而实现，所述阳极材料包括一种碳材料和一种锂钛氧化物(LTO)，其中LTO的平均粒度相对于所述碳材料平均粒度的比值为0.1至20%,且所述LTO主要分布于所述碳材料的表面。如上所述，碳材料通常具有高放电容量，但也存在大电流特性差和循环特性差的缺陷。然而，由于具有稳定的晶体结构、并且在充电/放电循环过程中体积变化可忽略不计的LTO分布于碳材料的表面，故本专利技术的阳极材料表现出极佳的循环特性、高的氧化还原电势和极佳的电解质润湿性，高的氧化还原电势减少了 SEI膜的形成的绝对量，从而降低了内阻，使得速率特性和大电流特性改善，而极佳的电解质 润湿性改善了电池性能和寿命特性。此外，LTO本身可作为氧化还原位点参与电池的化学反应，因此 能够使电池容量的劣化最小化，同时还能够因LTO颗粒与碳材料直接 接触而获得高的离子传导性和极佳的输出特性。也就是说，本专利技术的 阳极材料减少了碳材料的缺陷，并使LTO阳极材料的优点、例如低内 阻和极佳的循环特性最大化，因此可制造具有高效率和极佳能量密度 和输出特性的二次电池。对所述碳材料没有特别限制，只要其能够实现锂离子的嵌入和脱 嵌即可。例如，可提及晶型碳基化合物、无定形碳基化合物及其混合 物。晶型碳基化合物的一个典型实例可为石墨。例如，晶型石墨碳可 包括马铃薯型或中间相炭微球(MCMB)型人造石墨，及表面经过圆 边处理的天然石墨。此外，无定型碳基化合物为一种具有无定型晶体 结构的碳原子的物质，其可包括例如作为酚醛树脂或呋喃树脂的热解 产物而获得的非石墨化碳(硬碳)，以及由焦炭、针状焦或沥青的碳化 而获得的石墨化碳(软碳)。在一个本专利技术的优选实施方案中，所述碳材料可为因良好的密度 和传导性而具有大的容量、并因高的容量密度而具有良好的输出特性 和速率特性的天然石墨或人造石墨，特别优选中间相炭微球 (MCMB)，所述中间碳微球是一种通过在约400t:的温度下加热焦 炭、汤青等而得到的任选各向异性的球形颗粒。LTO优选为一种由以下组成式(I)表示的化合物，包括但不限于 Lio.sTi2.2O4、 LUi^O" LiTi204、 LiL^TiL^O" !^."!^."04等。 更优选地，LTO为一种具有尖晶石结构、且在充电/放电循环期间晶体 结构不变或基本不变、并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电极糊混合料的阳极材料，包括一种碳材料和一种锂钛氧化物（ＬＴＯ），其中ＬＴＯ的平均粒度与所述碳材料的平均粒度的比值为０．１至２０％，且所述ＬＴＯ主要分布于碳基阳极活性材料的表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：李恩周，柳志宪，金忍哲，李汉浩，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]