用于提高锂电池的阴极材料的环境稳定性的方法技术

一种用于提高锂电池中阴极材料环境稳定性的方法。绝大多数当前普遍被使用的阴极活性材料对于环境条件具有剧烈的敏感性，例如趋向于湿气以及二氧化碳的吸收，这能够引发材料处理上的问题，特别是在电极的制备过程中，并且趋向于在充电以及放电循环的过程中产生气体。将用来制备阴极的粘合剂材料与所述的阴极材料进行混合和／或将用来制备阴极的粘合剂材料涂覆于所述的阴极材料之上的方式，对所述的阴极材料所具有的环境敏感性进行改善，其中所述的用来制备阴极的粘合剂材料是例如聚偏氟乙烯（ＰＶＤＦ）以及聚四氟乙烯（ＰＴＦＥ）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及锂电池并且更为具体的涉及一种用于提高阴极材料的环境稳 定性的方法，其中所述的阴极材料被用在非水性的次级锂电池中，所述的环境稳定性指的 是当处于电极以及电池的装配过程中的材料处理的过程中的环境稳定性，以及处于与它们 相关的前期运输以及存储的过程中的环境稳定性。
技术介绍
伴随着电子设备的持续的显著性的发展，已经出现了一种对用来为这些设备提供 动力的所述电池的性能进行增强的强烈的平行需求，其中所述的电子设备是例如便携式计 算机，手机，音乐播放器，照相机，电动工具，个人数码助理(PDA)，电动车辆，等等。与其它的 可再充电式电池技术相比，锂电池系统由于它们所具有的优越的能量密度以及动力密度而 成为被人们选择的所述电池系统。锂的金属氧化物是当前普遍被用在锂电池中的主要的活性阴极材料，其中所述的 锂的金属氧化物是例如氧化锂钴，氧化锂镍，尖晶石锂锰，磷酸铁锂，基于镍、钴、以及锰的 锂的混合金属氧化物。然而，在初始的材料处理过程中以及在随后的电极装配以及电池装配的操作过程 中，当被暴露在环境大气中时，这些阴极材料中的绝大多数趋向于吸收二氧化碳和/或湿 气。这些问题通常能够引发产品质量的变化并且导致利用这些材料制成的非水性锂离子电 池或者锂聚合物电池的性能退化。这些问题同样能够导致电极装配以及电池装配制造业的 失败以及缺陷，因为这导致了产量的降低。与基于钴的阴极材料以及其他的锂混合金属氧化物相比，基于镍的阴极材料对所 述的环境更为敏感并且更加倾向于湿气以及二氧化碳的吸收。作为上述的结果，已经报道 有碳酸锂以及氢氧化锂杂质形成了所述颗粒的表面。在电极浆液的制备过程中，氢氧化锂 通常能够引发粘度的快速增加或者甚至引发胶凝化，从而形成不规则的阴极涂层厚度并且 在电极的制备过程中在所述的铝箔上引发缺陷。两种类型的杂质均能够引发其他的问题， 例如在某些条件下，在电池的充电以及放电循环过程中引发严重的气体泄露。为了克服上述提及的问题，已经对许多方式进行了研究。已经提议使用无机涂层 以及有机涂层对所述的阴极材料进行保护，以削弱其吸收，其中所述的无机涂层是例如二 氧化钛，三氧化二铝，磷酸铝以及磷酸钴，所述的有机涂层是例如气相二氧化硅，羧甲基纤 维素，等等。然而，这些化合物及其方法存在几个重要的问题(1)制备涂层需要复杂的操 作过程，这给下面的材料制造过程增加了显著的成本；(2)存在于所述的活性材料之上的 非活性材料导致了所述的被涂覆材料的能力的降低；以及⑶向所述的阴极材料以及电池 中导入可能不与所述的电池系统具有化学相容性的外源物料能够引发其他不期望的反应， 从而可能对电池的性能产生负面的影响。因此，需要有这样一种方法，所述的方法能够克服所述的阴极材料所具有的环境 敏感性，包括不期望的重量的增加，并且不会对产品的成本造成显著的增加；不会降低材料的性能；并且不会导入污染物，其中所述的污染物对于所述电池的长期性能所产生的影响 是未知的。专利技术概述在这里提供了一种简单的方法，用于对阴极材料所具有的环境稳定性进行提高， 其中所述的阴极材料是在锂电池中使用到的，所述的环境稳定性指的是在材料的处理、运 输、存储、电极的装配以及电池的装配过程中所体现出的环境稳定性。在所述的方法中，向 一种阴极材料中导入一种或者多种粘合剂材料，通过使用所述的粘合剂材料对所述的阴极 材料进行涂覆的方式和/或通过将所述的粘合剂材料与所述的阴极材料进行混合的方式， 对所述的阴极材料所具有的环境稳定性进行提高。粘合剂材料选自那些在随后的下游电极 制备步骤中所使用到的材料，例如PVDF(聚偏氟乙烯)以及PTFE (聚四氟乙烯)。作为上述 的结果，不需要向所述的电池系统内导入额外的外源材料或者物料，从而减少了对于存在 于短期的电池保养以及长期的电池保养中的潜在问题的担心。这种方法没有显著的能力损 失以及性能损失。为了进行进一步的环境稳定性的提高，一种或者多种经过筛选的路易斯 (Lewis)酸可以被加入到所述的涂覆过程或者混合过程中。为了获得一种能够在所述的阴 极材料颗粒上进行均勻的分布以及粘合的高品质的涂层，所述的粘合剂材料的涂覆可以通 过下述方式来完成对所述的粘合剂材料以及所述的阴极材料的干混合物进行加热和/或 将所述的粘合剂预先溶解在一种溶液中，并且之后将其与阴极材料进行混合，在此之后在 升高的温度下进行干燥。所述的加热温度可以高达所述的玻璃转化温度之上但低于所述的 粘合剂的分解温度。所述的粘合剂的使用剂量应当不超过在所述的电极中所使用的所述粘 合剂的剂量。具体实施例方式正如上文中所著，在次级锂电池中进行使用的阴极材料，特别是基于镍的阴极材 料对于所述的环境而言是非常敏感的，因为它们趋向于快速的吸收湿气以及二氧化碳。所 述的湿气能够引起锂离子的渗出并且形成氢氧化锂(LiOH)。来自于空气中的二氧化碳将随 后与所述的氢氧化锂发生反应从而在所述材料的表面之上形成碳酸锂。作为上述的结果， 所述的材料所具有的重量将随时间而增加。通过重量的增加而测量的所述湿气以及二氧化 碳的吸收将引发在所述的电池及其制造过程中产生如上文中所述的那些问题。当与使用无 机涂层以及其他的有机涂层的其他方法相比较时，本专利技术所述的用于降低基于锂的阴极材 料所具有的环境敏感性的迅捷方法是简单的，更为有效的以及疑难性较小的。 除非另外指明，用在一连串的数值之前的所述形容词“大约”将被解释为同样应用 于存在于所述的连串数值之中的每一个数值。 在本专利技术所述的方法中，将所述的阴极材料与粘合剂材料进行混合或者利用粘合 剂材料对其进行涂覆，其中所述的阴极材料一般而言是颗粒，并且在此之前，所述的阴极材 料是出于下述目的来进行合成的在所述的阴极材料的表面之上全部覆盖所述的粘合剂材 料或者至少部分覆盖所述的粘合剂材料。那些粘合剂材料一般而言选自用于进行所述的电 池电极的制造的粘合剂。所述的粘合剂材料与所述的阴极材料之间的均勻混合使得所述的 粘合剂材料对所述的阴极材料进行了涂覆。可以使用的其他的涂覆方法是例如(1)湿法 涂覆将一种阴极材料导入到一种溶剂之中，在所述的溶剂中含有预先溶解了粘合剂材料的溶液，并且之后对所述的溶剂进行干燥从而获得所述被涂覆的产物；以及(2)喷雾涂覆 在所述的阴极材料颗粒的表面上对预先溶解的粘合剂材料进行喷雾干燥。粘合剂材料的例子包括氟聚合物例如聚偏氟乙烯(PVDF)，聚四氟乙烯(PTFE)，聚 偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)，以及类似的氟聚合物。粘合剂同样包括聚乙烯，聚 烯烃及其衍生物，PEO(聚乙烯氧)，PAN(聚丙烯腈)，SBR(苯乙烯-丁二烯橡胶)，PEI (聚 酰胺)以及类似物或者上述聚合物的混合物。由于上述经过筛选的粘合剂材料是疏水性的，当它们被涂覆在所述的阴极材料的 表面之上时，能够防止湿气的吸收。而且，由于所述的涂层材料同样是在随后的电极制备中 所使用的所述粘合剂，不需要担心关于在所述的电极制造过程中会导入杂质、从而可能在 随后的充电以及放电循环的过程中引发电池性能的退化的问题。所述的粘合剂材料可以直接与所述的阴极材料进行混合，所述的混合发生在从大 约室温至大约刚好低于所述的粘合剂材料所具有的分解温度的温度范围之内。加热使所述 的粘合剂材料发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对在锂电池中进行使用的阴极材料的环境稳定性进行提高的方法，所述的方法包括：ａ）提供一种粘合剂，所述的粘合剂选自在所述的阴极的下游制备过程中所使用到的粘合剂组中的至少一种，其中所述的阴极被配置在所述的锂电池中；ｂ）将所述的粘合剂导入到所述的阴极材料上；以及ｃ）使所述的粘合剂与所述的阴极材料发生相互作用。

【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：邹峰，黄欢，廖伦智，杨全民，
申请(专利权)人：蒂艾克思股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[]