阳极材料制造技术

本实用新型专利技术公开涉及具有高表面积和改进的循环性能的阳极材料，所述阳极材料通过对球形石墨粉末表面处理得到。所述表面处理提供留在所述球形石墨粉末上的高表面积保护性涂层。根据本实用新型专利技术公开实施方案制备的所述阳极具有循环寿命和长期高温储存性能。在本实用新型专利技术公开实施方案中，球形石墨粉末涂覆高表面积保护性涂层。所述高表面积保护性涂层改进了本实用新型专利技术公开材料制备的阳极的性能和耐久性。所述高表面积保护性涂层能包括聚合物、金属化合物和/或硬碳。另外，在某些实施方案中，保护性涂层（其可能有或没有高表面积，但是有增加的耐久性），可以通过在氧化或惰性气氛中对球化石墨进行热处理得到。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】阳极材料相关申请的交叉引用本申请要求于2010年12月21日提交的美国临时申请61/288，595的权益，其整体以参考的方式并入本文。
技术介绍
电池制造商正在继续增加阳极材料的能量密度、功率特性、循环寿命和安全特性，同时降低其成本。片状天然石墨可以通过称为球化处理的过程将其转化成球形颗粒，以作为阳极材料使用。晶体片状石墨(或者简称为片状石墨)以分离的、扁平的、板片状的颗粒出现，在破碎前为六角形边缘，破碎后边缘变成不规则的或者尖角的。片状石墨的球化作用通过使用相对小的冲击磨(例如气流分级粉碎机(ACM)或者棒磨)对片状石墨进行重复粉碎得到。当进行粉碎时，需要重复这种操作至少10次，以制造球形的高粉末密度。为了获得目标粒度(例如，约8-20 μ m平均)，所述原材料和片状天然石墨的平均直径和、应该在约Ιμπι至50μπι。这种最终球形粉末可以在电池中作为阳极活性材料使用，例如锂离子电池。球化石墨粉末通常是高表面积材料，其可以用于制备高功率的阳极，换言之，电池应用中的低阻抗或者低直流电电阻。尽管如此，从这种材料制备得到的阳极的第一充电和放电效率通常太低而不能提高电池容量。另外，高温储存性能，换言之，良好的使用寿命对这种阳极来说也是较差。由于可循环锂量减少，这种高表面积石墨粉末在高温时性能不是很好，所述可循环锂在循环期间(即运转和高温储存期间)从固体电解质界面(SEI)膜中随电解质再生。取而代之的是，为了增加所述天然石墨粉末的耐久性(即循环性能)，所述石墨用浙青涂覆以减少所述石墨粉末的表面积，但是这也增加了所述阳极的耐久性。浙青是大量粘弹性的、固体聚合物的任意一种的称呼。浙青从石油产品或者植物中制备得到。涂覆浙青的天然石墨广泛用于民用电池应用，例如手提电脑或者手机。由于其耐久性和低成本性而使用浙青涂覆的天然石墨。涂覆石墨粉末的浙青对低比率和使用寿命(长期高温储存)的循环是有用的，因为所述浙青可以使循环和高温储存中的副反应最小化。尽管如此，所述浙青涂覆减少了所述阳极颗粒上活性位点的表面积。由于所述浙青涂覆石墨的表面积减小，所述浙青涂覆阳极材料的循环性能不是很好地适合于高功率汽车应用。使用浙青涂覆阳极材料，在浙青涂覆层和核心石墨之间的接口在高功率循环运行期间退化。因此，已经将表面积稍微更高些的石墨粉末用于高功率应用中。所述阳极粉末的表面积是锂电子电池的重要组成部分，其影响电池的循环、储存和安全性能。合适表面积的阳极粉末会允许其与电解质中的锂离子迅速反应。高表面积的阳极(例如球形石墨)也有助于能量再生和高放电循环。低表面积浙青涂覆的石墨阳极材料在耐久性方面性能良好，但是它对于高功率应用来说仍然不理想。因此，有必要建立适合于高功率应用的可持续阳极的阳极粉末。专利技术概述在一方面，本专利技术公开设计阳极粉末。所述阳极粉末包括球形石墨粉末和围绕在所述石墨粉末的高表面积保护性涂层，其中，所述涂覆的粉末比所述未处理的石墨粉末具有更高的表面积。在某些实施方案中，所述阳极粉末具有的粒度在约5um至约20um之间。在某些实施方案中，所述阳极粉末具有的表面积在约5m2/g至约20m2/g之间。在某些实施方案中，所述阳极粉末具有的D峰/G峰的拉曼光谱峰强度比值小于0.3。在某些实施方案中，所述阳极粉末具有的D峰/G峰的拉曼光谱峰强度比值大于约0.3。在某些实施方案中，所述高表面积保护性涂层可以是金属化合物粉末。在某些实施方案中，所述金属化合物粉末包括金属氧化物粉末。在某些实施方案中，所述金属氧化物粉末选自:Al203、Y203、Ti02，Cs203、21*02和ZnO。在某些实施方案中，所述金属化合物粉末可以是金属氟化物粉末。在某些实施方案中，所述金属氟化物粉末可以是A1F3、ZrF4、TiF4、CsF3JF3或者ZnF2。在某些实施方案中，所述高表面积保护性涂层可以是金属化合物粉末和聚合物的混合物。在某些实施方案中，所述高表面积保护性涂层可以是硬碳涂层。在某些实施方案中，所述涂层的含氧量在约1%至约6%之间。在某些实施方案中，所述涂层具有的碳、氧双键的百分比在约3%以上。本专利技术公开的另一方面涉及制备阳极粉末的方法。所述方法包括提供球形石墨粉末，使所述石墨粉末表面涂覆高表面积保护性涂层；以及热处理涂覆的石墨粉末，以形成涂覆的阳极粉末；所述阳极粉末比未处理的石墨粉末具有更高的表面积以形成阳极材料，所述阳极材料比所述未处理的石墨粉末具有更高的表面积。在某些实施方案中，所述阳极粉末具有的表面积在约5m2/g至约20m2/g之间。在某些实施方案中，所述阳极粉末具有的D峰/G峰的拉曼光谱峰强度比值小于0.3。在某些实施方案中，所述阳极粉末具有的D峰/G峰的拉曼光谱峰强度比值大于约0.3。在某些实施方案中，所述方法包括在氧化气氛中处理所述涂覆的石墨粉末。在某些实施方案中，所述方法包括在惰性气氛中处理所述涂覆的石墨粉末。在某些实施方案中，涂覆可以是用金属化合物粉末涂覆所述球形石墨粉末。在某些实施方案中，涂覆可以是用金属氧化物粉末涂覆所述球形石墨粉末。在某些实施方案中，所述金属氧化物粉末选自=Al2O3, Y2O3, TiO2, Cs2O3和ZnO。在某些实施方案中，涂覆包括用金属氟化物粉末涂覆所述球形石墨粉末。在某些实施方案中，所述金属氟化物粉末选自:AlF3、ZrF4、TiF4、CsF3、YFjP ZnF2。在某些实施方案中，涂覆包括用硬碳前体涂覆所述球形石墨粉末。本专利技术公开的另一方面涉及阳极。所述阳极包括在导电板上处理的阳极层，所述阳极层包括电活性粉末，所述电活性粉末包括:球形石墨粉末；以及围绕在所述石墨粉末的高表面积保护性涂层；其中，所述涂覆的粉末比所述未处理的石墨粉末具有更高的表面积。本专利技术公开的另一方面涉及电池。所述电池包括阴极、阳极，其中所述阳极包括阳极粉末，所述阳极粉末包括球形石墨粉末和围绕在所述石墨粉末的高表面积保护性涂层，其中，所述涂覆的粉末比所述未处理的石墨粉末具有更高的表面积；以及与所述阴极和阳极离子相连的电解质。附图说明为了更好地理解本公开的大量的实施方案，参考如下的附图描述，其中:图1示出了根据本公开的实施方案用金属化合物涂覆的阳极粉末颗粒；图2示出了根据本公开的实施方案用金属化合物/聚合物涂覆的阳极粉末；图3示出了根据本公开的事实方案用硬碳涂覆的阳极粉末颗粒。专利技术详述本公开涉及通过对球形石墨粉末的表面处理制备的具有高表面积和改善的循环性能的阳极材料。所述表面处理提供在球形石墨粉末上的高表面积保护性涂层。根据本公开实施方案制备的所述阳极具有改善的循环寿命和长期高温储存性能。在下文公开的实施方案中，球形石墨粉末被包覆有高表面积保护性涂层。所述高表面积保护性涂层改善了从本公开材料制备的阳极的性能和耐久性。所述高表面积保护性涂层可以包括聚合物、金属化合物和/或硬碳。另外，在某些实施方案中，可以通过在氧化或惰性气氛中对所述球化石墨进行热处理形成保护性涂层，所述保护性涂层可能有或可能没有高表面积但是没有增长的耐久性。锂离子电池锂离子电池(有时称为L1-1on电池或者LIB)是一类可再充电的电池类型，其中锂离子在放电期间从所述负极移动到所述正极，然后在充电期间返回。化学作用、性能、成本和安全性能随LIB的类型发生变化。与锂一次电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.12.21 US 61/288,5951.阳极粉末，其包含: 球形石墨粉末；以及 围绕所述石墨粉末的高表面积保护性涂层； 其中，所述涂覆的粉末比未处理的石墨粉末具有更高的表面积。2.根据权利要求1所述的阳极粉末，其中所述阳极粉末具有的粒度在在约5um至约20um之间。3.根据前述权利要求的任意一项所述的阳极粉末，其中所述阳极粉末具有的表面积在约5m2/g至约20m2/g之间。4.根据前述权利要求的任意一项所述的阳极粉末，其中所述阳极粉末D峰/G峰的拉曼光谱峰强度比值小于0.3。5.根据前述权利要求的任意一项所述的阳极粉末，其中所述阳极粉末D峰/G峰的拉曼光谱峰强度比值高于约0.3。6.根据前述权利要求的任意一项所述的阳极粉末，其中所述高表面积保护性涂层包含金属化合物粉末。7.根据前述权利要求的任意一项所述的阳极粉末，其中所述金属化合物粉末包含金属氧化物粉末。8.根据前述权利要求的任意一项所述的阳极粉末，其中所述金属氧化物粉末选自:A1203、Y2O3、 Ti02、Cs203、ZrO2 和 ZnO。9.根据前述权利要求的任意一项所述的阳极粉末，其中所述金属化合物粉末包含金属氟化物粉末。10.根据前述权利要求的任意一项所述的阳极粉末，其中所述金属氟化物粉末选自:A1F3、ZrF4, TiF4, CsF3>、YF3 和 ZnF2。11.根据前述权利要求的任意一项所述的阳极粉末，其中所述高表面积保护性涂层包含金属化合物粉末和聚合物的混合物。12.根据前述权利要求的任意一项所述的阳极粉末，其中所述高表面积保护性涂层包含硬碳涂层。13.根据前述权利要求的任意一项所述的阳极粉末，其中所述涂层具有的含氧量在约1%至约6%之间。14.根据前述权利要求的任意一项所述的阳极粉末，其中所述涂层具有的碳、氧双键的百分比在约3%以上。15.—种制备阳极粉末的方法,包括: 提供球形石墨粉末； 使所述石墨粉末表面涂覆高表面积保护性涂层；以及 热处...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹尚英，R·伊奥柯，M·R·丹灵格，
申请(专利权)人：A一二三系统公司，
类型：实用新型
国别省市：