一種高容量高循環(huán)性能的鋰離子電池陰極材料的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種高容量高循環(huán)性能的鋰離子電池陰極材料，該材料含有下式所示組成的成分：MaNbAsdYeCf其中，M為選自In和/或Ga；N為選自Cr和/或Sc；Y為Si和/或Ge；單質(zhì)C為炭黑或者石墨；a、b、d、e和f表示相對(duì)于M、N、As、Y和C的總重量，M、N、As、Y和C各自所占的重量比，其中，a+b為0.5-0.7，d+e為0.2-0.6，f為0.1-0.25，e/d的范圍為0到1/1.4，b/a的范圍為0到1/1.5。本發(fā)明的高容量高循環(huán)性能的鋰離子電池陰極材料具有更高的容量和更好地循環(huán)性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種高容量高循環(huán)性能的鋰離子電池陰極材料

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋰離子電池，特別涉及一種用于鋰離子電池的陰極復(fù)合材料及其 制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 對(duì)于便攜式電子器械例如個(gè)人數(shù)字輔助設(shè)備、蜂窩電話和筆記本電腦的需求一直 不斷增加。設(shè)計(jì)這些便攜式器械使得它們更加緊湊、更薄和更輕的需要同樣也日益增加。除 了這一己經(jīng)非常廣泛且連續(xù)增長(zhǎng)的市場(chǎng)之外，基于混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的車(chē)輛看起來(lái)也處于非常 先進(jìn)的開(kāi)發(fā)狀態(tài)并將持續(xù)增長(zhǎng)使用。相應(yīng)地，為這些器械供應(yīng)電源的電池是這些器械中更 加重要的組成部分。迄今為止特別使用鋰電池作為用于該類(lèi)便攜式器械的主要電源并被認(rèn) 為是向混合動(dòng)力、插電混合動(dòng)力（電池也在電源處充電）和完全電動(dòng)車(chē)輛供應(yīng)電源的唯一 可能，因?yàn)樗鼈兎浅］p且具有高的能量密度。
[0003]鋰電池尤其包含活性陰極材料、活性陽(yáng)極材料和隔膜。例如，可以用于鋰電池的 活性陰極材料和活性陽(yáng)極材料由US5837015、US5635151已知。用于鋰電池的活性陰極 材料可以由含鋰過(guò)渡金屬氧化物構(gòu)成，例如LiCo0 2、LiMn02、LiNi02和二元或三元化合物 (LiCou-yNixMnA)、硫?qū)僭鼗衔锶鏜oS 2、和金屬磷酸鹽如LiFePO^由于這些化合物具 有層狀晶體結(jié)構(gòu)，鋰離子可以可逆地嵌入這些結(jié)構(gòu)中/從這些結(jié)構(gòu)中解脫。為此，常常使用 這些化合物作為用于鋰電池的活性陰極材料。而目前商品化鋰離子電池的負(fù)極材料均為碳 材料，主要是石油焦炭和石墨，其中具有代表性的是Sony公司的石油焦炭負(fù)極材料，但容 量較低，而循環(huán)性能較差的A&T公司的負(fù)極材料為高容量石墨化介穩(wěn)相瀝青基炭纖維。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了改善高容量鋰離子電池的循環(huán)性能，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于鋰離 子電池陰極的材料，該材料含有下式所示組成的成分：
[0005] MaNbAsdYeCf
[0006]其中，Μ為選自In和/或Ga;N為選自Cr和/或Sc ;Y為Si和/或Ge ;單質(zhì)C為 炭黑或者石墨；a、b、d、e和f表示相對(duì)于m、N、As、Y和C的總重量，M、N、As、Y和C各自所占 的重量比，其中，a+b 為 〇· 5-0. 7, d+e 為 0. 2-0. 6, f 為 0. 1-0. 25, e/d 的范圍為 0 到 1/1. 4， b/a的范圍為0到1/1· 5, a+b優(yōu)選為〇· 6-0. 7, d+e優(yōu)選為0· 4-0. 6, f優(yōu)選為0· 2-0· 25。 [0007]在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，a+b優(yōu)選為〇· 6, d+e優(yōu)選為0· 4, f優(yōu)選為0· 2。
[000S]在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，e/d的范圍為1/1. 6, b/a的范圍為1/1. 8。
[0009]另外，本發(fā)明還提供了一種制備用于鋰離子電池陰極的材料的制備方法，根據(jù)上 述的成分，稱(chēng)取單質(zhì)原料，混合得到混合物，將所述混合物置于不銹鋼罐，并將所述不銹鋼 _置于尚遺行星球磨機(jī)中球磨，球磨速度為230-250rpm,時(shí)間為50-60分鐘，過(guò)60-70微米 篩，之后制備電極，將活性材料，聚偏氟乙烯黏合劑和碳黑與N-甲基吡咯烷酮形成漿料，并 將所述漿料涂覆到銅箔上制得所述陰極材料。
[0010]在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，活性材料占80%，聚偏氟乙烯黏合劑占12%，碳黑占 8 % 〇
[0011]本發(fā)明復(fù)合材料通過(guò)添加劑元素提升電化學(xué)性能，其中通過(guò)添加的金屬組分N，以 稀釋活動(dòng)相，使總體積膨脹最小化，并降低第一次循環(huán)的可逆容量損失，提高循環(huán)性能。組 分N可以選擇Cr和/或Sc，本發(fā)明中還包括碳，可以簡(jiǎn)化復(fù)合物的合成，提高復(fù)合物顆粒的 導(dǎo)電性能。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)中的陰極復(fù)合材料相比，本發(fā)明的復(fù)合材料具有更高的容量和更好地 循環(huán)性能。

【具體實(shí)施方式】
[0013] 實(shí)施例1
[0014] InQ. 3CrQ. 2As。. 2Ge。. 2C0.1 t〇〇15]根據(jù)上述的成分，稱(chēng)取單質(zhì)原料，混合得到混合物，將所述混合物置于不銹鋼罐， 并將所述不銹鋼罐置于高能行星球磨機(jī)中球磨，球磨速度為250rpm，時(shí)間為50分鐘，過(guò)60 微米篩，之后制備電極，將8〇 %活性材料，12 %聚偏氟乙烯黏合劑和8 %碳黑與N-甲基吡咯 烷酮形成漿料，并將所述漿料涂覆到銅箔上制得所述陰極材料。
[0016] 實(shí)施例2
[0017] Ga0 3Sc0 2As0 2Si0 2C〇 i
[0018] 根據(jù)上述的成分，稱(chēng)取單質(zhì)原料，混合得到混合物，將所述混合物置于不銹鋼罐， 并將所述不銹鋼罐置于高能行星球磨機(jī)中球磨，球磨速度為235rpm，時(shí)間為55分鐘，過(guò)70 微米篩，之后制備電極，將 8〇%活性材料，12%聚偏氟乙烯黏合劑和8%碳黑與N-甲基吡咯 烷酮形成漿料，并將所述漿料涂覆到銅箔上制得所述陰極材料。
[0019] 實(shí)施例3
[0020] Ga〇. 4Sc〇. 2As〇. 2Si0. jC。. 1
[0021] 根據(jù)上述的成￡，稱(chēng)取單質(zhì)原料，混合得到混合物，將所述混合物置于不銹鋼罐， 并將所述不銹鋼_直于尚能行星球磨機(jī)中球磨，球磨速度為250rpm，時(shí)間為50分鐘，過(guò)60 微米篩，之后制備電極，將 8〇%活性材料，12%聚偏氟乙烯黏合劑和8%碳黑與N-甲基吡咯 烷酮形成漿料，并將所述漿料涂覆到銅箔上制得所述陰極材料。
[0022] 實(shí)施例4
[0023] In0.4Sc0.2As 0.2Si0. {〇.丄
[0024] 根據(jù)上述的成￡，稱(chēng)取單質(zhì)原料，混合得到混合物，將所述混合物置于不銹鋼罐， 并將所述不銹鋼罐置于高能行星球磨機(jī)中球磨，球磨速度為240rpm，時(shí)間為60分鐘，過(guò)70 微米篩，之后制備電極，將80%活性材料，12%聚偏氟乙烯黏合劑和8%碳黑與N-甲基吡咯 烷酮形成漿料，并將所述漿料涂覆到銅箔上制得所述陰極材料。
[0025]通過(guò)對(duì)實(shí)施例1-4的陰極材料組裝的電池進(jìn)行容量及能量密度測(cè)試及循環(huán)性能 測(cè)試，同時(shí)選擇目前較常用的市售的LiMn02(比較例1)、LiNi02(比較例2)、LiFeP0 4(比較 例3)作為比較例，進(jìn)行平行測(cè)試，得出如下的結(jié)果：
[0026] 表1容量及能量密度測(cè)試結(jié)果
[0027]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于鋰離子電池陰極的材料，其特征在于：所述材料含有下式所示組成的成 分：MaN bAsdYeCf其中，Μ為選自In和/或Ga ;N為選自Cr和/或Sc ;Y為Si和/或Ge ;單 質(zhì)C為炭黑或者石墨；a、b、d、e和f表示相對(duì)于Μ、N、As、Y和C的總重量，Μ、N、As、Y和 C各自所占的重量比，其中，a+b為0.5-0. 7, d+e為0.2-0. 6, f為0. 1-0. 25, e/d的范圍為 0到1/1. 4, b/a的范圍為0到1/1. 5, a+b優(yōu)選為0. 6-0. 7, d+e優(yōu)選為0. 4-0. 6, f優(yōu)選為 0. 2~0, 25〇
2. 如權(quán)利要求1所述的陰極的材料，其特征在于，a+b優(yōu)選為0. 6, d+e優(yōu)選為0. 4, f優(yōu) 選為0. 2。
3. 如權(quán)利要求1-2之一所述的陰極的材料，其特征在于，e/d的范圍為1/1. 6, b/a的范 圍為1/1. 8。
4. 一種制備權(quán)利要求1-3之一所述的用于鋰離子電池陰極的材料的制備方法，其特征 在于：根據(jù)材料的組成稱(chēng)取單質(zhì)原料，混合得到混合物，將所述混合物置于不銹鋼罐，并將 所述不銹鋼罐置于高能行星球磨機(jī)中球磨，球磨速度為230-250rpm，時(shí)間為50-60分鐘，過(guò) 60-70微米篩，之后制備電極，將活性材料，聚偏氟乙烯黏合劑和碳黑與N-甲基吡咯烷酮形 成漿料，并將所述漿料涂覆到銅箔上制得所述陰極材料。
5. 如權(quán)利要求1-4之一所述的方法，所述活性材料占80%，所述聚偏氟乙烯黏合劑占 12 *%，所述碳黑占8 。
【文檔編號(hào)】H01M4/62GK104300149SQ201410128371
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】張波, 林道松 申請(qǐng)人:紹興安卡汽車(chē)配件有限公司, 林道松