[发明专利]制备碳包覆的锂金属聚阴离子粉末的方法无效

专利信息
申请号: 200780002139.8 申请日: 2007-01-09
公开(公告)号: CN101371384A 公开(公告)日: 2009-02-18
发明(设计)人: 毛振华;爱德华·J·南尼;埃里克·T·林德 申请(专利权)人: 科诺科飞利浦公司
主分类号: H01M4/60 分类号: H01M4/60
代理公司: 中原信达知识产权代理有限责任公司 代理人: 王海川;樊卫民
地址: 美国得*** 国省代码: 美国;US
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摘要:
搜索关键词: 制备 碳包覆 金属 聚阴离子 粉末 方法
【说明书】:

本申请要求2006年1月9日提交的序列号为11/327,972的美国专 利申请的优先权。

涉及联邦政府资助的研究或开发的声明

不适用。

技术领域

发明涉及的领域一般为碳包覆的粉末的制备。更具体地说,本 发明涉及制备碳包覆的锂金属聚阴离子(polyanionic)粉末。

背景技术

锂钴氧化物(LiCoO2)是目前应用的锂离子电池的阴极材料。由于 LiCoO2价格昂贵、对环境有害且具有热不稳定性,锂离子电池的应用 目前仅限于便携式电子设备。如果能够找到一种廉价且环境友好性的 化合物以取代锂离子电池中的LiCoO2,则锂离子电池可以成为许多其 它应用中的电池选择,例如电动工具及电动车。因此,已经开始研究 用于取代锂电池产品应用中的LiCoO2的替代性化合物,这种应用中要 求高充/放电速率和适中至高的温度。

特别来说,替代性的含锂无机化合物显示出可以取代LiCoO2的前 景。然而研究表明,这种化合物实际测量的充电容量低于它们的理论 容量。通常是通过使粒子超细、向该化合物中掺杂其它元素或使该化 合物共混/包覆碳来解决提高这种电池性能的问题。这些方法涉及到诸 如溶胶-凝胶过程的耗时步骤;因此,它们在成本上可能是不划算的, 因为除了化合物前体本身之外还要消耗额外的化学品,例如胶凝剂和 螯合剂。

因此,有必要找到一种制备电池阴极材料的经济方法。另外的需 求包括提高诸如阴极材料充电容量和库仑效率的电池性能的方法。

发明内容

锂金属聚阴离子(LMP)化合物具有许多可作为锂离子电池阴极材 料的瞩目性能。然而,这种材料是电子绝缘体。因此,该材料本身的 电池性能可能不足以实际应用。因此本文描述制备电池阴极材料和提 高其性能的方法。该方法涉及用碳质包覆层来包覆LMP粉末,从而形 成具有改善的充电容量、库仑效率、电子导电率和离子导电率的阴极 材料。制备电池阴极材料的该方法克服了常规的锂离子电池阴极材料 制备当中的问题。该方法简单而快捷。

在一个实施方案当中,通过制备电池阴极材料的方法解决了现有 技术中的这些需求以及其它方面的需求。该方法包括提供LMP粉末。 该方法进一步包括将碳质材料沉淀到LMP粉末上,从而形成包覆的 LMP粉末。此外,该方法包括碳化该包覆的LMP粉末,从而生成电池 阴极材料,其中该电池阴极材料的电导率>相应未包覆材料的电导率的 10倍。

在另一实施方案中,提高LMP粉末充电容量的方法包括将碳质材 料沉淀到LMP粉末上,从而形成包覆的LMP粉末。该方法还包括碳 化该包覆的LMP粉末,从而将LMP粉末的充电容量提高至少10%。

仍在进一步的实施方案中,提高LMP粉末的库仑效率的方法包括 将碳质材料沉淀到LMP粉末上,从而形成包覆的LMP粉末。该方法 还包括碳化该包覆的LMP粉末,从而将LMP粉末的库仑效率提高至 少10%。

前面已经相当广泛地概括了本发明的特征和技术优势,从而可以 更好地理解随后对本发明进行的详细描述。下文将描述形成本发明权 利要求主题的本发明的附加特征及优点。本领域的技术人员应意识到, 可以很容易地以所披露的概念及具体的实施方案为基础,以此修改或 设计其它的结构,用以实现与本发明相同的目的。本领域的技术人员 还应当意识到,这种等价的结构并不偏离由所附权利要求确定的本发 明的实质和范围。

附图说明

为了详细描述本发明的优选实施方案,现在可以参考附图,其中:

图1为经不同温度热处理的碳包覆的与未包覆的LiFePO4粉末的 第一次循环的电位曲线比较;和

图2所示为经不同温度热处理的碳包覆的及未包覆的LiFePO4粉 末的放电容量对循环次数的关系;和

图3所示为未包覆的磷酸锂钒(LVP)电极在不同循环时的容量及 库仑效率;和

图4所示为碳包覆的LVP(C-LVP)电极在不同循环时的容量及库 仑效率;和

图5所示为LVP/Li电池在恒流(CC)然后恒压(CV)充电及恒流放电 期间的第一次及第十次循环时的电池电压曲线;和

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