[发明专利]复合电极材料

说明书

技术领域

本发明涉及复合电极材料及其制备方法。

背景技术

在锂电池中使用复合电极是已知的，其中，复合电极材料包含作为活性材料的复合氧化物、作为导电材料的碳质材料和粘结剂。

US 5,521,026(Brochu等人)公开了一种电池，其中的电解质是固体聚合物电解质，阳极是锂阳极，并且阴极包含在集流体(current collector)上的V₂O₅和炭黑的混合物。通过使用不锈钢球在液体溶剂中球磨氧化物和炭黑而得到复合阴极材料。对比阴极组分仅简单混合的电池，该电池的性能通过球磨得以改进。但是，使用钢球在阴极材料中带入了杂质，这会导致副反应。

WO 2004/008560(Zaghib等人)描述了一种复合阴极材料。通过将非导电材料或半导电材料的混合物、低结晶度碳(C1)和高结晶度碳(C2)进行高能研磨而得到该阴极材料。炭黑是一种低结晶度碳的实例，而石墨是一种高结晶度碳的实例。

US 6,855,273(Ravet等人)描述了在受控的气氛中，在复合氧化物或其前躯体的存在下，通过热处理碳质前躯体而制备电极材料。由此得到的电极材料由复合氧化物颗粒组成，所述复合氧化物颗粒具有碳涂层，并且对比未经包覆的氧化物颗粒，其电导率显著提高。由于存在与氧化物颗粒表面化学结合的碳涂层，其电导率提高。所述化学结合提供了优异的粘合性和高局部电导率。所述碳质前躯体可以是聚合物前躯体或气态前躯体。通过将所述碳涂覆的颗粒与炭黑，并与作为粘结剂的PVDF混合而制备复合电极材料。当制备理论电容达到170mAh/g的容量的电极时，必须在所述复合氧化物颗粒中加入炭黑。

WO 2004/044289(Yano等人)公开了一种通过混合气相生长碳纤维与基质材料而得到的复合材料，为了增强热导率和电导率，所述基质材料是树脂、陶瓷或金属。

US 2003/0198588(Muramaki等人)公开了一种电池，其中的电极由包含碳纤维(如气相生长碳纤维)的复合材料组成。作为用于阴极的碳质材料，碳纤维显示出良好的插层性能(intercalation property)。通过捏和碳纤维和粘结剂的混合物而制备复合阴极材料。

发明内容

本发明提供制备复合电极材料的方法及由此制得的材料。

根据本发明的一个方面，本发明的方法包括共研磨活性电极材料和纤维状碳，并向经共研磨的混合物中加入粘结剂以降低所述混合物的粘度。

根据本发明的另一方面，所述复合电极材料包含纤维状碳、活性电极材料和粘结剂。

优选地，所述活性电极材料是碳涂覆的复合氧化物。

本发明的另一个方面，提供了包含在集流体上的所述复合电极材料的复合电极。

附图说明

图1和图2分别是各在研磨机中共研磨，并除去NMP后的实施例1的C-LiFePO₄/VGCF^TM混合物和对比实施例1的C-LiFePO₄/AB混合物的SEM显微图。

图3表示对于实施例4和对比实施例4的多种经共研磨的C-LiFePO₄/碳混合物，时间T(秒)对电极密度D(g/cm³)的函数关系。

图4显示对于实施例5和对比实施例5的多种经共研磨的C-LiFePO₄/碳混合物，时间T(秒)对电极密度D(g/cm³)的函数关系。

图5、6和7表示根据实施例7，分别在0.5C(图5)、2C(图6)和4C(图7)的放电速率下，3种电极组合物的电势(V vs Li)对放电容量(mAh/g)的函数关系。

图8显示在进一步包含锂阳极和用1M LiPF₆ EC-MEC(3∶7)溶液浸渗的Celgard 3501隔膜的电化学电池中，多种电极的电阻R对于电极密度D的函数关系。

具体实施方式

用于制备本发明的复合电极材料的活性电极材料是碳涂覆的复合氧化物。所述复合氧化物优选地是过渡金属和锂的硫酸盐、磷酸盐、硅酸盐、含氧硫酸盐、含氧磷酸盐或含氧硅酸盐或它们的混合物。LiFePO₄、LiMnPO₄、LiFeSiO₄、SiO和SiO₂是优选的复合氧化物。碳涂覆的氧化物可通过将所述氧化物与碳质材料的有机前躯体接触，并通过热解所述前躯体而得到。优选地使用纳米颗粒形式的碳涂覆的复合氧化物。