[发明专利]锂离子电池

说明书

美国政府支持声明

本发明是根据由美国陆军授予的CERDEC W15P7T-09-C-S314在美国政府的支持下完成的。美国政府在本发明中具有一定的权利。

发明背景

发明领域

本发明总体上涉及一种锂离子电池，该电池在不显著降低能量密度的同时具有高功率密度，并且涉及制造该锂离子电池的方法，更具体地涉及一种用于该锂离子电池的阴极复合物以及其制造方法。

发明背景

锂离子电池是一种充电电池，其中锂离子在阳极和阴极之间移动。放电过程中这些锂离子从阳极向阴极移动，而充电过程中从阴极向阳极移动。集电器的作用是在阳极和阴极之间耦合电荷载体。目前对锂离子电池的调查焦点一直是使用纳米磷酸铁锂粉末作为阳极活性物质。据称在本领域中纳米磷酸铁锂粉末（纳米粒子）使得磷酸铁锂电池的再充电率更高。

披露概述

本披露的阴极包括具有不同粒度的至少第一及第二活性物质，它们可以实现比包含一个单一的活性物质的传统阴极（如常规纳米磷酸铁锂粉末）更高的堆积密度。与配置有具有常规阴极的电池单元的电池相比（该常规阴极由一个单一的活性物质形成），配置有具有阴极复合物的电池单元的电池（该阴极复合物是根据本披露的一个实施例中的阴极复合物）可以在大部分放电率表现出更高的容量和更高的功率。

附图简要说明

图1是根据本披露的一个实施例的阴极的示意图，示出了两种阴极活性物质的使用；

图2是一个Ragone图表，根据本披露的实施例示出了根据电池单元的功率密度的能量密度；

图3是一个图表，根据本披露的实施例示出了根据电池单元的安培数的电压；

图4是一个多变量的图表，示出了根据本披露的实施例中的电池单元容量的比较；

图5是一个图表，根据本披露的实施例示出了根据具有阴极的功率电池单元的阴极复合物涂布量的容量；

图6是一个图表，根据本披露的实施例示出了根据具有阴极的功率电池单元的阴极复合物涂布量的容量；

图7是一个Ragone图表，根据本披露的实施例示出了根据具有阴极的能量及功率电池单元的功率密度的能量密度；

图8是一个以15amp放电的放电图，根据本披露的实施例示出了具有阴极的功率电池单元的放电特性；

图9是一个放电图，根据本披露的实施例示出了具有阴极的电池单元在不同放电安培数下的放电特性；

图10是一个放电图，示出了图8中的电池单元在40A及50A下的放电特性；以及

图11是一个生命周期图，根据本披露的实施例示出了具有阴极的电池单元在充电/放电循环中的容量保持率。

详细说明

虽然本发明容许许多不同形式的实施例，此处详细描述的是其一个具体的实施例，可以理解为本披露被视为本发明原理的一个例证并且不意在将本发明限制为示出的具体实施例。

一个电池通常包括多个电池单元。通过对电池单元设计的控制，可以使用具有第一及第二活性物质的一个阴极复合物形成一个电池，该电池在不显著降低能量密度的同时具有高功率密度。与由一个单一活性物质（如纳米磷酸铁锂粉末）组成的常规电池单元相比，本披露的电池单元可产生一个在大部分的放电区域具有较高容量的电池。

参照图1，该电池单元包括一个阴极10，该阴极包含涂覆在基体12上的阴极复合物14。该阴极复合物14可包括与粘合剂19混合的至少一个第一锂离子活性物质16以及一个第二锂离子活性物质18。该第一及第二活性物质16、18可以不同。例如，该第一及第二活性物质可具有不同的复合物、粒度、振实密度、和/或导电性碳的量。

该阴极10可以与一个阳极一起用于形成一个锂离子电池单元（例如圆柱形锂离子电池单元）的电极。正如本领域中所知道的那样，可以将多个锂离子电池单元组装成一个电池。例如，该阴极10可用于充电锂离子18650或26650电池中。该阳极可以包括已知的用于锂离子电池中的阳极活性物质。例如，该阳极活性物质可以是碳基的如石墨、或锂金属。

正如本领域中已知的那样，该基体12可以是金属箔，如铝。

该活性物质16、18可以是一个复合物，该复合物主要含有磷酸铁锂、磷酸锰锂、锂钴氧化物、锂镍氧化物或其他合适的含锂物质。该第一及第二活性物质可以有相同的复合物，或者可以有不同的复合物。该活性物质16、18还可以包括一个导电成分，例如导电性碳。