[发明专利]复合阳极和包括复合阳极的锂离子电池组以及复合阳极的制备方法

说明书

本发明涉及复合阳极、包括复合阳极的锂离子电池组和复合阳极的制备方法。

在如下说明中，术语“锂离子-电池组”、“可重复充电的锂离子-电池组”和“锂离子-二次电池组”以同义方式使用。所述术语还包括术语“锂-电池组”、“锂-离子-蓄电池”和“锂-离子-电池”以及所有锂-电池组或合金-电池组，尤其是还有锂硫体系、锂空气体系或合金体系。因此使用术语“锂离子-电池组”作为现有技术中常见的上述术语的总称。其不仅表示可重复充电的电池组(二次电池组)而且表示不可充电的电池组(一次电池组)。尤其是，在本发明的意义上，“电池组”还包括单独或唯一的“电化学电池”。

在普遍情况下，锂-离子-电池组的运行方式如下：在伴随物质变化的化学过程中，电能储存在锂-离子(在负电极处)和(多数)过渡金属-氧化物(在正电极处)中。在这种情况下，锂-离子可以以离子形式(Li⁺)通过通常包含六氟磷酸锂(LiPF₆)作为锂传导性盐的电解质在两个电极之间来回移动。不同于锂-离子，阴极上存在的过渡金属-离子的位置固定。

在充电和放电时需要锂-离子-流来抵消外部电流，因此电极本身保持电中性。在放电时，负电极处的类锂-原子(或包含类锂-原子的负电极活性材料)各自交出电子，所述电子通过外部电路(用电器)流向正电极。同时，同样多的锂-离子通过电解质从负电极移动至正电极。但是在正电极处，锂-离子不再接收电子，而是存在于该处的过渡金属-离子接收电子。根据电池组的类型，其可以是钴离子、镍离子、锰离子、铁离子等。锂在电池的放电状态下存在于正电极处，因此继续以离子形式(Li⁺)存在。

锂离子电池组气密性封闭，因此在正常运行中内容物不可逸出或流入。如果例如在电动车辆发生事故造成外壳受到机械损坏时，则内容物可能以蒸汽形式、气体形式或液体形式逸出。在气态下主要逸出蒸发的电解质(爆炸风险)和电解质的分解产物(例如甲烷、乙烷、氢气、丙烷和丁烷和醛)。作为液体可能逸出由溶剂和传导性盐组成的液体电解质。溶剂可燃并且具有毒性。传导性盐LiPF₆与水分结合形成氟化氢(HF)。氟化氢剧毒并且刺激呼吸道。

本发明所基于的目的是提供具有提高的安全性的锂离子电池组。

根据本发明在第一方面通过根据权利要求1所述的复合阳极，在第二方面通过根据权利要求12所述的锂离子电池组，和在第三方面通过根据权利要求13所述的用于制备复合阳极的方法实现所述目的。优选的实施方案描述在从属权利要求中。

只要可用，根据本发明的所有方面都适用如下定义。

锂离子电池组

根据本发明，术语“锂离子电池组”具有引文中限定的含义。尤其是，根据本发明，所述术语还包括单独或唯一的“电化学电池”。优选地，在“电池组”中两个或多个所述电化学电池串联(即前后连接)或并联。

电极

根据本发明的电化学电池具有至少两个电极，即正电极(阴极)和负电极(阳极)。

在此，两个电极各自具有至少一种活性材料。活性材料能够接收或交出锂离子，同时接收或交出电子。

术语“正电极”表示当电池组与用电器(例如电动马达)接通时能够接收电子的电极。其在命名法中被称为阴极。

术语“负电极”表示在运行时能够交出电子的电极。其在命名法中被称为阳极。

电极具有无机材料或无机化合物或物质，所述无机材料或无机化合物或物质可以用于电极或用在电极中或用在电极上或用作电极。由于其化学特性，这些化合物或物质可以在锂离子电池组的工作条件下接收(插入)并且重新交出锂离子或金属锂。在本说明书中，这种材料被称为“活性阴极材料”或“活性阳极材料”或统称为“活性材料”或“活性电极材料”。为了用于电化学电池或电池组，优选将所述活性材料施加至载体上，优选施加至金属载体(对于阴极优选为铝，对于阳极优选为铜)上。所述载体也被称为“导体”或“集电器”或集电箔。

阴极(正电极)

作为正电极的活性材料或活性阴极材料，可以使用所有由相关现有技术已知的材料。其中包括例如LiCoO₂、NCM、NCA、高能NCM(HE-NCM，英文：“High-Energy NCM”)、磷酸铁锂或锂锰尖晶石(LiMn₂O₄)。关于本发明意义上的正电极，不存在任何限制。