一種高容量高循環性能的鋰離子電池陰極材料的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種高容量高循環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C為炭黑或者石墨；a、b、d、e和f表示相對于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。本發明的高容量高循環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性能。
【專利說明】一種高容量高循環性能的鋰離子電池陰極材料
【技術領域】
[0001]本發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合材料及其 制備方法。
【背景技術】
[0002] 對于便攜式電子器械例如個人數字輔助設備、蜂窩電話和筆記本電腦的需求一直 不斷增加。設計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 了這一己經非常廣泛且連續增長的市場之外，基于混合動力驅動的車輛看起來也處于非常 先進的開發狀態并將持續增長使用。相應地，為這些器械供應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便攜式器械的主要電源并被認 為是向混合動力、插電混合動力（電池也在電源處充電）和完全電動車輛供應電源的唯一 可能，因為它們非常輕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 材料可以由含鋰過渡金屬氧化物構成，例如LiCo0 2、LiMn02、LiNi02和二元或三元化合物 (LiCou-yNixMnA)、硫屬元素化合物如MoS 2、和金屬磷酸鹽如LiFePO^由于這些化合物具 有層狀晶體結構，鋰離子可以可逆地嵌入這些結構中/從這些結構中解脫。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公司的石油焦炭負極材料，但容 量較低，而循環性能較差的A&T公司的負極材料為高容量石墨化介穩相瀝青基炭纖維。
【發明內容】
[0004]為了改善高容量鋰離子電池的循環性能，本發明的一個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C為 炭黑或者石墨；a、b、d、e和f表示相對于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優選為〇· 6-0. 7, d+e優選為0· 4-0. 6, f優選為0· 2-0· 25。 [0007]在一種優選的實施方式中，a+b優選為〇· 6, d+e優選為0· 4, f優選為0· 2。
[000S]在一種優選的實施方式中，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，根據上 述的成分，稱取單質原料，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中球磨，球磨速度為230-250rpm,時間為50-60分鐘，過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]在一種優選的實施方式中，活性材料占80%，聚偏氟乙烯黏合劑占12%，碳黑占 8 % 〇
[0011]本發明復合材料通過添加劑元素提升電化學性能，其中通過添加的金屬組分N，以 稀釋活動相，使總體積膨脹最小化，并降低第一次循環的可逆容量損失，提高循環性能。組 分N可以選擇Cr和/或Sc，本發明中還包括碳，可以簡化復合物的合成，提高復合物顆粒的 導電性能。
[0012]與現有技術中的陰極復合材料相比，本發明的復合材料具有更高的容量和更好地 循環性能。
【具體實施方式】
[0013] 實施例1
[0014] InQ. 3CrQ. 2As。. 2Ge。. 2C0.1 t〇〇15]根據上述的成分，稱取單質原料，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中球磨，球磨速度為250rpm，時間為50分鐘，過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] 實施例2
[0017] Ga0 3Sc0 2As0 2Si0 2C〇 i
[0018] 根據上述的成分，稱取單質原料，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中球磨，球磨速度為235rpm，時間為55分鐘，過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] 實施例3
[0020] Ga〇. 4Sc〇. 2As〇. 2Si0. jC。. 1
[0021] 根據上述的成￡，稱取單質原料，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中球磨，球磨速度為250rpm，時間為50分鐘，過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] 實施例4
[0023] In0.4Sc0.2As 0.2Si0. {〇.丄
[0024] 根據上述的成￡，稱取單質原料，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中球磨，球磨速度為240rpm，時間為60分鐘，過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]通過對實施例1-4的陰極材料組裝的電池進行容量及能量密度測試及循環性能 測試，同時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，進行平行測試，得出如下的結果：
[0026] 表1容量及能量密度測試結果
[0027]
【權利要求】
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C為炭黑或者石墨；a、b、d、e和f表示相對于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優選為0. 6-0. 7, d+e優選為0. 4-0. 6, f優選為 0. 2~0, 25〇
2. 如權利要求1所述的陰極的材料，其特征在于，a+b優選為0. 6, d+e優選為0. 4, f優 選為0. 2。
3. 如權利要求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：根據材料的組成稱取單質原料，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中球磨，球磨速度為230-250rpm，時間為50-60分鐘，過 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】H01M4/62GK104300149SQ201410128371
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年3月31日 優先權日:2014年3月31日
【發明者】張波, 林道松 申請人:紹興安卡汽車配件有限公司, 林道松