[发明专利]用于电池活性材料合成的前驱物制剂

说明书

技术领域

本发明的实施方式通常涉及锂离子电池，且更具体地说，本发明的实施方式涉及用于制造所述电池的方法和组合物。

背景技术

诸如超级电容器和锂(Li)离子电池的快速充电的大容量储能装置被用于越来越多的应用，所述应用包括便携式电子产品、医疗器械、运输工具、电网连接的大能量储存、可再生能量储存以及不间断电源(uninterruptible power supplies;UPS)。在现代可充电式储能装置中，现有的集电器是用电导体制成的。用于正极集电器（阴极）的材料的实例包括铝、不锈钢和镍。用于负极集电器（阳极）的材料的实例包括铜(Cu)、不锈钢和镍(Ni)。所述集电器可以是箔、薄膜或薄板的形式，具有通常范围在约6μm至50μm的厚度。

Li离子电池的阳极中的活性电极材料通常是选自锂过渡金属氧化物，所述氧化物例如LiMn₂O₄、LiCoO₂、LiNiCO₂，或Ni、Li、Mn和Co氧化物的组合，且所述活性电极材料包括诸如碳或石墨的导电颗粒，和粘合剂材料。所述正电极材料被视为嵌锂化合物，在所述化合物中，导电材料的数量通常在按重量计0.1%至15%的范围中。

石墨通常被用作阴极的活性电极材料且石墨可以是嵌锂消旋碳微珠(meso-carbon micro beads;MCMB)粉末形式，所述MCMB粉末是由直径为大约10μm的MCMB组成。嵌锂MCMB粉末是分散在聚合粘合剂基质中。粘合剂基质的聚合物是由热塑性聚合物制成，所述热塑性聚合物包括具有橡胶弹性的聚合物。聚合粘合剂用于将MCMB材料粉末粘合在一起以控制在集电器表面上的MCMB粉末的裂缝形成和分解。聚合粘合剂的数量通常在0.5至30的重量百分比的范围中。

Li离子电池的隔离器通常是由诸如聚乙烯泡沫的微孔聚烯烃聚合物制成的，且所述隔离器是应用在单独的制造步骤中。

随着Li离子电池变得对功率应用更加重要，需要成本有效的、大批量制造方法。Li离子电池的电极通常是使用溶胶凝胶工艺制造的，在所述工艺中，将电池活性材料的膏剂作为薄膜施用于基板且随后干燥以产生最终部件。通常也将CVD和PVD工艺用于形成薄膜电池的电池活性层。然而，所述工艺具有有限的产量，且所述工艺对于大批量制造并非是成本有效的。

因此，在本领域中需要用于制造Li离子电池的成本有效的、大批量的方法和适用于所述方法的新材料。

发明内容

本发明提供了在基板上形成电池活性层的组合物和方法。将电池活性金属阳离子和反应阴离子的溶液与添加剂混合以产生前驱物混合物，所述前驱物混合物可用于合成沉积到基板上的电池活性材料。所述溶液可包括诸如水的溶剂或诸如甲醇和乙醇的有机离子溶剂。电池活性金属阳离子包括锂、锰、钴、镍、铁、钒等等。反应阴离子包括硝酸盐、醋酸盐、柠檬酸盐、酒石酸盐、马来酸盐、叠氮化物、氨化物，及其他低级羧酸盐。适当的添加剂（可以是水溶性的）可包括氨基化合物。可添加醇和糖以调节碳含量和溶液燃烧特性。可进行放热反应，或其他加热工艺以将金属转化成电池活性氧化物。

附图说明

为了可详细地理解本发明的上述特征，可参照实施方式获得上文简要概述的本发明的更特定描述，所述实施方式中的一些实施方式在附图中图示。然而，应注意，附图仅图示了本发明的典型实施方式且因此不将附图视为限制本发明的范畴，因为本发明可允许其他等效的实施方式。

图1是概述根据一个实施方式的方法的流程图。

图2是示出两个实施方式的充电/放电性能的图表。

为了便于理解，尽可能使用相同元件符号来表示在附图中共用的相同元件。可以预期，在一个实施方式中公开的元件可在无需特定叙述的情况下有利地用于其他实施方式。

具体实施方式

用于合成电池活性材料的前驱物配方包括用于活性材料合成所需的离子以及添加剂。图1是总结根据一个实施方式的用于在基板上形成电池活性层，或合成并收集电池活性材料的方法100的流程图。在102处，向分配器提供包含添加剂的电池前驱物溶液。电池前驱物溶液通常是将转化为电池活性材料的金属离子的金属盐溶液。溶剂可以是水或诸如甲醇或乙醇的有机离子溶剂，或是离子溶剂的混合物。添加剂中的一种或多种可以是水溶性的，且可以是含碳物种或有机材料，所述有机材料例如通过燃烧促进来自溶解金属离子的电池活性材料的合成。一种或多种添加剂也可通过与所述离子形成复合物来促进高质量活性材料的形成。