[发明专利]用于电池的正极

说明书

本申请要求于2011年9月13日提交的题目为“用于金属氟化物电池的正极”的待审美国临时申请号61/533,911和于2012年4月6日提交的题目为“用于电池的正极”的待审美国临时申请号61/621,205的优先权和权益，这两个申请通过引用将它们的全部内容结合于此。

发明背景

本发明属于电池技术领域，并且更具体地属于使用涂层来增强包含金属氟化物、碳氟化物、或氧化物基电极材料的电池中的电解质和电极性能的领域。

一种类型的电池包括主要由锂制造的负极与主要由含碳和氟的化合物制造的正极。在放电期间，由负极的氧化产生锂离子和电子而同时由正极的还原产生氟离子和碳。所产生的氟离子与锂离子在正极附近反应以产生含锂和氟的化合物，所述化合物可以沉积在正极表面。

部分地归因于某些希望的特性，锂/碳氟化物电池享有广泛的应用和商业适用性。碳氟化物正极重量轻，这使得电池在重量作为重要的设计考虑的便携或移动应用中是适宜的。此外，碳氟化物正极具有高容量。进一步来说，整个反应具有高电化学势。

另一类型的电池包括主要由锂制造的负极和主要由含金属氧化物的化合物制造的正极。在充电和放电循环期间，锂离子从一个电极迁移至另一个电极，其中迁移的方向取决于所述循环。

尽管它们应用广泛，两种类型的电池都遭遇到某些难题。

与某些其它电池材料相比，所述电池具有比较低的导电性。在电化学电池中，这种比较低的导电性可能具有以下结果：比较低的功率；比较低的操作电压；在放电时比较大的欠电势(underpotential)；以及在高速率放电期间比较低的容量。

与某些其它电池材料相比，所述电池具有比较低的导热性并且这种比较低的导热性可能导致比较明显的放电时由电化学电池产生的热量。

先前已经尝试解决此类难题。一种先前的尝试包括形成复合正极。原始复合材料包含碳氟化物化合物和导电性比碳氟化物化合物相比较更好的第二化合物。将这两种化合物混合在一起以形成复合材料，然后将所述复合材料形成为正极。

这种复合材料的一个实例是与银钒氧化物(在电池行业，银钒氧化物经常以“SVO”而不是通过其元素周期表符号缩写)复合的碳氟化物化合物。这种CF/SVO复合材料已经用于形成在医疗设备中使用的电池中的正极，并且已经表现出当与使用仅由碳氟化物形成的正极的电池相比时增加的脉冲功率和增加的能量密度。

在形成正极中使用的复合材料的另一个实例是与二氧化锰(MnO₂)复合的碳氟化物化合物。这种CF/MnO₂复合材料已经用于形成其中成本是关键设计因素的正极，并且已经表现出当与使用仅由碳氟化物形成的正极的电池相比时在电化学电池中增加的在高放电速率下的脉冲功率、增加的能量密度、和减少的热累积。

尽管当与使用仅由金属氟化物或碳氟化物形成的正极的电池相比时使用由这些和某些其它复合材料形成的正极的现有电池一般具有较高的功率、较高的操作电势、较低的欠电势、和较少的热累积，但是电化学电池的性能可以明显地提高。此外，这些性能提高中的某些以减少的能量密度作为代价。

在一些现有电池中，已经将导电涂层涂覆至电极材料。在二次电池应用中，已经由涂覆有碳的LiFePO₄形成了一些电极。并且，已经对涂覆用于一次电池中的电极的碳氟化物化合物进行了一些研究(参见Q.Zhang等人，Journal of Power Sources(电源期刊)195(2010)2914－2917)。现有技术涂层通常在可能使正极活性材料降解的高温下涂覆。因此，通常不用导电碳材料涂覆用于正极的温度敏感活性材料。

本发明的某些实施方案解决了在电池中发现的难题。本发明的某些实施方案可以用来形成用于当与现有电池相比时表现出更低的欠电势、更高的功率、在高放电速率下更高的容量、更低的热量产生、或更快的热量散逸的电池的电化学电池。

可以通过以下所述的本发明的实施方案解决这些和其它难题。

发明概述

本发明的某些实施方案包括用于电化学电池的电极，其包含活性电极材料、粘结剂材料、和本征导电涂层，其中所述涂层被涂覆至所述活性电极材料上。在某些实施方案中，所述本征导电涂层由包含共轭核的有机涂覆化合物形成。在某些实施方案中，所述本征导电涂层由包含其中至少90％的碳原子是sp或sp2杂化的共轭核的有机涂覆化合物形成。在某些实施方案中，所述本征导电涂层由其中至少35％的碳原子是sp或sp2杂化的有机涂覆化合物形成。