[发明专利]一种用于锂离子电池组的电池阳极、及其制备方法以及含有所述阳极的锂离子电池组

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于锂离子电池组中电池的阳极，涉及制备所述阳极的方法，以及涉及一种含有一个或多个电池的锂离子电池组，所述电池含有所述阳极。

背景技术

目前主要有两种类型的锂蓄电池组：锂金属电池组，其中阳极由锂金属制成（当使用到液体电解液时，可能会导致安全问题）；以及锂离子电池组，其中的锂保持在离子状态。

锂离子电池组包括至少两个不同极性的导电库仑电极，负极或阳极和正极或阴极，位于这些电极之间设置隔膜，该隔膜由吸胀了Li⁺基非质子性电解液的电绝缘体组成，确保离子传导。用于这些锂离子电池组的电解质通常为诸如分子式为LiPF₆、LiAsF₆、LiCF₃SO₃ 或LiClO₄的锂盐，其溶于无水溶剂混合物，如乙腈，四氢呋喃，或更常用的是碳酸酯，例如碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯。

锂离子电池组阳极活性物质通常为石墨（电容为370毫安时/克，Li⁺/Li电耦的氧化还原电位为0.05 V），或者，作为一种变化，为混合金属氧化物，其中包括分子式Li₄TiO₁₂、LixTiO₂表示的锂化的钛氧化物，或化合物，例如分子式LixCuVO₄， LixSnO₂，LixMoO₂，LixMoS₂所示，其中0<X <5。锂在这些活性阳极材料中可逆的插入/脱插，在高于一定电化学势下发生，该电化学势一般比石墨的电化学势高。

锂离子电池组的阳极活性物质传统上采用过渡金属的氧化物，如钒，镍，锰或钴的氧化物，或者是锂化的磷酸铁。

锂离子电池组阴极和阳极各自的活性物质允许可逆的锂在这些电极中的插入/脱插，电极中活性物质的质量分数越高，其电容越高。这些电极中还必须包含有导电性的化合物，如炭黑，为了提供足够的机械黏着力，还包括聚合物粘合剂。因此，该种锂离子电池组是基于锂离子在蓄电池组充电和放电过程中，在阳极和阴极之间可逆交换，并且，对于非常低的重量，凭借锂的物理性能，这种电池组具有高能量密度。

锂离子电池组阳极最通常采用包括如下顺序步骤的方法制备：将阳极各种组分溶解或分散在溶剂中的步骤，所得到的溶液或分散体扩展到金属集电体上的步骤，以及最后的蒸发该溶剂的步骤。

采用有机溶剂制备锂离子电池组阳极有很多缺点，关于污染环境和安全方面。特别是，在此情况下，蒸发大量的、有毒或易燃的这种溶剂是必须的。

而采用水溶剂来制备这些阳极的主要缺陷为，该阳极在使用前必须彻底干燥，已知痕量水就会限制锂电池组的使用寿命。例如，文献EP- B1-89673提及这一点，其描述了一种基于石墨、弹性体粘合剂，并使用水性溶剂制备阳极的方法。

因此，对于锂离子电池组，不采用溶剂的制备方法来制备阳极是非常期望的。正是在这一背景下，本发明公开了一种使用熔体加工技术（如挤出）制备锂离子电池组阳极的方法。

遗憾的是，在锂离子电池组情况下，熔体加工带来的主要困难是，如已知的，为了保证锂离子电池组具有足够的电容，要求阳极聚合物混合物中活性物质的含量至少要达到85%。但是，此种活性物质含量下，阳极聚合物混合物的粘度变得非常高，并导致使用过程中造成聚合物混合物过热和失去其机械黏着力的危险。

文献US-B2-6939383描述了含有聚（氧化乙烯）—聚（氧化丙烯）—聚（缩水甘油醚）共聚物作为离子导电聚合物的聚合物组合的挤出，用于锂离子电池组阳极或阴极的无溶剂制备方法。然而，该文献中所制备的锂离子单一聚合物组合物中，活性物质的质量分数只有64.5%，另外，阴极也是这样。

文献US-A-5749927公开了一种通过挤出连续制备锂—聚合物电池组的方法，该方法包括将将阳极或阴极活性物质与导体和一种固体电解质组合物复合，电解质包括以聚合物、一种锂盐和一种碳酸丙烯酯/碳酸乙烯酯混合物，剩余为聚合物。在该文献中，在所得唯一阳极聚合物组合物中，活性物质的质量分数也低于70％。

因此，已知的制备用于锂蓄电池组阳极的方法的主要缺陷在于，阳极聚合物组合物中活性物质的含量不足以得到高性能的阳极，尤其是对于锂离子电池组。

发明内容