[发明专利]聚合物电极材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种可充电电池的电极材料。

背景技术

可充放电电池能够储存和释放电能。充电时，电能被转化为化学能储存在电池中；放电时，化学能转化为电能，输送给外部设备使用。锂离子电池是一种二次电池，主要由正极、负极、隔膜和电解液四部分组成。正极一般选自层状金属复合氧化物（锂复合金属氧化物），如LiMn₂O₄、LiFePO₄、LiCoO₂、LiCo_xNi_yMn_zO₂ (x+y+z=1)等。负极一般选自石墨、石墨-硅复合材料、钛酸锂等。电解质溶液是提供离子在阳极和阴极之间传输的介质。电解质溶液一般为溶解有锂盐的有机溶剂。其中，锂盐一般选自LiPF₆、LiBF₄和 LiClO₄；溶剂一般选自碳酸二甲酯(DC)、碳酸乙烯酯(EC)、和碳酸乙烯酯(PC)以及其它添加剂。隔膜一般选自多孔聚合物膜，如多孔聚乙烯膜、多孔聚丙烯膜、多孔聚偏二氟乙烯膜。隔膜置于正极和负极中间，以避免短路。

在充放电过程中，锂离子在正极和负极之间迁移。锂离子迁移进入到正负极的过程一般称为嵌入；锂离子迁移出正负极的过程一般称为脱嵌。充电时，锂离子从正极脱嵌，在电解质溶液中向负极迁移，嵌入到负极材料中。放电时，锂离子从负极脱嵌，在电解质溶液中向正极迁移，嵌入正极材料中。这就是锂离子电池的工作原理。锂离子电池与其它类型电池的区别在于正极活性材料为含锂的复合金属化合物。

可充电锂离子电池充电时，锂离子通过电解质溶液从正极迁移到负极，电子通过外电路从正极转移到负极；锂离子从正极材料中脱嵌，嵌入负极，如石墨、Li₄Ti₅O₁₂、硅和石墨-硅复合材料。放电时则相反。锂离子电池具有如下特征：1）在放电状态，锂离子以锂复合金属氧化物的形式存储在正极材料中；2）在充电状态，金属离子被氧化成髙价态的离子（如Ni³⁺、Co³⁺和 Mn³⁺ 分别被氧化成Ni⁴⁺、Co⁴⁺和 Mn⁴⁺），锂离子嵌入负极材料中（如石墨、Li₄Ti₅O₁₂、硅和石墨-硅复合材料）平衡负极的负电荷。在锂离子电池中，电解质溶液一般是由锂盐和有机溶剂组成的。锂盐包括LiPF₆、LiBF₄、LiClO₄、LiN(SO₂CF₃)₂ 、二((三氟甲基）磺酰)亚胺(bis((trifluoromethyl)sulfonyl) imide)等。有机溶剂通常为DC、EC、PC和其它稳定添加剂。正极材料通常为LiMO₂ (M可选自Ni³⁺、Co³⁺、Mn³⁺)型化合物、LiFePO₄和LiMn₂O₄。负极材料通常为石墨、Li₄Ti₅O₁₂、硅和石墨-硅复合材料。

商业化的锂离子电池一般使用含LiPF₆的溶液作为电解质溶液。电解质溶液是实现锂离子在正极和负极之间迁移的媒介。常规的锂离子电池，正极材料一般为锂金属复合氧化物，如LiCoO₂、LiCo_xNi_yMn_zO₂ (x+y+z=1)、LiFePO₄和 LiMn₂O₄ 。电解质溶液中溶解LiPF₆的有机溶剂一般选自DC、EC、PC。常规的锂离子电池，一般采用多孔聚乙烯膜、多孔聚丙烯膜、多孔聚偏二氟乙烯膜作为隔膜，将正极和负极分开。

发明内容