[发明专利]生产阴极的方法

说明书

本发明涉及一种生产阴极的方法，该阴极包含一种包含如下组分的阴极材料：

(A)至少一种锂代过渡金属混合氧化物，

(B)呈导电晶型的碳，

(C)至少一种粘合剂，

以及还有

(D)至少一种薄膜，

其中

(a)将包含锂代过渡金属混合氧化物(A)、碳(B)和粘合剂(C)的混合物施涂于薄膜(D)，

(b)干燥，

(c)压实至该阴极材料具有的密度为至少1.8g/cm³的程度而得到压实的坯料，以及

(d)在按照(c)的压实之后在比粘合剂(C)的熔点低35℃至比粘合剂(C)的熔点低最多5℃的温度下热处理。

最近锂离子电池组在许多应用领域受关注。然而，这些电池组必须满足所需质量要求。可以改变该电池组的各种成分，例如阳极、阴极、电解质或功率输出引线，以将其改善。通常特别关注电极以及尤其是阴极。

除了该阴极材料的化学组成外，利用理论上可实现的容量在合适阴极材料的选择中是重要因素。已经观察到这在就能量密度而言，例如就以g活性材料/m²计的高电极载荷而言优化的电池组中通常无法实现。此外，功率承载能力通常不是最佳。

因此，本发明的目的是要提供具有特别高容量和功率承载能力的阴极。另一目的是要提供一种生产具有特别高容量，尤其是以g活性材料/m²计的高电极载荷和高功率承载能力的阴极的方法。

因此，我们发现了开头所定义的方法，也简称为本发明方法。

已经发现不仅具有高容量的阴极材料的选择是重要的，还重要的是加工该阴极材料以得到具有有利/高功率承载能力的阴极，甚至在每单位面积高容量或电极载荷下，后者以A·h/m²或g/m²测量。

为了实施本发明方法，使用下列原料：

(A)至少一种锂代过渡金属混合氧化物，也简称为混合氧化物(A)，

(B)呈导电晶型的碳，也简称为碳(B)，

(C)至少一种粘合剂，也简称为粘合剂(C)，以及还有

(D)至少一种薄膜，也简称为薄膜(D)。

下面更详细定义混合氧化物(A)、碳(B)、粘合剂(C)和薄膜(D)。

混合氧化物(A)可以选自具有片状结构的锂代(含锂)过渡金属混合氧化物、具有尖晶石结构的锂代过渡金属混合氧化物和具有橄榄石结构的锂代过渡金属磷酸盐，例如LiFePO₄和LiMn_1-hFe_hPO₄(其中0≤h≤0.55)，尤其是LiMnPO₄。

在本发明的实施方案中，混合氧化物(A)选自锂代含锰过渡金属混合氧化物，优选Mn含量基于总过渡金属为至少35mol％，特别优选至少50mol％的那些。

在本发明的实施方案中，混合氧化物(A)选自Mn含量基于总过渡金属为至多80mol％的锂代含锰过渡金属混合氧化物，例如具有片状结构或尖晶石结构的那些，特别优选具有片状结构且Mn含量为至多70mol％的锂代过渡金属混合氧化物。

对本发明而言，“过渡金属的含量”是过渡金属离子的含量，锰的含量或锰含量在每种情况下为锰离子的含量。在其他过渡金属的情况下以及在锂的情况下类似。

在本发明的优选实施方案中，混合氧化物(A)选自镍含量基于总过渡金属为至多25mol％的锂代含Mn尖晶石，特别优选镍含量为20-25mol％的锂代含Mn尖晶石。

在本发明的优选实施方案中，混合氧化物(A)选自具有片状结构且包含锰及至少一种选自钴和镍的其他过渡金属的锂代混合氧化物。在本发明的优选实施方案中，混合氧化物(A)非常特别优选选自具有片状结构且包含锰、钴和镍以及可以被掺杂或未被掺杂的锂代混合氧化物。

具有片状结构的合适混合氧化物为LiMnO₂，尤其是通式(I)的那些：

Li_(1+y)[Ni_aCo_bMn_c]_(1-y)O₂   (I)

其中y为0-0.3，优选0.05-0.2，

c为0.35-0.8，优选0.45-0.7，特别优选0.5-0.68，

a为0.1-0.5，和

b为0-0.5且优选小于a，特别优选至多0.3且小于a，非常特别优选0.1-0.25且小于a，以及