[发明专利]用于非水电解质二次电池的混合电极

说明书

技术领域

本发明主要涉及非水电解质二次电池领域。特别是，本发明涉及一种正电极，该电 极具有改进的输入特性(例如，脉冲充电特性)，在能量密度上没有显著下降，并且具有改进 的输出特性。

背景技术

为了满足制造电动车的需求，需要高比能量、高功率密度、长循环寿命、低成本和 更安全的电池(Tarasconetal.,Nature,2001,414,359-367；Armandetal.,2008,451, 652-657；Choietal.,AngewandteChemieInternationalEdition,2012,51,9994- 10024)。目前锂离子电池具有最高的能量密度，但是受到低功率密度的限制。在高比能量和 高功率密度之间总是存在着折中。锂离子电池通过发生在两个电极的可逆库伦反应存储能 量。它涉及块体电极材料内部的电荷转移和离子从一个电极向另一个电极的扩散。然而，扩 散和电荷转移(氧化还原反应)均受限于缓慢的动力学，导致需要时充电和功率输出慢。电 化学超级电容器通过在电极表面累积离子而存储能量，具有非常低的储能能力但非常高的 功率密度。

将高能量与功率密度结合在单个器件中的最直观的方法是将不同类型的能量存 储源结合在一起。目前为止，主要开发了双电层电容器和电池材料之间的混合(Cericola etal.,ElectrochimicaActa,2012,72,1-17)。混合器件的电化学响应是各个器件的响应 之和：电池组件的平直电势分布中包括电容器组件的倾斜电势分布。总存储电荷的贡献与 每个组件的量成正比，而电极的构造和成分控制着功率和能量传递的性能。这种类型的混 合虽然提高了能源和功率的性能，但仍需要进一步优化。缺点主要源于功率和能量不偶联。 高电流密度时，主要是电容元件响应。混合器件存储的能量比单独的电容器多，然而却比单 独的电池材料少得多(由于受到双电层电容器所提供的相对低的比容量的影响，混合器件 的比容量显著减少)。最后，对于大多数需要持续供能的应用来说，双电层电容器元件的倾 斜电势分布在电化学响应中的作用是有害的。

欧洲专利EP2590244号公开了一种非水电解质二次电池，包括：正电极，其具有能 够吸留和释放锂离子的第一活性材料和能够吸留和释放阴离子的第二活性材料；负电极， 其具有能够吸留和释放锂离子的负电极活性材料；以及电解液，其含有锂离子和阴离子的 盐。第二活性材料是在重复的单元中具有四硫属富瓦烯结构的聚合物。该聚合物与LiFeP0₄结合构成第一活性材料。

日本专利JP2007-213992号公开了一种用于含有硝酰自由基化合物的二次电池的 电极。在电解池中通过液相阴离子聚合法合成硝酰自由基化合物，然后立即加入乙炔黑形 成的导体以增加自由基化合物和导体之间的界面，由此获得含有自由基化合物的导电材 料。虽然这种方法预计能产生具有良好电化学特性的自由基化合物，但是在合成过程中仍 然需要使用溶剂，并需要后续的处理以在反应后除去溶剂。由于所形成的自由基化合物不 溶，其与乙炔黑的混合效率不高。乙炔黑的颗粒仍然在所形成的材料的外表面。

日本专利JP2009-277432号公开了一种用于二次电池的电极，其由正电极和导体 制成，该正电极包括正电极集电器和正电极活性物质层，其中正电极活性物质层含有自由 基化合物和锂化合物氧化物；该导体在集电器的表面形成，并在与集电器相反的一侧形成 电极表面。正电极活性物质层中电极表面一侧的自由基化合物含量大于集电器一侧的自由 基化合物的含量。

QianHuang等(J.Pow.Sources233,2013,69-73)公开了一种含有可溶性PTMA和 LiFePO₄的电极，该电极导致快速容量损失。

作为锂离子电池材料，LiFePO₄(LFP)已经取得了巨大的关注，因为它具有如下潜 力：(1)高功率特性(相对于标准/常见的锂离子电池材料)，(2)丰富和低成本的构成材料， Fe和磷酸，(3)使用无毒材料(已知钴、镍致癌)，(4)在热和过电势调件下的稳定性不同于标 准材料，不会被高度氧化而导致电解质失衡。然而，高功率(快速放电，特别是充电率/时间) 和长循环稳定性(特别是在高速率)强烈依赖于LFP颗粒的形态。

本发明旨在提供一种能够解决现有技术中上述缺点的器件。