[发明专利]复合电极材料

说明书

本申请是申请号为200980129361.3、申请日为2009年7月24日、发明名称为“复合 电极材料”的申请的分案申请。

本发明涉及复合电极材料及其制备方法。

背景技术

已知在锂电池中使用复合电极，其中复合电极材料包含复合氧化物作为活性材 料、碳质材料作为电导体、和粘合剂。

US-5,521,026公开了一种电池，其中电解质是固体聚合物电解质，阳极是锂阳极， 且阴极包含在集电器上的V₂O₅和炭黑。复合电极材料通过使用不锈钢球将氧化物和炭黑在 液体溶剂中球磨而得到。与其中将阴极组分简单混合的电池相比，这种电池的性能通过球 磨而改善。然而，使用钢球在阴极材料上引入杂质，这导致副反应。

WO-2004/008560描述了复合阴极材料。这种阴极材料通过将非导电的或半导电材 料、低结晶度碳(C1)和高结晶度碳(C2)的混合物高能研磨而得到。炭黑是低结晶度碳的实 例，石墨是高结晶度碳的实例。

US-6,855,273描述了一种通过在受控气氛中在复合氧化物或其前体的存在下热 处理碳质前体而制备电极材料的方法。这样得到的电极材料由具有碳涂层的复合氧化物粒 子制成，且其导电率与未被涂覆的氧化物粒子相比显著提高。提高的导电率是因为存在化 学结合在氧化物粒子表面上的碳涂层。化学键提供了优异的附着力和高的局部导电率。所 述碳质前体可以是聚合物前体或气态前体。复合电极材料通过将碳涂覆的粒子与炭黑、和 作为粘合剂的PVDF混合而制备。当制备电极时，必须将炭黑加入复合氧化物粒子中以实现 170mAh/g的电容，这是理论电容。

WO2004/044289公开了通过将气相生长碳纤维与基质材料混合而得到的复合材 料，所述基质材料是树脂、陶瓷或金属，以增强导热率和导电率。

US2003/0198588公开了一种电池，其中电极由包含碳纤维(例如气相生长碳纤维) 的复合材料制成。碳纤维显示出作为用于负电极的碳质材料的巨大嵌插性能。复合负电极 材料通过将碳纤维与粘合剂的混合物捏合而制备。

发明概要

本发明提供了制备复合材料的方法、由此得到的材料、和包含所述材料的电极。

本发明复合材料包含碳纤维和复合氧化物粒子，其中所述碳纤维和复合氧化物粒 子在其至少部分表面上具有碳涂层，所述碳涂层是非粉状的涂层。

本发明方法包括将复合氧化物或其前体、有机碳前体和碳纤维混合，并使该混合 物经受热处理。

附图简述

图1显示本发明材料的TEM图像。

图2显示对于图1所示的本发明材料，作为第一和第二循环的充电-放电时间T(单 位：小时)的函数的电压曲线(单位：伏特)。

图3显示对于本发明的另一材料，作为第一和第二循环充电-放电时间T(以小时表 示)的函数的电压曲线(单位：伏特)。

图4显示现有技术材料的TEM图像。

图5显示对于现有技术材料，作为第一和第二循环充电-放电时间T(单位：小时)的 函数的电压曲线(单位：伏特)。

图6显示作为放电率R(C)的函数的含图1材料的电池的放电容量Q(单位：mAh/g)。

图7显示作为放电率R(C)的函数的含图3材料的电池的放电容量Q(单位：mAh/g)。

图8显示作为放电率R(C)的函数的含图4材料的电池的放电容量Q(单位：mAh/g)。

优选实施方案详述

本发明复合材料包含碳纤维和复合氧化物粒子，其中所述碳纤维和复合氧化物粒 子在其至少部分表面上具有碳涂层，所述碳涂层是非粉状的涂层。所述复合材料包含70至 99.8％的复合氧化物、0.1至20％的碳纤维和0.1至10％的碳涂层，其中所有百分数均为重 量％。复合氧化物粒子上和碳纤维上的碳涂层厚度为小于100nm。所述涂层的非粉状性质可 借助透射电子显微镜(TEM)或借助拉曼光谱证明。

在本发明复合材料中，碳涂覆的复合氧化物粒子是由碳涂覆的碳纤维负载的纳米 粒子。复合氧化物粒子和碳纤维二者的碳涂层提供了粒子和纤维的强结合。