[发明专利]锂离子电池组的阴极组合物、其制备方法、阴极和包含该阴极的锂离子电池组

说明书

本发明涉及用于锂离子电池组的阴极组合物，制备该组合物的方法，这种阴极以及包含该阴极的锂离子电池组。该组合物包含活性材料、导电填料和聚合物粘合剂，该活性材料包含镍、钴和铝的锂化氧化物的合金，并使得该聚合物粘合剂包含至少一种改性聚合物(Id2)，该改性聚合物是起始聚合物的热氧化反应的产物并结合了包含CO基团的氧合基团，该组合物能够通过熔融路径而没有溶剂蒸发获得，是通过将所述热氧化反应施加至包含所述活性材料、所述导电填料、所述起始聚合物和牺牲聚合物相的前体混合物的产物。

本发明涉及可用于锂离子电池组的阴极组合物、制备该组合物的方法、阴极和锂离子电池组、包含该阴极的电池或每个电池。

存在主要两种锂蓄电池电池组：锂金属电池组，其中阳极由金属锂组成(这种材料在存在液体电解质的情况下会带来安全问题)和锂离子电池组，其中的锂保留在离子态。

锂离子电池组由至少两个极性不同的导电法拉第电极组成，分别是负极或阳极以及正极或阴极，在两个电极之间有一个隔膜，该隔膜由电绝缘体组成，电绝缘体用基于Li⁺阳离子的非质子电解质浸渍而确保离子电导率。这些锂离子电池组中使用的电解质通常由锂盐组成，例如式LiPF₆、LiAsF₆、LiCF₃SO₃或LiClO₄，其溶解在非水性溶剂如乙腈、四氢呋喃或最常见的碳酸酯如碳酸亚乙酯或碳酸亚丙酯的混合物中。

锂离子电池组基于在电池组充电和放电期间锂离子在阳极和阴极之间的可逆交换，由于锂的物理特性，它对于非常低的重量具有高的能量密度。

锂离子电池组阳极的活性材料设计为可逆嵌入/脱嵌锂的位置，通常由石墨(理论容量为370mAh/g，氧化还原电势为0.05V，关于Li⁺/Li对)或可选的混合金属氧化物(例如其中列出的是式Li₄Ti₅O₁₂的锂钛氧化物)组成。关于阴极的活性材料，通常由以下组成：

-至少一种过渡金属的氧化物，例如特别是锂镍锰钴氧化物的“NMC”合金或锂镍钴铝氧化物的“NCA”合金，或

-磷酸铁锂。

这些活性材料使得锂可以在阳极和阴极中可逆地嵌入/脱嵌，并且它们在其中的重量分数越大，电极的容量越大。

这些电极还必须包含导电化合物，例如炭黑，并且为了在其上赋予足够的机械内聚力，还包含聚合物粘合剂。

锂离子电池组的电极最通常是通过液体路径方法制造的，该方法依次包括将电极成分溶解或分散在溶剂中的阶段，将所得溶液或分散体散布在金属集流体上的阶段，最后是将溶剂蒸发的阶段。使用有机溶剂的方法(例如在文件US-A1-2010/0112441中提出的方法)在环境和安全领域中表现出缺点，特别是由于必须蒸发大量这些溶剂这一事实，其是有毒或易燃的。关于使用水性溶剂的方法，它们的主要缺点是电极必须在使用前非常彻底地干燥，痕量水限制了锂电池组的使用寿命。例如，可以提及文件CN106450201A，描述了锂离子电池组阴极的液体路径制造方法，该文件教导了使用锂NCA氧化物合金与另一种锂钴氧化物(LCO)合金的组合作为活性材料和聚偏二氟乙烯(PVDF)作为粘合剂。