[发明专利]带有以多层体系的涂层的电极活性材料和锂离子电池单池

说明书

本发明涉及一种用于锂离子电池的电极活性材料，所述电极活性材料包括活性材料颗粒(1)，所述活性材料颗粒具有由固体电解质构成的第一涂层(2)，其中，活性材料颗粒(1)具有由电子传导材料构成的第二涂层(3)，所述第二涂层敷设在所述第一涂层(2)上，并且其中，第一涂层(2)以允许发生穿过第一涂层(2)的电子传输的厚度敷设在活性材料上，并且本发明还涉及一种包括根据本发明的电极活性材料的二次电池以及电极活性材料在制造电池单池、尤其是制造用于交通工具的牵引动力电池的电池单池中的应用。有利地，利用根据本发明的用于锂离子电池的电极活性材料，可以提高阳极和阴极活性材料在电压4.2V、尤其在4.9V时的效率并且改进使用寿命以及高电流负载能力。

技术领域

本发明涉及一种用于锂离子电池的电极活性材料的涂层，所述锂离子电池尤其作为牵引动力电池应用于电动交通工具中，所述涂层具有权利要求1的前序部分的特征。

现有技术

在现有技术中已知带涂层的电极活性材料。德国申请公开文献DE 34 43 455 A1描述了一种带有聚合物电极的原电池单元。作为电极载体可以使用铝制基材，其表面包括通常的氧化物保护层。铝制基材则此外也可以被电子传导材料、例如石墨或金属覆层。包括锂离子的电极材料未被提及。

在锂离子电池单池中的电极材料的活性材料、尤其阴极的活性材料与电解质之间，在4.2V的高电压下产生不期望的副反应，因为阴极活性材料与电解质发生直接接触。副反应的结果是自阴极活性材料的阳离子释放，所述阳离子释放导致阴极活性材料的功率退化并且由此导致锂离子电池单池的整体效率的下降。尤其在阴极活性材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄中，在电压为4.9V时镍和锰离子从结构中溶出，所述镍和锰离子通过隔板扩散至阳极并且在该处发生金属沉积。

此外由此还导致的是，阴极活性材料和电解质在锂离子电池单池中发生直接接触，导致电解质的分解，尤其是在4.2V的高压情况下。因此锂离子电池单池的效率下降。

因此肯定有必要保护阴极活性材料和电解质防止上述退化机制或退化效果，以便稳定地保持或延长锂离子电池单池的使用寿命。

此外由欧洲专利文献EP 2 472 662 B1已知一种用于锂二次电池的电解质，所述电解质包括锂盐、非水性的有机溶剂和选自维生素G、B₄、B₅、H、M、D₂、B_x、D₃和K₁的添加剂。根据上述文献，阴极可以在其表面上具有薄膜，所述薄膜由添加剂通过初次加载电压通过氧化形成。

此外已知这种用于锂离子电池的电极材料，所述电极材料预设有聚合体涂层作为活性材料的保护层，尤其是防止氧化，或者在所述电极材料中尤其为阴极活性材料敷设有固体电解质，例如在美国专利申请US2017/0018760 A1或在德国申请公开文件DE 10 2015217 749 A1所公开的那样。

在所有迄今已知的带涂层的电极材料中，涂层要么用作敏感活性材料的保护，要么同时用作锂离子导体。

然而在此的弊端在于，因为已知的涂层不能传导电子，所以妨碍了电子传输。固体电解质是单纯的离子导体，而非电子导体。此外，鉴于电极活性材料与固体电解质之间的直接接触，尤其在高压下致使电解质分解，这导致锂离子电池的效率的降低。

发明内容

因此本发明所要解决的技术问题在于，提供一种改进的电极活性材料，所述电极活性材料具有活性材料的良好保护并且同时还具有良好的电子传导性。由此应该实现锂离子电池的改进的效率、较高的高压负载能力(负载容量)和改进的使用寿命。

所述技术问题根据本发明通过具有权利要求1的技术特征的电极活性材料解决。