[发明专利]改进锂离子电池电极的离子电导率的添加剂

说明书

本发明涉及用于锂离子电池的电极材料、优选正极材料，该材料的制备方法，以及加入所述电极材料的锂离子电池。该复合电极材料包括：‑电子导电添加剂，如碳；‑活性材料，其为锂的氧化物、磷酸盐、氟代磷酸盐或硅酸盐；‑聚合物粘合剂，如PVDF；以及，对应于限定的化学式的有机盐，所述化学式例如为LiPDI、LiTDI、LiPDCI、LiDCTA、LiFSI、LiTFSI，任选地作为混合物。该有机盐使得可提高电极的离子电导率。

技术领域

本发明一般地涉及锂离子(Li-ion)型锂蓄电池(lithium storage battery)中电能存储的领域。更具体地，本发明涉及锂离子电池(battery)电极材料、其制备方法及其在锂离子电池中的用途。本发明的另一主题是通过加入该电极材料而制造的锂离子电池。

背景技术

锂离子蓄电池或锂电池的单元电池包括负极(anode)(放电时)，其一般由锂金属制成或基于碳，以及正极(cathode)(也是在放电时)，一般由金属氧化物型锂插入化合物例如LiMn₂O₄、LiCoO₂或LiNiO₂制成，在负极和正极之间插入传导锂离子的电解质。

在使用的情形中，因此在电池放电过程中，在(-)极处(pole)由负极通过氧化释放的锂以离子形式Li⁺迁移穿过导电电解质并且通过还原反应插入到正(+)极的活性材料的晶格中。电池的内电路中各Li⁺离子的通过正好由外电路中电子的通过补偿，产生电流，其可用于供给便携电子产品领域中的多种装置，如计算机或电话，或更大功率和能量密度的应用领域中的多种装置，如电动车。

在充电时，电化学反应逆向进行，在(+)极“正极”(放电时的正极在再充电时变成阳极)通过氧化释放锂离子，它们以与放电时它们流通的方向相反的方向迁移通过导电性电解质，且它们将在(-)“负极”(相似地，放电时的负极在再充电时变成阴极)通过还原而沉积或插入，其中它们可能形成锂金属枝晶(dendrites)，其是短路的可能原因。

正极或负极一般包括至少一种集电器(current collector)，其上沉积有由如下构成的复合材料：一种或多种“活性”材料，活性是因为它们展现出相对于锂的电化学活性；一种或多种聚合物，其作为粘合剂并且一般是功能化的或非功能化的氟代聚合物，如聚偏氟乙烯、或羧甲基纤维素型水基聚合物或苯乙烯/丁二烯胶乳；加上一种或多种电子导电添加剂，其一般是碳的同素异形体。

在负极处的常规活性材料一般是锂金属、石墨、硅/碳复合物、硅、CF_x型氟代石墨(其中x为0-1)和LiTi₅O₁₂型钛酸盐。

在正极处的常规活性材料一般是LiMO₂型、LiMPO₄型、Li₂MPO₃F型、Li₂MSiO₄型(其中M是Co,Ni,Mn,Fe或它们的组合)、LiMn₂O₄型或S₈型.

最近，已使用了使得可改进电解质到电极核心的渗透性的添加剂。作为对高能电池(也即具有更高的蓄电能力的电池)不断增长的需求的结果，电极的厚度在增加并且因此电解质的渗透性在电池总电阻中变得重要。出于改进该渗透性的目的，专利WO2005/011044描述了加入金属氧化物如Al₂O₃和SiO₂的“无机”填料。

这些无机填料是在制造电极的常规方法中加入的。该常规方法在于在溶剂或溶剂混合物(例如N-甲基吡咯烷酮、丙酮、水或碳酸亚乙酯)中混合不同成分：

a)至少一种导电添加剂，其含量相对于复合材料的总重量为1-5重量％，优选1.5-4重量％或1-2.5重量％，优选1.5-22重量％；