[发明专利]结构化的粒子

说明书

一种粉末，所述粉末包含带柱状物的粒子，所述带柱状物的粒子用作金属离子电池组的活性组分，所述带柱状物的粒子包括粒子核和多个从所述粒子核延伸出的柱状物，其中，所述带柱状物的粒子由原材料粉末形成，其中，所述原材料粉末的总体积的至少10％由具有不大于10微米的粒径的原材料粒子构成。

本申请是PCT国际申请日为2012年6月22日，PCT国际申请号为PCT/GB2012/051475，中国国家申请号为201280031212.5并且发明名称为“结构化的粒子”的申请的分案申请。

发明领域

本发明涉及包含核和从该核延伸的柱状物的粒子、制备所述粒子的方法和所述粒子在可再充电的金属离子电池组中的应用。

发明背景

可再充电的锂-离子电池组广泛地应用于便携式电子装置如移动电话和笔记本中，并且正在发现在电动汽车或混合动力电汽车中日益增加的用途。然而，对于提供每单位质量和/或每单位体积存储更多能量的电池组，存在着正在发展的需要。

传统锂-离子可再充电的电池组电池的结构示于图1中。电池组电池包括单一的电池，但是也可以包括多于一个电池。其他金属离子的电池组也是已知的，例如钠离子和镁离子电池组，并且具有基本上相同的电池结构。

电池组电池包含用于负极的集流体10，例如铜，和用于正极的集流体12，例如铝，它们两者都是合适时可外部连接到负载或再充电电源的。复合材料负极层14覆盖集流体10，且含锂的金属氧化物基复合材料正极层16覆盖集流体12(为避免任何疑问，在将电池组跨越负载放置的意义上使用如本文所使用的术语“负极”和“正极”——在此意义上，负电极被称为负极且正电极被称为正极)。

正极包含能够释放和再吸收锂离子的材料，例如锂基金属氧化物或磷酸盐、LiCoO₂、LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂、LiMn_xNi_xCo_1-2xO₂或LiFePO₄。

在石墨基复合材料负极层14和含锂的金属氧化物基复合材料正极层16之间，设置多孔的塑料隔离片或隔板20。将液体电解质材料分散在多孔的塑料隔离片或隔板20、复合材料负极层14和复合材料正极层16内部。在一些情况下，可以用聚合物电解质材料替换多孔的塑料隔离片或隔板20，并且在这样的情况下，聚合物电解质材料在复合材料负极层14和复合材料正极层16两者内部存在。聚合物电解质材料可以是固体聚合物电解质或凝胶型聚合物电解质，并且可以将隔板并入。

当电池组电池充满电时，锂已经被从含锂的金属氧化物正极层16经由电解质输送到了负极层14中。在石墨基负极层的情况下，锂与石墨反应而形成化合物LiC₆。石墨，作为在复合材料负极层中的电化学活性材料，具有372mAh/g的最大容量。(如本文所使用的“活性材料”或“电活性材料”表示一种这样的材料，其在电池组的分别的充电阶段和放电阶段，能够将金属离子如锂、钠、钾、钙或镁插入其结构中和从其中释放。优选地，该材料能够插入并且释放锂)。

硅基活性负极材料的应用在本领域也是已知的。硅具有比石墨显著更高的最大容量。然而，不像在金属离子的插入和释放过程中保持基本上不被改变的活性石墨，向硅中插入金属离子的过程导致实质的结构改变，伴有显著的膨胀。例如，锂离子向硅中的插入导致Si-Li合金的形成。在例如“用于可再充电的锂电池组的插入电极材料(InsertionElectrode Materials for Rechargeable Lithium Batteries)”，Winter等，Adv.Mater.1988，10，第10期，725-763页中，描述了Li离子插入对负极材料的影响。

WO2009/010758公开了为了使硅材料用于锂离子电池组中，侵蚀硅粉末。所得的已侵蚀的粒子在它们的表面上含柱状物。可以通过侵蚀初始尺寸为10至1000微米的粒子，制备带柱状物的粒子。