制备负极活性材料的方法

文档序号:173799 发布日期:2021-10-29 浏览:29次 >En<

阅读说明:本技术 制备负极活性材料的方法 (Method for preparing negative active material ) 是由 李昌周 禹相昱 郑东燮 金贤撤 于 2020-01-14 设计创作,主要内容包括:本发明涉及一种制备负极活性材料的方法,所述方法包括以下步骤:通过在石墨上设置沥青,然后进行第一热处理来形成第一碳涂层;以及通过在所述第一碳涂层上设置液态树脂,然后进行第二热处理来形成第二碳涂层。(The present invention relates to a method of preparing an anode active material, the method comprising the steps of: forming a first carbon coating by disposing pitch on graphite and then performing a first heat treatment; and forming a second carbon coating layer by disposing a liquid resin on the first carbon coating layer and then performing a second heat treatment.)

制备负极活性材料的方法

技术领域

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年1月14日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2019-0004797号的权益,所述韩国专利申请的公开内容通过引用整体并入本文中。

技术领域

本发明涉及一种制备负极活性材料的方法,所述方法包括在石墨上设置沥青并进行第一热处理以形成第一碳涂层,以及在所述第一碳涂层上设置液态树脂并进行第二热处理以形成第二碳涂层。

背景技术

由于化石燃料的使用迅速增加,对替代能源或清洁能源的使用需求日益增加,并且作为这一趋势的一部分,最活跃的研究领域是利用电化学反应的发电和蓄电领域。

当前,使用这种电化学能的电化学装置的典型实例是二次电池,并且其使用领域越来越多。近年来,随着诸如便携式计算机、移动电话和照相机的便携式装置的技术开发和需求增加,对作为能源的二次电池的需求已经显著增加。通常,二次电池由正极、负极、电解质和隔膜构成。所述负极包含用于嵌入和脱嵌来自正极的锂离子的负极活性材料,并且作为负极活性材料可以使用石墨类活性材料,例如天然石墨或人造石墨。

另一方面,由于电动车辆等的开发,二次电池的快速充电性能的改善成为重要的课题。为了改善二次电池的快速充电性能,通常使用用硬碳涂布石墨表面的技术。然而,当石墨的表面涂布有硬碳时,在电极被辊压时,活性材料的比表面积过度增加,这阻碍了对锂离子的脱嵌的抑制,从而存在电池的高温存储性能劣化的问题。

因此,需要一种新颖的方法,所述方法能够在使用石墨类负极活性材料时同时满足二次电池的快速充电性能和高温存储性能。

发明内容

技术问题

本发明的一个方面是提供一种制备负极活性材料的方法,所述方法能够在使用石墨类负极活性材料时在电池的充电/放电期间同时满足二次电池的快速充电性能和高温存储性能。

技术方案

根据本发明的一个方面,提供了一种制备负极活性材料的方法,所述方法包括在石墨上设置沥青并进行第一热处理以形成第一碳涂层,以及在所述第一碳涂层上设置液态树脂并进行第二热处理以形成第二碳涂层。

有益效果

根据本发明,通过在石墨表面上设置源自沥青的第一碳涂层,然后在所述第一碳涂层上设置源自树脂的第二碳涂层,可以将负极活性材料的比表面积维持在适当的水平,从而可以改善电池的快速充电性能。另外,所述第一碳涂层与第二碳涂层之间的界面显著存在,这抑制了锂离子的脱嵌,从而可以改善电池的高温存储性能。

具体实施方式

在下文中,将更详细地描述本发明以促进对本发明的理解。

应理解,本说明书和权利要求书中使用的词语或术语不应被解释为具有常用词典中定义的含义。应进一步理解,所述词语或术语应基于发明人可以适当地定义词语或术语的含义以最好地解释发明的原则而被解释为具有与相关领域和本发明的技术构思的上下文中的含义一致的含义。

本文所使用的术语仅出于描述特定示例性实施方式的目的,而并不旨在限制本发明。除非上下文另外明确指出,否则单数形式的术语可以包括复数形式。

在本说明书中,应当理解,术语“包括”、“包含”或“具有”旨在指定所述特征、数字、步骤、元件或其组合的存在,但是不排除一个以上其它特征、数字、步骤、元件或其组合的存在或添加。

在本说明书中,D50可以定义为对应于粒子的粒度分布曲线中的累积体积的50%的粒径。D50可以通过例如激光衍射法测量。激光衍射法通常能够测量从亚微米范围到几毫米的粒径,从而可以获得高再现性和高分辨率的结果。

<负极活性材料的制备方法>

根据本发明的一个实施方式的制备负极活性材料的方法可以包括在石墨上设置沥青并进行第一热处理以形成第一碳涂层,以及在所述第一碳涂层上设置液态树脂并进行第二热处理以形成第二碳涂层。

(1)在石墨上设置沥青并进行第一热处理以形成第一碳涂层的步骤

所述石墨为粒子形式,并且可以对应于负极活性材料的芯。所述石墨可以包含选自由天然石墨、人造石墨和中间相碳微珠(MCMB)构成的组中的至少一种,具体来说,可以是人造石墨。当所述石墨是人造石墨时,在电池的充电/放电期间人造石墨的体积膨胀相对小,并且电解质副反应减少,从而可以改善电池的寿命特性。然而,所述石墨不限于人造石墨。

所述石墨可以具有5μm至30μm、具体地8μm至25μm,更具体地9μm至22μm的平均粒径(D50)。当满足上述范围时,比表面积不会太大,从而可以改善电池的高温存储性能。另外,由于保持了适当的尺寸,确保了与电解液接触的表面积,从而便于锂离子的嵌入和脱嵌,由此可以改善电池的快速充电性能。

所述石墨可以具有通过将片状焦炭、纤维状焦炭、镶嵌焦炭、球状焦炭、针状焦炭或镶嵌焦炭组装而形成的二次粒子形状中的至少一种形状。特别是,为了改善电池的快速充电性能以及电池的耐久性和寿命特性,所述石墨优选为通过将针状焦炭或镶嵌焦炭组装而形成的二次粒子的形式,并且在上述中,人造石墨是优选的。

针状焦炭或镶嵌焦炭是一次粒子的原料,并且可以具有3μm至15μm、具体地5至12μm的平均粒径(D50)。当满足上述尺寸时,比表面积可以处于适当的水平,从而可以改善快速充电性能和高温存储性能。

所述沥青可以是当将由煤、木材或有机物质的干物质获得的焦油蒸馏时获得的黑色碳质固体残余物。具体来说,所述沥青可以包含煤类沥青和石油类沥青中的至少一种。

如果第一碳涂层是用树脂而不是沥青在石墨上形成,则第一碳涂层和第二碳涂层都是用树脂形成,从而第一碳涂层与第二碳涂层之间的界面可能不会显著形成。因此,由于不能有效地抑制已经嵌入石墨中的锂离子的脱嵌,从而可能难以改善电池的高温存储性能。另一方面,当通过沥青形成第一碳涂层时,在第一碳涂层与第二碳涂层之间显著形成界面,从而可以有效地抑制锂离子的脱嵌,由此可以改善电池的高温存储性能。

所述第一热处理的温度可以是500℃至2000℃,具体地900℃至1500℃,更具体地1000℃至1300℃。当满足上述范围时,第一碳涂层中的氢量得以抑制,从而锂离子与氢之间的反应可减少,并且石墨的结晶度不会过度增加,从而可以改善快速充电性能。

所述石墨与第一碳涂层的重量比可以为1.0000:0.0052至1.0000:0.0474,具体地1.0000:0.0103至1.0000:0.0421,更具体地1.0000:0.0155至1.0000:0.0211。当满足上述范围时,在将负极活性材料的每单位重量的容量维持在适当水平的同时,电荷的转移阻力降低,从而可以改善电池的快速充电性能。

所述第一碳涂层可以与所述石墨的表面接触。所述第一碳涂层可以覆盖所述石墨表面的至少一部分表面,具体地其整个表面。

(2)在所述第一碳涂层上设置液态树脂并进行第二热处理以形成第二碳涂层的步骤

所述液态树脂可以是由有机化合物及其衍生物组成的无定形液体物质。具体来说,所述树脂可以包含选自由环氧树脂、聚氨酯树脂和酚醛树脂构成的组中的至少一种。如果使用沥青而不是树脂在所述第一碳涂层上形成第二碳涂层,则负极活性材料的比表面积不足,从而电池的快速充电性能可能劣化。此外,由于所述第一碳涂层和第二碳涂层都是使用沥青形成,因此所述第一碳涂层与第二碳涂层之间的界面不显著形成。因此,无法抑制锂离子的脱嵌,从而电池的高温存储性能劣化。

另一方面,当通过所述树脂形成第二碳涂层时,所述第二碳涂层位于负极活性材料的表面上,使得负极活性材料的比表面积增加至期望的水平,从而改善电池的快速充电性能。另外,在通过沥青形成的第一碳涂层与用液态树脂形成的第二碳涂层之间显著形成界面,以抑制锂离子的脱嵌,从而可以改善电池的高温存储性能。

所述第二热处理的温度可以是500℃至2000℃,具体地900℃至1500℃,更具体地1000℃至1300℃。当满足上述范围时,第二碳涂层中的氢的量受到抑制,从而锂离子与氢之间的反应可以减少。

所述石墨与第二碳涂层的重量比可以为1.0000:0.0052至1.0000:0.0474,具体地1.0000:0.0103至1.0000:0.0421,更具体地1.0000:0.0155至1.0000:0.0200。当满足上述范围时,在将负极活性材料的每单位重量的容量维持在适当水平的同时,电荷的转移阻力降低,从而可以改善电池的快速充电性能。

所述第二碳涂层可以与第一碳涂层接触。所述第二碳涂层可以覆盖第一碳涂层的表面的至少一部分,具体地覆盖其整个表面。

由于所述第二碳涂层是用树脂形成,因此所述石墨和第一碳涂层可以被均匀地涂布。因此,可以改善电池的快速充电性能。另外,由于所述第一碳涂层与第二碳涂层之间的界面,防止了锂离子的不必要的脱嵌,从而可以改善电池的高温存储性能。

所述第一碳涂层与第二碳涂层的重量比可以为10:90至90:10,具体地15:85至85:15,更具体地40:60至60:40。当满足上述范围时,可以进一步改善电池的快速充电性能和高温存储性能。

<负极活性材料>

负极活性材料可以是通过上述实施方式的制备负极活性材料的方法制备的负极活性材料。具体来说,所述负极活性材料包含石墨,设置在所述石墨上的第一碳涂层和设置在所述第一碳涂层上的第二碳涂层,其中通过对沥青进行第一热处理来形成第一碳涂层,并且通过对液态树脂进行第二热处理来形成第二碳涂层。所述石墨、第一碳涂层、第二碳涂层、沥青、液态树脂与上述实施方式中描述的那些相同,因此省略其描述。

<负极>

根据本发明的又一个实施方式的负极可以包含含有负极活性材料的负极活性材料层。具体来说,所述负极可以包含集电器和设置在所述集电器上的负极活性材料层。

所述集电器没有特别限制,只要其具有导电性而不在电池中引起化学变化即可。例如,作为所述集电器,可以使用铜,不锈钢,铝,镍,钛,烧结碳,或者用碳、镍、钛、银等中的一种进行了表面处理的铝或不锈钢。具体来说,良好地吸附碳的过渡金属如铜和镍可以用作所述集电器。所述集电器的厚度可以为6μm至20μm,但是所述集电器的厚度不限于此。

所述负极活性材料层可以设置在所述集电器上。所述负极活性材料层可以设置在所述集电器的至少一个表面上,具体地设置在其一个表面或两个表面上。

所述负极活性材料层可以包含负极活性材料。所述负极活性材料可以是通过上述实施方式的制备负极活性材料的方法所制备的负极活性材料。

所述负极还可以包含粘合剂和导电材料中的至少一者。

所述粘合剂可以包含选自由以下构成的组中的至少任一种:聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-共-HFP),聚偏二氟乙烯,聚丙烯腈,聚甲基丙烯酸甲酯,聚乙烯醇,羧甲基纤维素(CMC),淀粉,羟丙基纤维素,再生纤维素,聚乙烯基吡咯烷酮,聚四氟乙烯,聚乙烯,聚丙烯,聚丙烯酸,乙烯-丙烯-二烯单体(EPDM),磺化EPDM,苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR),氟橡胶,聚丙烯酸,其氢被Li、Na或Ca取代的材料等,及其组合。另外,所述粘合剂可以包含其各种共聚物。

所述导电材料没有特别限制,只要其具有导电性而不在电池中引起化学变化即可。举例来说,可以使用石墨,例如天然石墨或人造石墨;碳类材料,例如炭黑、乙炔黑、科琴黑(Ketjen black)、槽法炭黑、炉黑、灯黑和热裂法炭黑;导电纤维,例如碳纤维和金属纤维;导电管,例如碳纳米管;碳氟化合物粉末;金属粉末,例如铝粉末和镍粉末;导电晶须,例如氧化锌和钛酸钾;导电金属氧化物,例如钛氧化物;导电材料,例如聚亚苯基衍生物等。

<二次电池>

根据本发明的又一个实施方式的二次电池可以包含负极,并且所述负极可以与上述实施方式的负极相同。

具体来说,所述二次电池可以包含负极、正极、插入在所述正极与负极之间的隔膜、以及电解质。所述负极与上述负极相同。由于上文已经对所述负极进行了描述,因此将省略其详细描述。

所述正极可以包含正极集电器和形成在所述正极集电器上并包含正极活性材料的正极活性材料层。

在所述正极中,对所述正极集电器没有特别限制,只要其具有导电性而不引起电池中的化学变化即可。例如,可以使用不锈钢,铝,镍,钛,烧结碳,或者用碳、镍、钛、银等中的一种进行了表面处理的铝或不锈钢。此外,所述正极集电器通常可以具有3μm至500μm的厚度,并且可以在所述正极集电器的表面上形成微细凹凸,以改善正极活性材料的粘附性。例如,所述正极集电器可以以诸如膜、片、箔、网、多孔体、泡沫体和无纺布的各种形式使用。

所述正极活性材料可以是本领域中通常使用的正极活性材料。具体来说,所述正极活性材料可以是层状化合物例如锂钴氧化物(LiCoO2)和锂镍氧化物(LiNiO2),或者被一种以上过渡金属置换的化合物;锂铁氧化物,例如LiFe3O4;锂锰氧化物,例如Li1+c1Mn2-c1O4(0≤c1≤0.33)、LiMnO3、LiMn2O3和LiMnO2;锂铜氧化物(Li2CuO2);钒氧化物,例如LiV3O8、V2O5和Cu2V2O7;由式LiNi1-c2Mc2O2(其中M为Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或Ga中的任一种,并且0.01≤c2≤0.3)表示的Ni位点型锂镍氧化物;由式LiMn2-c3Mc3O2(其中,M为Co、Ni、Fe、Cr、Zn或Ta中的任一种,并且0.01≤c3≤0.1)或式Li2Mn3MO8(其中,M为Fe、Co、Ni、Cu或Zn中的任一种)表示的锂锰复合氧化物;式中的Li的一部分被碱土金属离子置换的LiMn2O4等,但不限于此。所述正极可以是Li金属。

所述正极活性材料层可以包含正极导电材料和正极粘合剂,以及上述正极活性材料。

此时,所述正极导电材料用于赋予电极以导电性,并且可以使用任何正极导电材料而没有特别限制,只要其具有电子传导性而不在所构成电池中引起化学变化即可。所述正极导电材料的具体实例可以包括石墨,例如天然石墨或人造石墨;碳类材料,例如炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑、热裂法炭黑和碳纤维;例如铜、镍、铝和银的金属粉末或金属纤维;导电晶须,例如氧化锌晶须和钛酸钾晶须;导电金属氧化物,例如钛氧化物;或导电聚合物,例如聚亚苯基衍生物,并且可以使用其任一种或者其两种以上的混合物。

另外,所述正极粘合剂用于改善正极活性材料粒子之间的粘结以及正极活性材料与正极集电器之间的粘附性。所述正极粘合剂的具体实例可以包括聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-共-HFP)、聚乙烯醇、聚丙烯腈、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯基吡咯烷酮、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-二烯单体(EPDM)、磺化EPDM、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、氟橡胶或它们的各种共聚物,并且可以使用其任一种或者其两种以上的混合物。

所述隔膜用于分隔负极和正极并提供锂离子的移动路径。可以使用任何隔膜而没有特别限制,只要其是二次电池中通常使用的隔膜即可。特别地,优选具有优异的电解质含湿性并且对电解质中的离子移动具有低阻力的隔膜。具体来说,可以使用多孔聚合物膜,例如,使用聚烯烃类聚合物例如乙烯均聚物、丙烯均聚物、乙烯/丁烯共聚物、乙烯/己烯共聚物和乙烯/甲基丙烯酸酯共聚物制造的多孔聚合物膜,或者具有其两层以上的层压结构。此外,典型的多孔无纺布,例如由具有高熔点的玻璃纤维或聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维等形成的无纺布,可以用作所述隔膜。此外,包含陶瓷组分或聚合物材料的涂布隔膜可以用于确保耐热性或机械强度,并且可以选择性地使用具有单层或多层结构的隔膜。

所述电解质可以是可用于制备锂二次电池的有机液体电解质、无机液体电解质、固体聚合物电解质、凝胶型聚合物电解质、固体无机电解质、熔融型无机电解质等,但不限于此。

具体来说,所述电解质可以包含非水有机溶剂和锂盐。

作为所述非水有机溶剂,例如可以使用非质子有机溶剂,如N-甲基-2-吡咯烷酮、碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丁酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、γ-丁内酯、1,2-二甲氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、二甲基亚砜、1,3-二氧戊环、甲酰胺、二甲基甲酰胺、二氧戊环、乙腈、硝基甲烷、甲酸甲酯、乙酸甲酯、磷酸三酯、三甲氧基甲烷、二氧戊环衍生物、环丁砜、甲基环丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮、碳酸亚丙酯衍生物、四氢呋喃衍生物、醚、丙酸甲酯和丙酸乙酯。

特别地,在碳酸酯类有机溶剂中,作为环状碳酸酯的碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯作为高粘度有机溶剂具有高介电常数以使锂盐良好地解离,因此可以优选使用。此外,当这样的环状碳酸酯与低粘度且低介电常数的线性碳酸酯(例如碳酸二甲酯和碳酸二乙酯)以适当的比率混合时,可以制备具有高电导率的电解质,从而可以更优选地使用所述电解质。

作为所述金属盐,可以使用锂盐。所述锂盐是易溶于非水电解质中的材料。例如,作为所述锂盐的阴离子,可以使用选自由以下构成的组中的一种以上:F-、Cl-、I-、NO3 -、N(CN)2 -、BF4 -、ClO4 -、PF6 -、(CF3)2PF4 -、(CF3)3PF3 -、(CF3)4PF2 -、(CF3)5PF-、(CF3)6P-、CF3SO3 -、CF3CF2SO3 -、(CF3SO2)2N-、(FSO2)2N-、CF3CF2(CF3)2CO-、(CF3SO2)2CH-、(SF5)3C-、(CF3SO2)3C-、CF3(CF2)7SO3 -、CF3CO2 -、CH3CO2 -、SCN-和(CF3CF2SO2)2N-

在所述电解质中,为了改善电池的寿命特性,抑制电池容量的降低以及改善电池的放电容量,除了上述电解质组分以外还可以包含一种以上添加剂,例如,碳酸卤代亚烷基酯类化合物如碳酸二氟亚乙酯、吡啶、亚磷酸三乙酯、三乙醇胺、环醚、乙二胺、正甘醇二甲醚、六甲基磷酰三胺、硝基苯衍生物、硫、醌亚胺染料、N-取代的唑烷酮、N,N-取代的咪唑烷、乙二醇二烷基醚、铵盐、吡咯、2-甲氧基乙醇或三氯化铝等。

根据本发明的又一个实施方式,提供了包含所述二次电池作为单元电池(unitcell)的电池模块,以及包含所述电池模块的电池组。所述电池模块和电池组包含具有高容量、高倍率性能和循环性能的所述二次电池,因此可以用作选自由电动汽车、混合动力电动车辆、插电式混合动力电动车辆和蓄电系统构成的组中的中大型装置的电源。

在下文中,将详细描述本发明的优选实施方式以促进对本发明的理解。然而,所述实施方式仅是本发明的示例,因此,对于本领域技术人员而言显而易见的是,在不背离如所附权利要求书中公开的本发明的范围和主旨的情况下,可以作出各种修改和变更。显然,这样的变更和修改落入所附权利要求书的范围内。

实施例和比较例

实施例1:负极活性材料的制备

(1)形成第一碳涂层

将平均粒径(D50)为8μm的针状焦炭与沥青混合,然后将混合物进行组装,接着进行热处理以制备平均粒径(D50)为17μm的二次粒子形式的人造石墨,将其用作芯。将所述芯和石油类固体沥青混合,然后将混合物放入碳化炉中,以在1300℃下进行热处理,从而在所述芯上形成第一碳涂层。所述芯与第一碳涂层的重量比为1:0.0155。

(2)形成第二碳涂层

将上面形成有第一碳涂层的芯与液态酚醛树脂混合,然后将混合物放入碳化炉中,以在1300℃下进行热处理,从而在芯上形成第二碳涂层。所述芯与第二碳涂层的重量比为1:0.0155(芯:第一碳涂层:第二碳涂层=97:1.5:1.5重量比)。通过上述,最终获得了负极活性材料。

实施例2:负极活性材料的制备

(1)形成第一碳涂层

除了芯与第一碳涂层的重量比为1:0.0316之外,以与实施例1相同的方式形成第一碳涂层。

(2)形成第二碳涂层

除了芯与第二碳涂层的重量比为1:0.0211之外,以与实施例1相同的方式形成第二碳涂层。通过上述,最终获得了负极活性材料(芯:第一碳涂层:第二碳涂层=95:3:2重量比)。

比较例1:负极活性材料的制备

将平均直径(D50)为8μm的针状焦炭与沥青混合,然后将混合物进行组装,接着进行热处理以制备平均直径(D50)为17μm的二次粒子形式的人造石墨,将其用作芯。将所述芯和石油类固体沥青混合,然后将混合物放入碳化炉中,以在1300℃下进行热处理,从而在芯上形成碳涂层。芯与碳涂层的重量比为1:0.0309。

比较例2:负极活性材料的制备

将平均直径(D50)为8μm的针状焦炭与沥青混合,然后将混合物进行组装,接着进行热处理以制备平均直径(D50)为17μm的二次粒子形式的人造石墨,将其用作芯。将所述芯和液态酚醛树脂混合,然后将混合物放入碳化炉中,以在1300℃下进行热处理,从而在芯上形成碳涂层。芯与碳涂层的重量比为1:0.0309。

比较例3:负极活性材料的制备

将平均粒径(D50)为8μm的针状焦炭与沥青混合,然后将混合物进行组装,接着进行热处理,以制备平均粒径(D50)为17μm的二次粒子形式的人造石墨,将其用作芯。将所述芯、石油类固体沥青和液态酚醛树脂混合,然后将混合物放入碳化炉中,以在1300℃下进行热处理,从而在芯上形成碳涂层。芯与碳涂层的重量比为1:0.0309。所使用的石油类沥青和酚醛树脂的重量比为2:1。

比较例4:负极活性材料的制备

(1)形成第一碳涂层

将平均粒径(D50)为8μm的针状焦炭与沥青混合,然后将混合物进行组装,接着进行热处理,以制备平均粒径(D50)为17μm的二次粒子形式的人造石墨,将其用作芯。将所述芯和液态酚醛树脂混合,然后将混合物放入碳化炉中,以在1300℃下进行热处理,从而在芯上形成第一碳涂层。芯与第一碳涂层的重量比为1:0.0103。

(2)形成第二碳涂层

将上面形成有第一碳涂层的芯与石油类沥青混合,然后将混合物放入碳化炉中,以在1300℃下进行热处理,从而在芯上形成第二碳涂层。芯与第二碳涂层的重量比为1:0.0206(芯:第一碳涂层:第二碳涂层=97:1:2重量比)。通过上述,最终获得了负极活性材料。

实验例

使用实施例1和2以及比较例1至4各自的负极活性材料,按照以下方式制造各电极,并评价各电极的放电容量、初始效率、快速充电性能和高温存储性能。

将负极活性材料(实施例1和2以及比较例1至4各自的负极活性材料)、作为导电材料的Super C65、作为粘合剂的苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)和作为增稠剂的羧甲基纤维素(CMC)以95.3:1:2.5:1.2的重量比混合,然后加入水以制备负极浆料。将所述负极浆料以3.6mAh/cm2的负载量施涂在铜箔(集电器)上,然后辊压,使得负极活性材料层的密度变为1.6g/cc,接着在约130℃下真空干燥8小时以制造实施例1的负极。

(1)实验例1:评价放电容量、初始效率和快速充电性能。

将切割成1.7671cm2的圆形的锂(Li)金属薄膜制成正极。在正极与负极之间插入多孔聚乙烯隔膜。然后向其中注入电解质,所述电解质是在其中碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸亚乙酯(EC)以7:3的混合体积比混合的混合溶液中将碳酸亚乙烯基酯以0.5重量%溶解于其中,并向其中溶解1.0M浓度的LiPF6而制备的。注入该电解质后静置24小时以制造锂硬币半电池。

所制造的半电池在CC/CV模式下以0.1C电流、0.005V在0.005C截止的条件下充电,并且在CC模式下以0.1C电流在1.5V截止的条件下放电。将上述进行三次,然后在第1次循环中评价初始效率,并且在第3次循环中评价放电容量。

在第3次循环后,在以3.0C的电流将半电池充电至SOC 75%的同时,导出根据SOC的输出电压图。在图中X轴显示SOC并且Y轴显示所测量的输出电压,并使用通过经由dV/dQ导数找出斜率变化点(锂开始析出的点)来确定Li镀敷SOC的方法,评价快速充电性能。

(2)实验例3:评价高温存储性能

作为正极活性材料,使用Li[Ni0.6Mn0.2Co0.2]O2。将正极活性材料、作为导电材料的炭黑、作为粘合剂的聚偏二氟乙烯(PVDF)以94:4:2的重量比混合入作为溶剂的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中,以制备正极浆料。

将所制备的正极浆料施涂在作为正极集电器的厚度为15μm的铝金属薄膜上,然后干燥。此时,循环空气的温度为110℃。其后,将施涂了正极浆料后干燥的铝金属薄膜辊压,然后在130℃的真空烘箱中干燥2小时,以制造包含正极活性材料层的正极。

通过堆叠法将负极(实施例1以及比较例1至4各自的负极)、所制造的正极和多孔聚乙烯隔膜组装,并向组装的电池中注入电解液(碳酸亚乙酯(EC)/碳酸甲乙酯(EMC)=1/2(体积比)和六氟磷酸锂(1M的LiPF6))以制造锂二次电池。

以0.2C的电流将单电池充电至SOC 30%来激活单电池后,将以CC/CV模式(4.2V,0.05C截止)充电并以CC模式(0.2C电流,3.0V截止)放电的操作进行3次。其后,以0.2C的电流对二次电池进行满充电,然后在将电池存储在60℃的同时评价其在1周、2周和4周后的剩余容量。表1列出了存储4周后的剩余容量。

[表1]

参见表1,可以看出,当使用其中通过沥青形成第一碳涂层和通过树脂形成第二碳涂层的实施例1和实施例2各自的负极活性材料时,锂延迟析出,从而快速充电性能优异并且高温存储性能也优异。

另一方面,由于比较例1仅用沥青涂布,比表面积减小,从而快速充电性能差(碳涂层的含量高于实施例2,从而高温存储性能优异)。由于比较例2仅用树脂涂布,因此快速充电性能优异;然而,不能防止锂离子的脱嵌,从而高温存储性能低。由于比较例3涂布有沥青和树脂的混合物,不存在界面,从而高温存储性能低,并且比表面积总体上降低,从而快速充电性能差。在比较例4的情况下,存在界面,从而高温存储性能优异;然而,在负极活性材料的表面上不存在树脂,从而降低了比表面积,由此快速充电性能差。

11页详细技术资料下载
上一篇:一种医用注射器针头装配设备
下一篇:沸石膜复合体的制造方法及沸石膜复合体

网友询问留言

已有0条留言

还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!

精彩留言,会给你点赞!