專利名稱：一種可再充電的電化學元件的制備方法以及這種元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
和現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明的主題是一種在外殼內(nèi)具有由鋰/銦合金組成的負電極并具有鋰-嵌入正電極的可再充電的電化學元件的制備方法，以及這樣的電化學元件。
以鋰作為負電極材料的可再充電電化學元件，在各種實施方式中是廣為人知的。這些元件的負電極通常由鋰/鋁合金或鋰/銦合金構(gòu)成。
例如，DE3816199A1描述了這種情況下負電極是怎樣以兩層電極的形式并由鋰/鋁合金層和鋁合金層組成的。所謂的LiMOx材料通常以氧化物的形式用作正電極。這種情況下，M一般可以是Co、Ni、Mn，其可能摻雜有例如Al、Ti、Mg、Zn、Cr等。用作負活性材料的鋰合金必須通過復雜的制造過程生產(chǎn)，例如通過在惰性氣體氣氛和壓力下的高溫合成。這種合成要大量消耗時間并是昂貴的。
目的和解決途徑本發(fā)明基于的目的是提供一種具有由鋰/銦合金組成的負電極并具有鋰-嵌入正電極的電化學元件的制備方法，并意圖使這種制備方法簡單化。
通過具有權(quán)利要求1的技術(shù)特征的方法和具有權(quán)利要求6的技術(shù)特征的電化學元件達到這一目的。本發(fā)明的有利的或優(yōu)選的改進在進一步的權(quán)利要求中得以說明，并在下文中得到更詳細的描述。權(quán)利要求的用詞以明確引用的方式包括在說明書的內(nèi)容中。
由于正電極中所用的材料也就是LiMOx，其中M是Co、Ni、Mn，其可能摻雜有例如Al、Ti、Mg、Zn、Cr等，是不帶電的，因此，在形成過程中或在第一充電階段鋰離子從正電極遷移到負銦電極處。鋰在那里沉積并形成鋰/銦合金。尤其是，其可能是鋰/銦涂層。例如，該過程可描述如下
該過程是高度可逆的并具有高能量密度。
這里描述的系統(tǒng)可用于帶有有機液體電解質(zhì)的電池中，例如鋰鈕扣電池，鋰柱形電池和鋰繞制電池。它也可用于帶有固體或聚合物電解質(zhì)的電池，例如鋰聚合物電池中。
這些特征和進一步的特征在權(quán)利要求中以及說明書和附圖中，都是明顯的，其中獨立的特征每個都可以獨立地實施，也可以彼此結(jié)合以本發(fā)明的一個實施方式的再組合的形式實施，并且在其它領(lǐng)域，可代表有利的實施方式以及本身可取得專利的并在這里要求保護的實施方式。本申請細分成的單獨部分以及中間的標題不會限制這里所作的陳述的一般適用性。
附圖簡述附

圖1是本發(fā)明鈕扣電池形狀的簡單說明。其中標記1為電池外殼，2、6分別為導體網(wǎng)，3、5分別為負電極和正電極，4為電池隔板。
下文將對本發(fā)明作更詳細的解釋，尤其通過圖1中簡略說明的鈕扣電池形式的可再充電元件的制備實施例來作說明。
具體實施例方式
詳述根據(jù)本發(fā)明，將帶有由不銹鋼或鋁組成的輸出導體網(wǎng)2的不帶電正電極5引入到電池外殼1內(nèi)，該正電極包含以鋰相作為活性材料的材料，或者包含其中摻入鋰的材料。該材料例如是LiMOx，其中M是Co、Ni或Mn，其可能帶有金屬摻雜例如Al、Ti、Mg、Zn、Cr等。
而且，電池外殼1中包含帶有含鋰導電鹽(LiPF6，LiCIO4，LiBF4等)的有機液體電解質(zhì)，固體電解質(zhì)(例如沸石)或聚合物電解質(zhì)(例如PEO、PVDF、PAN)。它可能也包含隔板4(例如由PP、PE、PTFE、PVDF組成)和負銦電極3，該負極以薄片或者如圖1所示以粉末嵌入。該粉末可與普通粘結(jié)劑(PVDF、PTFE等)以及與導電碳黑混合。該負銦電極也可位于輸出導體網(wǎng)6之上。引入電池外殼內(nèi)的負電極包含高百分比的銦，例如超過70％，優(yōu)選至少90％，尤其優(yōu)選至少99％的銦。
通過這種方式制備的鋰可再充電電池具有不帶電的正電極5和負銦電極3。同傳統(tǒng)的石墨負電極相比較，這種銦電極具有較高的比容量(石墨372mAh/g)，其大概是高出其3倍的比容量。在這種鋰離子可再充電電池中相當高的能量密度因此是可能的。
另外帶有具有高銦成分負電極的鋰可再充電電池可以更容易地制備。銦電極3可以薄片或者粉末，可能連同普通粘結(jié)劑例如PTFE或PVDF一起引入到電池外殼內(nèi)。當在合金電極的情況下，無需復雜的陽極制法或合成。
為了制備本發(fā)明的鈕扣電池(尺寸直徑20mm；高度2.5mm)，將直徑16mm的100μm厚的銦薄片作為負電極在常壓下壓入到鈕扣電池外殼內(nèi)的由不銹鋼網(wǎng)組成的輸出導體網(wǎng)內(nèi)。這種情況下，銦也可以是與導電物質(zhì)例如MCMB(中碳微珠(Mesocarbon Microbeads))混合的粉末形式，也可以是片劑形式，或者可以在適當?shù)妮敵鰧w網(wǎng)上被涂覆并作為涂覆薄片引入到電池中。根據(jù)尺寸計算出的該負電極的容量是500mAh/g。
然后將PP隔板放置在銦，例如Celgard2500，和無紡物，例如KodoshiP334上。
取決于其應用，由環(huán)狀碳酸酯(例如碳酸亞乙酯)和開鏈碳酸鹽(例如碳酸二乙酯)以1∶1到2∶8的混合物比例組成的溶劑混合物可用作電解質(zhì)。將六氟合磷酸鋰溶解到電解質(zhì)中作為導電鹽。
帶有普通粘結(jié)劑(PVDF，PTFE)和與其混合并涂覆到鋁輸出導體網(wǎng)上的導電碳黑的LiCoO2(90％LiCoO2，4％碳黑，6％粘結(jié)劑)用于正電極。正電極被壓印成片劑形式(400-600mg)并用電解質(zhì)將其浸透，插入到電池外殼的電池容器內(nèi)。該外殼和該容器連接在一起，并封閉電池。然后完成的電池在最高4.2V下用1C充電。這種情況下，用一個例子來解釋，1C意味著如果電池容量是0.5Ah，則1C相應于0.5A。該值是所謂的經(jīng)驗值，并未被科學地定義，但在實踐中經(jīng)常使用。
用這種形式或充電步驟形成了鋰/銦合金。該正電極中的鋰在過程中遷移到負電極，并在銦上形成涂層或合金。
在形成過程中鋰/銦合金的形成如下
該制法允許制備的電池達到100％放電深度(DOD)150個循環(huán)，20％放電深度850個循環(huán)，并具有遠高于石墨電極的能量密度。
權(quán)利要求
1.在外殼(1)內(nèi)具有由鋰/銦合金組成的負電極(3)并具有鋰-嵌入正電極(5)的可再充電電化學元件的制備方法，其特征在于將主要由銦組成的負電極(3)，帶有含鋰活性化合物的不帶電的正電極以及電解質(zhì)引入到外殼(1)內(nèi)，并通過元件的后續(xù)形成，形成了鋰/銦負電極。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于負電極(3)的至少70％，優(yōu)選至少90％是銦。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于負電極(3)的至少95％是銦。
4.如前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于帶有含鋰活性化合物的正電極(5)具有來自Ni、Co、Mn的元素M，其中尤其是，使用LiMOx的形式的帶有元素M的化合物。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于LiMOx化合物摻雜了至少一種來自Al、Ti、Mg、Zn、Cr的金屬。
6.在外殼(1)內(nèi)具有由鋰/銦合金組成的負電極并具有鋰-嵌入正電極(5)的可再充電電化學元件，其特征在于該元件使用權(quán)利要求1-5中任一個方法制備。
全文摘要
在外殼(1)內(nèi)具有由鋰/銦合金組成的負電極(3)并具有鋰－嵌入正電極(5)的可再充電電化學元件的制備方法中，主要由銦組成的負電極，帶有含鋰活性化合物的不帶電的正電極以及電解質(zhì)被引入到外殼內(nèi)。通過元件的后續(xù)形成，形成了鋰/銦負電極。例如，負電極的至少90％由銦組成。其中M為Ni、Co、Mn的LiMO
文檔編號H01M10/04GK1612380SQ20041008808
公開日2005年5月4日 申請日期2004年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月19日
發(fā)明者K·霍爾, A·佩爾納, H·瓦納, K·阿卡, R·亨里希, A·約爾斯, D·伊利克 申請人:瓦爾達微電池有限責任公司