專利名稱：用于鋰離子蓄電池的負(fù)電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文描述的方法和設(shè)備整體上涉及用于鋰離子蓄電池的Li4Ti5O12負(fù)電極，制備 Li4Ti5O12負(fù)電極的方法，和制備含有該電極的鋰離子蓄電池的方法。Li4Ti5O12負(fù)電極通過防止或降低鋰離子蓄電池在過充期間的熱失控來改善鋰離子蓄電池的安全性能。2.相關(guān)技術(shù)大多數(shù)便攜電子設(shè)備應(yīng)用高容量鋰離子蓄電池，從小尺寸設(shè)備如手機(jī)、便攜電腦、 以及攝像機(jī)到較大的設(shè)備如動(dòng)力工具、混合動(dòng)力車輛、施工設(shè)備以及飛機(jī)。蓄電池或電池的溫度由產(chǎn)生的熱和耗散的熱之間的凈熱流決定。傳統(tǒng)的鋰離子蓄電池如果在窄的溫度和電壓范圍外操作則表現(xiàn)出顯著的問題。傳統(tǒng)的鋰離子蓄電池在大于 130°C遭受熱失控問題并且可潛在地爆炸。當(dāng)將傳統(tǒng)鋰離子蓄電池加熱到130°C時(shí)，在電極和電解質(zhì)之間發(fā)生放熱化學(xué)反應(yīng)，升高電池的內(nèi)部溫度。如果產(chǎn)生的熱多于可被耗散的，放熱過程可迅速增加。溫度的增加可進(jìn)一步加速化學(xué)反應(yīng)，引起產(chǎn)生更多的熱，最終導(dǎo)致熱失控。隨著溫度增加加速，蓄電池內(nèi)產(chǎn)生的氣體增加了蓄電池內(nèi)的壓力。在該過程產(chǎn)生的任何壓力可導(dǎo)致電池內(nèi)的機(jī)械失效，促發(fā)短路、電池的過早毀滅、變形、膨脹和破裂。促發(fā)熱失控的可能的放熱反應(yīng)可包括電解質(zhì)的熱分解；電解質(zhì)被陽極還原；電解質(zhì)被陰極氧化；陽極和陰極的熱分解；分隔體的熔化以及隨后的內(nèi)部短路。熱失控通常是濫用條件的結(jié)果，包括過熱、過充、高脈沖電源、物理損壞以及內(nèi)部和外部短路。各種安全機(jī)制如壓力釋放閥、單觸發(fā)保險(xiǎn)、可逆和不可逆正溫度系數(shù)元件、斷路分隔體、化學(xué)閘門(chemical shuttles)、不易燃電解質(zhì)和涂層，已經(jīng)被設(shè)計(jì)到蓄電池中以避免熱失控和潛在的爆炸。而且，經(jīng)常要求昂貴的和復(fù)雜的電子電路來保持電池在電荷和電壓方面的平衡。盡管以往的設(shè)計(jì)努力，但仍然需要表現(xiàn)出改善安全性的鋰離子蓄電池。概述本文所描述的方法和設(shè)備整體上涉及鋰離子蓄電池的Li4Ti5O12負(fù)電極，制備 Li4Ti5O12負(fù)電極的方法，和制備含有這樣的電極的鋰離子蓄電池的方法。Li4Ti5O12負(fù)電極通過防止或降低鋰離子蓄電池在過充期間的熱失控來改善鋰離子蓄電池的安全性能。在一個(gè)示范性變體中，負(fù)電極材料包括多個(gè)Li4Ti5O12基顆粒，多個(gè)顆粒中的每一個(gè)顆粒包括多個(gè)Li4Ti5O12微晶。顆粒具有1-15微米的平均直徑，微晶具有20-80納米的平均直徑。負(fù)電極材料也包括作為在多個(gè)Li4Ti5O12微晶之間的空間形成的多個(gè)孔隙。電極材料孔隙具有 10-60納米的平均直徑，并且電極材料表現(xiàn)出20-50%的孔隙度。


圖1是由Li4Ti5O12電極材料制備的Li4Ti5O12電極橫截面的SEM(掃描電子顯微鏡) 圖，該電極具有20納米的平均孔隙直徑，該電極材料具有10微米的平均顆粒直徑以及40 納米的平均微晶直徑。壓實(shí)后，電極膜具有幾乎均勻的結(jié)構(gòu)，在顆粒間沒有顯著的孔隙度。 因此，總電極孔隙度由顆粒自身孔隙度而不是顆粒之間的孔隙度控制。圖2是兩個(gè)不同密度1. 8和2. lg/cc、由具有40納米平均微晶直徑的Li4Ti5O12制備的Li4Ti5O12電極的電極孔隙尺寸分布圖。具有2. lg/cc的較高密度的電極具有20納米的平均孔隙直徑，并且具有1. 8g/cc的較低密度的電極具有30納米的平均孔隙直徑。通過氮吸收技術(shù)測(cè)量負(fù)電極的孔隙尺寸分布。圖3是具有Li4Ti5O12負(fù)電極的電池的過充試驗(yàn)結(jié)果圖，該負(fù)電極具有30納米的平均電極孔隙直徑以及1. 8g/cc的電極密度。該試驗(yàn)所用的正電極為L(zhǎng)iCoO2,并且在規(guī)則循環(huán)試驗(yàn)期間電池電壓限度為1. 5V至2. 8V。過充試驗(yàn)在3C充電倍率和IOV下進(jìn)行。圖4是具有Li4Ti5O12負(fù)電極的電池的過充試驗(yàn)結(jié)果圖，該負(fù)電極具有20納米的平均電極孔隙直徑以及2. lg/cc的電極密度。該試驗(yàn)所用的正電極為L(zhǎng)iCoO2,并且在規(guī)則循環(huán)試驗(yàn)期間電池電壓限度為1. 5V至2. 8V。過充試驗(yàn)在3C充電倍率和IOV下進(jìn)行。發(fā)明詳述為了提供本文所描述的方法和設(shè)備更全面的理解，下面的說明提出數(shù)個(gè)具體的細(xì)節(jié)，如方法、參數(shù)、實(shí)施例，等等。然而應(yīng)該意識(shí)到，這些說明不意圖限制本文描述的方法和設(shè)備的范圍，而是試圖提供對(duì)可能的變體的更好的理解。定義術(shù)語“壓延、壓延的、使壓延、壓實(shí)、壓實(shí)的或壓實(shí)”是指在給定壓力下從兩個(gè)輥之間牽拉材料。術(shù)語“一個(gè)或多個(gè)微晶”是指固體物質(zhì)的一個(gè)或多個(gè)物體，該物質(zhì)具有與單晶相同的結(jié)構(gòu)。固態(tài)材料可由微晶的聚集體組成，其形成更大的固態(tài)物質(zhì)物體如顆粒。本文所描述的方法和設(shè)備通常涉及鋰離子蓄電池的Li4Ti5O12負(fù)電極，制備 Li4Ti5O12負(fù)電極的方法，和制備含有該電極的鋰離子蓄電池的方法。Li4Ti5O12負(fù)電極通過防止或降低鋰離子蓄電池在過充期間的熱失控來改善鋰離子蓄電池的安全性能。負(fù)電極材料負(fù)電極可包括負(fù)電極材料。負(fù)電極材料可包括多個(gè)Li4Ti5O12基顆粒。顆?？删哂?1-15微米的平均直徑。在一些變體中，顆粒可具有1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或 15微米的平均直徑。多個(gè)顆粒中的每個(gè)顆?？砂ǘ鄠€(gè)Li4Ti5O12微晶。微晶可具有20-80 納米的平均直徑。負(fù)電極材料也可包括作為在多個(gè)1^4115012微晶之間的空間形成的多個(gè)孔隙。電極材料孔隙可具有10-60納米的平均直徑。電極材料孔隙度可為20-50%。制成的負(fù)電極一旦選擇了具有期望性能的Li4Ti5O12負(fù)電極材料，可通過壓延或壓實(shí)上面描述的 Li4Ti5O12負(fù)電極材料和粘接劑制備負(fù)電極?？商娲?，可通過壓延或壓實(shí)Li4Ti5O12負(fù)電極材料、粘接劑和導(dǎo)電劑制備負(fù)電極。粘接劑可為聚合物粘接劑。在一個(gè)變體中，粘接劑可為聚偏二氟乙烯，并且導(dǎo)電劑可以為炭黑。導(dǎo)電劑可以為任何用于改善電極電導(dǎo)性的試劑。壓實(shí)后，電極材料孔隙尺寸和孔隙度可控制電極孔隙尺寸和孔隙度。電極孔隙尺寸和孔隙度可與電極材料孔隙尺寸和孔隙度相同或不同。電極孔隙可具有10-60納米的平均直徑。在某些變體中，電極孔隙可具有10、15、20、25、30、35、40、45、50、55或60納米的平均直徑。電極孔隙度可為20-50%。在某些變體中，電極孔隙度可為20、25、30、35、40、45或50%。如本文所述，已發(fā)現(xiàn)如果使蓄電池過充，在這些范圍的電極平均孔隙直徑和孔隙度可防止或降低含有該電極的鋰離子蓄電池中的熱失控。負(fù)電極一旦通過壓實(shí)制備，則具有幾乎均勻的結(jié)構(gòu)，顆粒之間沒有顯著的孔隙度， 如圖1所示。因而，總的負(fù)電極孔隙度可由顆粒自身的孔隙(微晶之間)而不是顆粒之間的孔隙控制。壓實(shí)后，顆粒的孔隙的總體積在任何給定的電極體積下可貢獻(xiàn)80、85、90、95 或100%的電極孔隙度。在顆粒的孔隙沒有貢獻(xiàn)100%電極孔隙度的實(shí)施方案中，剩余的孔隙度基本上由顆粒之間的孔隙形成。電極材料微晶尺寸可控制電極材料孔隙尺寸和/或電極孔隙尺寸。典型地，平均電極材料微晶尺寸是平均電極孔隙尺寸的1. 5-2倍。例如，電極材料微晶可具有80納米的平均直徑，以及由該電極材料制備的電極可具有40-60納米的平均電極孔隙直徑。在其它變體中，電極材料微晶可具有40納米的平均直徑，由該電極材料制備的電極可具有20-30 納米的平均電極孔隙直徑。電極孔隙也可通過制成的電極的密度控制。不同的密度是在制備電極期間壓實(shí)電極材料和粘接劑的程度或壓實(shí)電極材料、粘接劑和導(dǎo)電劑的程度的結(jié)果。圖2示出不同密度(1.8和2. lg/cc)的兩個(gè)負(fù)電極的孔隙尺寸分布，每個(gè)由具有40納米微晶的Li4Ti5O12 起始材料制備。具有2. lg/cc的較高密度的負(fù)電極具有20納米的平均孔隙直徑，以及具有 1. 8g/cc的較低密度的負(fù)電極具有30納米的平均孔隙直徑。在某些變體中，負(fù)電極密度可為1.6-2. 2g/cc。在某些變體中，負(fù)電極密度可為1.6、1.8、2. 0或2. 2g/cc。蓄電池在某些變體中，在鋰離子蓄電池中可采用Li4Ti5O12負(fù)電極材料。在某些變體中，鋰離子蓄電池中可采用由Li4Ti5O12負(fù)電極材料和粘接劑制備的Li4Ti5O12負(fù)電極。在某些變體中，鋰離子蓄電池中可采用由Li4Ti5O12負(fù)電極材料、粘接劑和導(dǎo)電劑制備的Li4Ti5O12負(fù)電極。粘接劑可為聚偏二氟乙烯，并且導(dǎo)電劑可以為炭黑。典型地，如果使蓄電池過充，則該蓄電池不經(jīng)受熱失控。過充保護(hù)取決于負(fù)電極的平均孔隙直徑，該負(fù)電極的平均孔隙直徑取決于平均微晶直徑和Li4Ti5O12起始材料的平均顆粒直徑。如果負(fù)電極的平均孔隙直徑大于100納米，過充保護(hù)可能消失并且蓄電池可能經(jīng)受熱失控。在某些變體中，鋰離子蓄電池包括Li4Ti5O12負(fù)電極和正電極。正電極可由LiCoO2 或LiMn2O4組成。鋰離子蓄電池的負(fù)電極和正電極的各自具有容量。負(fù)電極的容量可低于正電極的容量。負(fù)電極容量和正電極容量的比率可小于1。在某些變體中，鋰離子蓄電池包括可由溶劑或溶劑混合物以及鋰鹽或鋰鹽混合物組成的電解質(zhì)。可采用的溶劑的例子包括碳酸乙二酯(EC)、乙烯基甲基碳酸酯(EMC)、碳酸丙二酯(PC)、碳酸丁二酯(BC)、碳酸亞乙烯酯(VC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、 Y-丁內(nèi)酯、環(huán)丁砜、乙酸甲酯(MA)、丙酸甲酯(MP)以及甲酸甲酯(MF)。鋰鹽的例子包括 LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiC104、LiSbF6、LiCF3SO3 以及 LiN(CF3SO2) 2。在某些變體中，電解質(zhì)可包括碳酸乙二酯、碳酸甲乙酯和LiPF6的混合物。
方法本文所描述的方法提供制備鋰離子蓄電池的負(fù)電極的方法。該方法包括在壓力下壓延可包括負(fù)電極材料的負(fù)電極組合物，使得負(fù)電極展現(xiàn)出1. 6-2. 2g/cc的電極密度和 20-50%的電極孔隙度。負(fù)電極材料可包括上述Li4Ti5O12電極材料。在某些變體中，負(fù)電極組合物可包括粘接劑。在某些變體中，負(fù)電極組合物可包括粘接劑和導(dǎo)電劑。粘接劑可為聚偏二氟乙烯，并且導(dǎo)電劑可以為炭黑。本文描述的方法提供制備鋰離子蓄電池的方法。該方法包括a)將正電極和負(fù)電極組裝在容器內(nèi)；b)向容器中添加電解質(zhì)；以及c)密封容器以形成鋰離子蓄電池。所組裝的負(fù)電極和正電極可各自具有容量。負(fù)電極的容量可低于正電極的容量。負(fù)電極容量和正電極容量的比率可小于1。負(fù)電極可通過壓延負(fù)電極材料和粘接劑制備?？商娲?，負(fù)電極可通過壓延負(fù)電極材料、粘接劑和導(dǎo)電劑制備。粘接劑可為聚偏二氟乙烯，并且導(dǎo)電劑可以為炭黑。負(fù)電極材料可包括上述Li4Ti5O12電極材料。在某些變體中，壓延后，負(fù)電極孔隙可具有10-60納米的平均直徑。在某些變體中，壓延后，負(fù)電極孔隙度可為20-50%。實(shí)施例1如美國(guó)專利No. 6，890，510所述的制備Li4Ti5O12。用下列步驟形成負(fù)電極將 Li4Ti5O12與溶于N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)溶劑中的5%的聚偏二氟乙烯(PVDF)粘接劑和5%炭黑混合以形成漿料；將漿料分散在鋁箔集流體的兩側(cè)上并加熱以蒸發(fā)NMP溶劑；將干電極壓延(壓實(shí))并切割成矩形樣品電極。用LiCoO2替代Li4Ti5O12，采用與制備負(fù)電極所描述的同樣的程序制備正電極。將兩個(gè)制備好的電極放入帶有EC :EMC/LiPF6電解質(zhì)的軟包裝電化學(xué)電池中。實(shí)施例2如實(shí)施例1所述制備了電化學(xué)電池。Li4Ti5O12負(fù)電極的密度為1. 8g/cc,并且電極的平均孔隙直徑為30納米。在規(guī)則充放電循環(huán)試驗(yàn)中將電池電壓限度確定為1. 5V-2. 8V。 在3C充電倍率下，在IOV下進(jìn)行過充試驗(yàn)。結(jié)果如圖3所示。在過充試驗(yàn)中，電池電壓達(dá)到3.4V的平臺(tái)(plateau)并且?guī)追昼姾?，電流驟減至零，而電池電壓增至10V。電池電壓從其電壓上限(2. 8V)增加后，電池溫度開始上升，但在電壓增加至IOV以及電流降低至零的位置處，電池溫度達(dá)到其最大值56°C并逐漸降低。這表明在該試驗(yàn)中沒有發(fā)生熱失控。實(shí)施例3如實(shí)施例1所述制備了電化學(xué)電池。Li4Ti5O12負(fù)電極的密度為2. lg/cc，并且電極的平均孔隙直徑為20納米。在規(guī)則充放電循環(huán)試驗(yàn)中電池電壓限度確定為1. 5V-2. 8V。 在3C充電倍率下，在IOV下進(jìn)行過充試驗(yàn)。結(jié)果如圖4所示。在過充試驗(yàn)中，電池電壓達(dá)到3. 4V的平臺(tái)，并且?guī)追昼姾?，電流驟減至零，而電池電壓增至10V。電池電壓從其電壓上限(2. 8V)增加后，電池溫度開始上升，但在電壓增加至IOV以及電流降低至零的位置處，電池溫度達(dá)到其最大值52°C并逐漸降低。這表明在該試驗(yàn)中沒有發(fā)生熱失控。盡管本文所描述的方法和設(shè)備已結(jié)合某些實(shí)施方案或變體進(jìn)行了描述，但并不意圖限制到本文提出的特定形式。而是，本文所描述的方法和設(shè)備的范圍僅由權(quán)利要求限定。 此外，盡管似乎結(jié)合特別的實(shí)施方案或變體描述了特征，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到，所述實(shí)施方案或變體的不同特征可以根據(jù)本文所述方法和設(shè)備進(jìn)行組合。進(jìn)一步，盡管單獨(dú)列出，但多個(gè)方式、組成部分或方法步驟可通過例如單個(gè)設(shè)備或方法實(shí)施。此外，盡管在不同的權(quán)利要求中可包括單獨(dú)的特征，但這些可有利地組合，并且包含在不同權(quán)利要求中并不意味著特征的組合是不可行的和/或沒有優(yōu)勢(shì)的。而且，在一組權(quán)利要求中所包含的特征并不意味著限制到該組，而是，這些特征可平等地應(yīng)用到其它權(quán)利要求組中，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候。 本文獻(xiàn)中所用的術(shù)語和短語以及其變體，應(yīng)被理解為開放式的，而不是限制性的， 除非另有所述。作為前述的例子術(shù)語“包括”應(yīng)該解讀含義為“包括，不限于”等等；術(shù)語 “實(shí)施例”或“某些變體”用于提供所討論項(xiàng)目的示范性情況，而不是窮舉或限制性列表；如 “常規(guī)的”、“傳統(tǒng)的”、“正常的”、“標(biāo)準(zhǔn)的”、“已知的”以及相似含義的術(shù)語不應(yīng)理解為限制所描述的項(xiàng)目至給定的時(shí)期或至給定時(shí)期可獲得的項(xiàng)目，而是替代的應(yīng)解讀為包括可獲得的或現(xiàn)在或?qū)砣魏螘r(shí)候已知的常規(guī)的、傳統(tǒng)的、正常的、標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)。相似的，用連詞“和” 連接的一組項(xiàng)目不應(yīng)該被解讀為要求單個(gè)和這些項(xiàng)目中的每一個(gè)在組中存在，而應(yīng)該被解讀為“和/或”，除非另有所述。相似的，用連詞“或”連接的一組項(xiàng)目不應(yīng)該被解讀為在其組中相互排斥，而應(yīng)該被解讀為“和/或”，除非另有所述。進(jìn)一步，盡管本文所述的方法或設(shè)備的項(xiàng)目、要素或部件可以單數(shù)進(jìn)行描述或要求，但考慮將復(fù)數(shù)包含在其范圍內(nèi)，除非明確闡述限制到單數(shù)。展寬詞語和短語如“一個(gè)或多個(gè)”、“至少”、“但不限于”、“在某些變體中”或其它類似術(shù)語在某些情況下不應(yīng)該被解讀為意味著在沒有這些展寬短語的情況下意圖或要求較窄的情況。
權(quán)利要求
1.負(fù)電極材料，包含多個(gè)Li4Ti5O12基顆粒，多個(gè)顆粒中的每個(gè)顆粒包含 多個(gè)Li4Ti5O12微晶，其中微晶具有20-80納米的平均直徑，及作為在多個(gè)Li4Ti5O12微晶之間的空間形成的多個(gè)孔隙，其中孔隙具有10-60納米的平均直徑；以及其中顆粒具有1-15微米的平均直徑，并且其中電極材料表現(xiàn)出20-50%的孔隙度。
2.權(quán)利要求1的負(fù)電極材料，其中顆粒具有2-10微米的平均直徑。
3.權(quán)利要求2的負(fù)電極材料，其中孔隙具有15-40納米的平均直徑并且孔隙度為 30-45% ο
4.負(fù)電極，包含 粘接劑，和負(fù)電極材料，該負(fù)電極材料包含多個(gè)Li4Ti5O12基顆粒，多個(gè)顆粒中的每個(gè)顆粒包含多個(gè)Li4Ti5O12微晶，其中微晶具有20-80納米的平均直徑，及作為在多個(gè)Li4Ti5O12微晶之間的空間形成的多個(gè)孔隙，其中孔隙具有10-60納米的平均直徑；以及其中顆粒具有1-15微米的平均直徑，并且其中負(fù)電極表現(xiàn)出20-50%的孔隙度。
5.權(quán)利要求4的負(fù)電極，其中顆粒具有2-10微米的平均直徑。
6.權(quán)利要求5的負(fù)電極，其中孔隙具有15-40納米的平均直徑，并且其中負(fù)電極表現(xiàn)出 30-45%的孔隙度。
7.權(quán)利要求4的負(fù)電極，進(jìn)一步包含導(dǎo)電劑。
8.權(quán)利要求7的負(fù)電極，其中粘接劑是聚偏二氟乙烯，并且導(dǎo)電劑為炭黑。
9.權(quán)利要求8的負(fù)電極，進(jìn)一步包含鋁箔集流體。
10.權(quán)利要求4的負(fù)電極，其中負(fù)電極具有密度，并且其中密度為1.6-2.2g/CC。
11.鋰離子蓄電池，包含負(fù)電極材料，該負(fù)電極材料包含 多個(gè)Li4Ti5O12基顆粒，多個(gè)顆粒中的每個(gè)顆粒包含多個(gè)Li4Ti5O12微晶，其中微晶具有20-80納米的平均直徑，及作為在多個(gè)Li4Ti5O12微晶之間的空間形成的多個(gè)孔隙，其中孔隙具有10-60納米的平均直徑；以及其中顆粒具有1-15微米的平均直徑，并且其中電極材料表現(xiàn)出20-50%的孔隙度。
12.鋰離子蓄電池，包含 正電極；和負(fù)電極，其中負(fù)電極具有負(fù)電極容量，且正電極具有正電極容量，并且其中負(fù)電極容量與正電極容量的比率小于1，負(fù)電極包含 粘接劑；和負(fù)電極材料，該負(fù)電極材料包含多個(gè)Li4Ti5O12基顆粒，多個(gè)顆粒中的每個(gè)顆粒包含多個(gè)Li4Ti5O12微晶，其中微晶具有 20-80納米的平均直徑，及作為在多個(gè)Li4Ti5O12微晶之間的空間形成的多個(gè)孔隙，其中孔隙具有10-60納米的平均直徑；以及其中顆粒具有1-15微米的平均直徑，并且其中負(fù)電極表現(xiàn)出20-50%的孔隙度。
13.權(quán)利要求12的鋰離子蓄電池，其中該比率為0.5-0. 95。
14.權(quán)利要求12的鋰離子蓄電池，其中孔隙具有15-40納米的平均直徑并且負(fù)電極表現(xiàn)出30-45%的孔隙度。
15.權(quán)利要求12的鋰離子蓄電池，其中正電極包含LiCo02。
16.權(quán)利要求15的鋰離子蓄電池，其中負(fù)電極具有密度，并且其中密度為1.6-2. 2g/cc。
17.權(quán)利要求12的鋰離子蓄電池，進(jìn)一步包含電解質(zhì)，其中電解質(zhì)包含碳酸乙二酯、乙烯基甲基碳酸酯和LiPF6的混合物。
18.權(quán)利要求12的鋰離子蓄電池，其中負(fù)電極進(jìn)一步包含導(dǎo)電劑。
19.權(quán)利要求18的鋰離子蓄電池，其中粘接劑是聚偏二氟乙烯，并且導(dǎo)電劑為炭黑。
20.制備鋰離子蓄電池的負(fù)電極的方法，包括在壓力下壓延包含負(fù)電極材料的負(fù)電極組合物，使得負(fù)電極展現(xiàn)出1. 6-2. 2g/cc的電極密度和20-50%的電極孔隙度，該負(fù)電極材料包含多個(gè)Li4Ti5O12基顆粒，多個(gè)顆粒中的每個(gè)顆粒包含多個(gè)Li4Ti5O12微晶，其中微晶具有 20-80納米的平均直徑，及作為在多個(gè)Li4Ti5O12微晶之間的空間形成的多個(gè)孔隙，其中孔隙具有10-60納米的平均直徑；以及其中顆粒具有1-15微米的平均直徑，并且其中電極材料表現(xiàn)出20-50%的孔隙度。
21.權(quán)利要求0的方法，其中負(fù)電極組合物進(jìn)一步包含粘接劑和導(dǎo)電劑。
22.權(quán)利要求21的方法，其中粘接劑是聚偏二氟乙烯，并且導(dǎo)電劑為炭黑。
23.權(quán)利要求0的方法，其中負(fù)電極表現(xiàn)出30-45%的電極孔隙度。
24.制備鋰離子蓄電池的方法，包括a)將正電極和負(fù)電極組裝在容器內(nèi)；b)向容器中添加電解質(zhì)；以及c)密封容器以形成鋰離子蓄電池；其中負(fù)電極具有負(fù)電極容量且正電極具有正電極容量，并且其中負(fù)電極容量與正電極容量的比率小于1，且其中負(fù)電極包含粘接劑；和負(fù)電極材料，該負(fù)電極材料包含多個(gè)Li4Ti5O12基顆粒，多個(gè)顆粒中的每個(gè)顆粒包含多個(gè)Li4Ti5O12微晶，其中微晶具有 20-80納米的平均直徑，及作為在多個(gè)Li4Ti5O12微晶之間的空間形成的多個(gè)孔隙，其中孔隙具有10-60納米的平均直徑；以及其中顆粒具有1-15微米的平均直徑，并且其中負(fù)電極表現(xiàn)出20-50%的孔隙度。
25.權(quán)利要求24的方法，其中該比率為0.5-0. 95。
26.權(quán)利要求對(duì)的方法，其中正電極包含LiCo02。
27.權(quán)利要求M的方法，其中電解質(zhì)包含碳酸乙二酯、乙烯基甲基碳酸酯和LiPF6的混合物。
28.權(quán)利要求對(duì)的方法，其中負(fù)電極進(jìn)一步包含導(dǎo)電劑。
29.權(quán)利要求觀的方法，其中粘接劑是聚偏二氟乙烯，并且導(dǎo)電劑為炭黑。
全文摘要
本發(fā)明所描述的方法和設(shè)備整體上涉及用于鋰離子蓄電池的Li4TIsOi2負(fù)電極，制備Li4TIsOi2負(fù)電極的方法，和制備含有該電極的鋰離子蓄電池的方法。Li4Ti5Oi2負(fù)電極通過防止或降低鋰離子蓄電池在過充期間的熱失控來改善鋰離子蓄電池的安全性能。
文檔編號(hào)H01M10/02GK102334223SQ201080009357
公開日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2010年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月15日
發(fā)明者J·謝爾本, M·斯圖爾特, T·斯皮特勒, V·馬內(nèi)夫 申請(qǐng)人:愛爾達(dá)納米公司