阳极材料

阳极材料

电池制造商正在继续增加阳极材料的能量密度、功率特性、循环寿命和安全特性，同时降低其成本。片状天然石墨可以通过称为球化处理的过程将其转化成球形颗粒，以作为阳极材料使用。晶体片状石墨(或者简称为片状石墨)以分离的、扁平的、板片状的颗粒出现，在破碎前为六角形边缘，破碎后边缘变成不规则的或者尖角的。片状石墨的球化作用通过使用相对小的冲击磨（例如气流分级粉碎机(ACM)或者棒磨）对片状石墨进行重复粉碎得到。当进行粉碎时，需要重复这种操作至少10次，以制造球形的高粉末密度。为了获得目标粒度（例如，约8‑20μm平均），所述原材料和片状天然石墨的平均直径和、应该在约1μm至50μm。这种最终球形粉末可以在电池中作为阳极活性材料使用，例如锂离子电池。球化石墨粉末通常是高表面积材料，其可以用于制备高功率的阳极，换言之,电池应用中的低阻抗或者低直流电电阻。尽管如此，从这种材料制备得到的阳极的第一充电和放电效率通常太低而不能提高电池容量。另外，高温储存性能,换言之,良好的使用寿命对这种阳极来说也是较差。由于可循环锂量减少，这种高表面积石墨粉末在高温时性能不是很好，所述可循环锂在循环期间（即运转和高温储存期间）从固体电解质界面(SEI)膜中随电解质再生。

取而代之的是，为了增加所述天然石墨粉末的耐久性（即循环性能），所述石墨用沥青涂覆以减少所述石墨粉末的表面积，但是这也增加了所述阳极的耐久性。沥青是大量粘弹性的、固体聚合物的任意一种的称呼。沥青从石油产品或者植物中制备得到。涂覆沥青的天然石墨广泛用于民用电池应用，例如手提电脑或者手机。由于其耐久性和低成本性而使用沥青涂覆的天然石墨。涂覆石墨粉末的沥青对低比率和使用寿命(长期高温储存)的循环是有用的，因为所述沥青可以使循环和高温储存中的副反应最小化。尽管如此，所述沥青涂覆减少了所述阳极颗粒上活性位点的表面积。

由于所述沥青涂覆石墨的表面积减小，所述沥青涂覆阳极材料的循环性能不是很好地适合于高功率汽车应用。使用沥青涂覆阳极材料，在沥青涂覆层和核心石墨之间的接口在高功率循环运行期间退化。因此，已经将表面积稍微更高些的石墨粉末用于高功率应用中。

所述阳极粉末的表面积是锂电子电池的重要组成部分，其影响电池的循环、储存和安全性能。合适表面积的阳极粉末会允许其与电解质中的锂离子迅速反应。高表面积的阳极(例如球形石墨)也有

助于能量再生和高放电循环。低表面积沥青涂覆的石墨阳极材料在耐久性方面性能良好，但是它对于高功率应用来说仍然不理想。因此，有必要建立适合于高功率应用的可持续阳极的阳极粉末。

产品概述

在一方面，本产品公开设计阳极粉末。所述阳极粉末包括球形石墨粉末和围绕在所述石墨粉末的高表面积保护性涂层，其中，所述涂覆的粉末比所述未处理的石墨粉末具有更高的表面积。在某些实施方案中，所述阳极粉末具有的粒度在约5um至约20um之间。在某些实施方案中，所述阳极粉末具有的表面积在约5m2/g至约20m2/g之间。在某些实施方案中，所述阳极粉末具有的D峰/G峰的拉曼光谱峰强度比值小于0.3。在某些实施方案中，所述阳极粉末具有的D峰/G峰的拉曼光谱峰强度比值大于约0.3。在某些实施方案中，所述高表面积保护性涂层可以是金属化合物粉末。在某些实施方案中，所述金属化合物粉末包括金属氧化物粉末。在某些实施方案中，所述金属氧化物粉末选自：Al2O3、Y2O3、TiO2,Cs2O3、ZrO2和ZnO。在某些实施方案中，所述金属化合物粉末可以是金属氟化物粉末。在某些实施方案中，所述金属氟化物粉末可以是AlF3、ZrF4、TiF4、CsF3、YF3或者ZnF2。在某些实施方案中，所述高表面积保护性涂层可以是金属化合物粉末和聚合物的混合物。在某些实施方案中，所述高表面积保护性涂层可以是硬碳涂层。在某些实施方案中，所述涂层的含氧量在约1%至约6%之间。在某些实施方案中，所述涂层具有的碳、氧双键的百分比在约3%以上。

本产品公开的另一方面涉及制备阳极粉末的方法。所述方法包括提供球形石墨粉末,使所述石墨粉末表面涂覆高表面积保护性涂层；以及热处理涂覆的石墨粉末，以形成涂覆的阳极粉末；所述阳极粉末比未处理的石墨粉末具有更高的表面积以形成阳极材料，所述阳极材料比所述未处理的石墨粉末具有更高的表面积。在某些实施方案中，所述阳极粉末具有的表面积在约5m2/g至约20m2/g之间。在某些实施方案中，所述阳极粉末具有的D峰/G峰的拉曼光谱峰强度比值小于0.3。在某些实施方案中，所述阳极粉末具有的D峰/G峰的拉曼光谱峰强度比值大于约0.3。在某些实施方案中，所述方法包括在氧化气氛中处理所述涂覆的石墨粉末。在某些实施方案中，所述方法包括在惰性气氛中处理所述涂覆的石墨粉末。在某些实施方案中，涂覆可以是用金属化合物粉末涂覆所述球形石墨粉末。在某些实施方案中，涂覆可以是用金属氧化物粉末涂覆所述球形石墨粉末。在某些实施方案中，所述金属氧化物粉末选自：Al2O3,Y2O3,TiO2,Cs2O3和ZnO。在某些实施方案中，涂覆包括用金

属氟化物粉末涂覆所述球形石墨粉末。在某些实施方案中，所述金属氟化物粉末选自：AlF3、ZrF4、TiF4、CsF3、YF3和ZnF2。在某些实施方案中，涂覆包括用硬碳前体涂覆所述球形石墨粉末。

本产品公开的另一方面涉及阳极。所述阳极包括在导电板上处理的阳极层,所述阳极层包括电活性粉末,所述电活性粉末包括:球形石墨粉末;以及围绕在所述石墨粉末的高表面积保护性涂层；其中，所述涂覆的粉末比所述未处理的石墨粉末具有更高的表面积。

本产品公开的另一方面涉及电池。所述电池包括阴极、阳极，其中所述阳极包括阳极粉末，所述阳极粉末包括球形石墨粉末和围绕在所述石墨粉末的高表面积保护性涂层，其中，所述涂覆的粉末比所述未处理的石墨粉末具有更高的表面积；以及与所述阴极和阳极离子相连的电解质。

本公开涉及通过对球形石墨粉末的表面处理制备的具有高表面积和改善的循环性能的阳极材料。所述表面处理提供在球形石墨粉末上的高表面积保护性涂层。根据本公开实施方案制备的所述阳极具有改善的循环寿命和长期高温储存性能。在下文公开的实施方案中，球形石墨粉末被包覆有高表面积保护性涂层。所述高表面积保护性涂层改善了从本公开材料制备的阳极的性能和耐久性。所述高表面积保护性涂层可以包括聚合物、金属化合物和/或硬碳。另外，在某些实施方案中，可以通过在氧化或惰性气氛中对所述球化石墨进行热处理形成保护性涂层，所述保护性涂层可能有或可能没有高表面积但是没有增长的耐久性。

锂离子电池

锂离子电池(有时称为Li‑ion电池或者LIB)是一类可再充电的电池类型，其中锂离子在放电期间从所述负极移动到所述正极，然后在充电期间返回。化学作用、性能、成本和安全性能随LIB的类型发生变化。与锂一次电池(其是一次性的)不同,锂离子电池利用内置锂化合物作为电极材料代替金属锂。

锂离子电视的所述三种主要功能成分是阳极、阴极和电解质。传统锂离子电池的所述阳极是由碳制备的，所述阴极是金属氧化物，所述电解质是有机溶剂中的锂盐。商业上最受欢迎的阳极材料是石墨。通常，所述阳极材料在在导电板上被处理并且含有电活性粉末。所述阴极通常是三种材料之一：层状氧化物(例如锂钴氧化物);聚阴离子(例如磷酸锂铁);或者尖晶石(例如锂锰氧化物)。所述电解质通常是有机碳酸酯(例如乙烯碳酸酯或者含有锂离子复合物的二乙基碳酸酯)。这些无水电解质通常利用非配位阴离子盐(例如六氟磷酸锂(LiPF6);六氟砷酸锂一水合物(LiAsF6);(LiClO4);四氟硼酸锂