[發(fā)明專利]改進(jìn)的鋰離子電池的陰極組合物

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810096518.4
• 申請(qǐng)日: 2002-03-11
• 公開（公告）號(hào): CN101267036A
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魯中華;J·R·達(dá)恩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 3M創(chuàng)新有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/48
• 分類號(hào): H01M4/48;H01M4/50;H01M10/40
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司
• 代理人: 范征

本申請(qǐng)是國際申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/US?02/07251、國際申請(qǐng)日為2002年3月11日、進(jìn)入中國國家階段的申請(qǐng)?zhí)枮镃N02809014.4、發(fā)明名稱為“改進(jìn)的鋰離子電池的陰極組合物”的中國專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用作鋰離子電池陰極的組合物的制備。

背景技術(shù)

鋰離子電池通常包括陽極、電解質(zhì)和陰極，陰極含有鋰-過渡金屬氧化物形式的鋰。已經(jīng)使用的過渡金屬氧化物的例子包括二氧化鈷、二氧化鎳和二氧化錳。然而，這些物質(zhì)都不能表現(xiàn)出高最初容量、高熱穩(wěn)定性和重復(fù)充放電循環(huán)后良好的容量保留這些特性的最佳結(jié)合。

發(fā)明內(nèi)容

總的說來，本發(fā)明涉及具有結(jié)構(gòu)式Li[M¹_(1-x)Mn_x]O₂的鋰離子電池的陰極組合物，其中0＜x＜1，M¹代表一種或多種金屬元素，條件是M¹是鉻以外的金屬元素。所述組合物為具有O3晶體結(jié)構(gòu)的單相形式，當(dāng)裝入鋰離子電池并在30℃下完全充-放電循環(huán)100次后沒有發(fā)生相變變成尖晶石晶體結(jié)構(gòu)，用30mA/g的放電電流其最終容量為130mAh/g。本發(fā)明還涉及含有這些陰極組合物以及陽極和電解質(zhì)的鋰離子電池。

在一個(gè)實(shí)施方案中，x＝(2-y)/3，M¹_(1-x)具有式Li_(1-2y)/3M²_y，其中0＜y＜0.5(優(yōu)選0.083＜y＜0.5，最優(yōu)選0.167＜y＜0.5)，M²代表一種或多種金屬元素，條件是M²是鉻以外的金屬元素。所得陰極組合物具有式Li[Li_(1-2y)/3M²_yMn_(2-y)/3]O₂。

在第二個(gè)實(shí)施方案中，x＝(2-2y)/3，M¹_(1-x)具有式Li_(1-y)/3M³_y，其中0＜y＜0.5(優(yōu)選0.083＜y＜0.5，最優(yōu)選0.167＜y＜0.5)，M³代表一種或多種金屬元素，條件是M³是鉻以外的金屬元素。所得陰極組合物具有式Li[Li_(1-y)/3M³_yMn_(2-2y)/3]O₂。

在第三個(gè)實(shí)施方案中，x＝y(tǒng)，M¹_(1-x)具有式M⁴_yM⁵_1-2y，其中0＜y＜0.5(優(yōu)選0.083＜y＜0.5，最優(yōu)選0.167＜y＜0.5)，M⁴代表一種鉻以外的金屬元素，M⁵是鉻以外的金屬元素且與M⁴不相同。所得陰極組合物具有式Li[M⁴_yM⁵_1-2yMn_y]O₂。

本發(fā)明提供了陰極組合物，以及含有這些組合物的鋰離子電池，該電池具有高初始容量且在重復(fù)的充放電循環(huán)后有良好的容量保留。此外，所述陰極組合物在不當(dāng)高溫使用時(shí)不產(chǎn)生大量的熱，因此改善了電池的安全性。

本發(fā)明實(shí)施方案的一個(gè)或多個(gè)細(xì)節(jié)將列在附圖和下面的描述中。本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)從這些描述和附圖以及權(quán)利要求中是顯見的。

附圖說明

圖1是用來測(cè)試各種電極組合物的電化學(xué)電池的分解圖。

圖2(a)-(e)是在4.4V和3.0V之間循環(huán)的實(shí)施例1和3-6所述樣品的電壓對(duì)容量以及容量對(duì)循環(huán)次數(shù)的點(diǎn)圖。

圖3(a)-(e)是在4.8V和2.0V之間循環(huán)的實(shí)施例1和3-6所述樣品的電壓對(duì)容量以及容量對(duì)循環(huán)次數(shù)的點(diǎn)圖。

圖4(a)-(d)是實(shí)施例3和7-9所述樣品的x-射線衍射圖。

圖5(a)-(d)是實(shí)施例5和10-12所述樣品的x-射線衍射圖。

圖6(a)-(d)是實(shí)施例6和16-18所述樣品的x-射線衍射圖。

圖7(a)-(d)是在4.4V和3.0V之間循環(huán)的實(shí)施例6和16-18所述樣品的電壓對(duì)容量以及容量對(duì)循環(huán)次數(shù)的點(diǎn)圖。