[發明專利]用于高電壓鋰電池的非水電解質

有效

• 申請號: 200980124632.6
• 申請日: 2009-06-11
• 公開（公告）號: CN102077405A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 塞巴斯蒂安·帕圖;卡羅勒·波旁;塞巴斯蒂安·馬丁內特;卡羅萊·帕加諾;盧卡斯·薩尼耶
• 申請（專利權）人: 原子能與替代能源委員會
• 主分類號: H01M10/40
• 分類號: H01M10/40;H01M10/42
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 蔡勝有;王春偉

本發明涉及正電極/電解質對以及包含這樣的對的鋰電池。

鋰(鋰離子)電池越來越多地用作自足式動力源，特別是在便攜式設備(電話、電腦、攝錄像機、攝影器械、工具等)中，它們逐步取代鎳、鎘(Ni-Cd)和金屬鎳-氫化物(Ni-MH)電池。數年來，鋰離子電池的銷售已經超過Ni-MH和Ni-Cd電池的銷量。將這種發展可解釋為鋰電池性能的不斷改進，這樣賦予它們比由Ni-Cd和Ni-MH技術所提供的明顯更大的質量和體積能量密度。盡管第一鋰離子蓄電池具有大約80-90Wh/kg的能量密度，但從現在起獲得了接近200Wh/kg的能量密度(能量密度與整個鋰離子電池的質量有關)。作為對比，Ni-MH電池具有約100Wh/kg的最大能量密度，而Ni-Cd電池具有大約50Wh/kg的能量密度。

新一代的鋰電池已在開發之中，以用于甚至更加多樣化的應用中(混合動力或全電動汽車，利用光伏電池的能量儲存等)。為了滿足甚至更大的(每單位質量和/或體積的)操作和能量電勢要求，已經進行了研究以開發用于甚至更加有效的鋰離子電池電極的新材料以及用于能夠在寬泛電勢范圍內運行的電解質的新材料。

在商用鋰離子電池中使用的活性電極化合物，對于正電極而言為層狀化合物，例如LiCoO₂、LiNiO₂和混合型化合物Li(Ni、Co、Mn、Al)O₂，或者具有尖晶石結構的化合物，例如LiMn₂O₄及其衍生物。負電極通常為碳(石墨、焦炭等)或可能為尖晶石氧化物Li₄Ti₅O₁₂或者與鋰形成合金的金屬(Sn、Si等)。所涉及的正電極化合物的理論和實際比容量對于具有層狀結構的氧化物(LiCoO₂和LiNiO₂)而言分別為大約275mAh/g和140mAh/g，對于尖晶石LiMn₂O₄而言分別為148mAh/g和120mAh/g。在所有的情形中，相對于金屬鋰獲得接近于4伏的工作電壓。

此外，已知增加正電極材料的容量和/或提高正電極材料的氧化還原電勢對于電池的總能量密度的增加比在負電極的相同量級的增加具有更大的影響。

此外，在過去的幾年中，已經進行了許多研究項目，其目的是提供具有高電壓容量的新的正電極材料。近來，已經開發出具有高電壓電化學活性的正電極材料，其相對于Li⁺/Li超過4.2V，以提高鋰電池的能量密度并且可以在需要高電壓的應用中減少串聯使用的元件的數目。在新的有前景的化合物中，正磷酸鹽LiCoPO₄和LiNiPO₄，LiNi_0.5Mn_1.5O₄和LiNi_0.4Mn_1.6O₄型的尖晶石氧化物，Li(Mn、Co、Ni)O₂、Li₂MnO₃、Li(Mn、Co、Ni)O₂型的層狀氧化物以及它們的衍生物可以作為(至少部分地)在相對于Li⁺/Li高于4.2V或者相對于Li⁺/Li甚至高于4.5V的電壓下工作的化合物的實例提及。例如，在化合物LiCoPO₄的情況下，在相對于Li⁺/Li為大約4.8V下發生電化學活性(相應于Co²⁺離子的氧化)。