[發(fā)明專利]可再充電的電化學(xué)電池組電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201180009322.7
• 申請日: 2011-02-04
• 公開（公告）號: CN102742049A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: L.青克;C.普斯措拉;C.里普;M.博爾克;C.沃爾法爾特
• 申請（專利權(quán)）人: 福圖知識產(chǎn)權(quán)股份公司
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/58;H01M4/80;H01M10/0525;H01M4/587;H01M4/136;H01M4/1397;H01M4/62
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 石克虎;林森

本發(fā)明涉及一種可再充電的鋰電池組電池，其具有正極，負(fù)極和含有導(dǎo)電鹽的電解質(zhì)。

可再充電的電池組電池在許多技術(shù)領(lǐng)域中是非常重要的。在許多情況中它們被用于這樣的應(yīng)用，在其中需要僅僅相對低的電流強(qiáng)度，例如在移動電話中。此外，在高電流應(yīng)用中也非常需要電池組電池，其中機(jī)動車輛的電驅(qū)動是特別重要的。本發(fā)明特別涉及到還適于高電流應(yīng)用的電池。

一種重要的要求是高能量密度。該電池應(yīng)當(dāng)包含盡可能多的電能每重量單位和體積單位。在這方面，鋰作為活性金屬是特別有利的。

實踐中，可再充電的電池幾乎全是鋰離子電池。它們的負(fù)極由涂覆在銅上的碳組成，鋰離子在充電過程中嵌入其中。正極還包含嵌入材料，其適于吸收活性金屬的離子。通常，正極基于氧化鋰鈷，其涂覆在鋁制的集電器元件上。兩種電極都非常薄(厚度通常小于100μm)。在充電過程中，活性金屬的離子從正極抽提出，并嵌入負(fù)極。在放電過程中發(fā)生了相反的過程。離子在電極間的傳輸是通過電解質(zhì)來進(jìn)行的，其確保了所需的離子遷移率。鋰離子電池包含電解質(zhì)，其由溶解在有機(jī)溶劑或者溶劑混合物(例如基于碳酸乙二醇酯)中的鋰鹽(例如LiPF₆)組成。所述的電池在下文中也稱作“有機(jī)鋰離子電池”。

有機(jī)鋰離子電池的安全性是有問題的。安全風(fēng)險特別是由有機(jī)電解質(zhì)引起的。如果鋰離子電池著火或者甚至爆炸，則電解質(zhì)的有機(jī)溶劑形成了可燃性材料。為了避免這樣的風(fēng)險，必須采用另外的措施，特別是精確控制充放電過程和在電池組構(gòu)造中采用另外的安全措施。例如，電池可以包含這樣的成分，其在失效情況下熔融和流涂具有熔融塑料的電池組。但是，這些措施導(dǎo)致了成本上升以及體積和重量增加，由此降低了能量密度。

該問題在開發(fā)用于高電流應(yīng)用的電池組電池時是特別嚴(yán)重的。在穩(wěn)定性和長期操作安全性方面的要求是特別高的。術(shù)語“高電流電池”在此用于表示這樣的電池，其(在額定電壓時)的相對于電極面積的載流能力(下文“單位面積載流能力”)是至少10mA/cm²，優(yōu)選至少50mA/cm²和特別優(yōu)選至少150mA/cm²。

這里非常需要改進(jìn)的可再充電的電池組電池，其特別是滿足下面的要求：

-非常好的電功率數(shù)據(jù)，特別是高能量密度和同時高的可提取電流(功率密度)。

-安全，在機(jī)動車輛的困難的環(huán)境條件下也是安全的。

-長的使用壽命，特別是非常高次數(shù)的可用的充放電循環(huán)。

-盡可能低的價格：廉價的材料和盡可能簡單的生產(chǎn)方法。

-對于實踐來說其他重要的要求，例如過度充電能力和深度放電能力。

本發(fā)明基于這樣的技術(shù)問題，提供電池組電池，該電池組電池比迄今的那些在整體上更好地滿足了這些有時矛盾的要求。

該技術(shù)問題是通過一種電化學(xué)可再充電的鋰電池組電池來解決的，其具有外殼，正極，負(fù)極和含有導(dǎo)電鹽的電解質(zhì)，其中該電解質(zhì)基于SO₂，和該正極包含組成為Li_xM'_yM”_z(XO₄)_aF_b的活性材料，其中

M'是選自下面的至少一種金屬：Ti，V，Cr，Mn，F(xiàn)e，Co，Ni，Cu和Zn，

M”是選自II?A，III?A，IV?A，V?A，VI?A，IB，IIB，IIIB，IVB，VB，VIB和VIIIB族金屬的至少一種金屬，

X選自元素P，Si和S，

x大于0，

y大于0，

z大于或者等于0，

a大于0和

b大于或者等于0。

該活性材料優(yōu)選是磷酸鹽，并且成分X也是磷。金屬M'特別優(yōu)選是鐵。根據(jù)一種另外優(yōu)選的實施方案，a等于0，該活性材料還不含氟。

“至少一種金屬”被理解為這樣：成分M'和M”每個可以由兩種或者更多種所述金屬組成。下標(biāo)y和z指的是M'和M”所代表的金屬的總數(shù)。當(dāng)然，必須注意到電荷中性條件。成分Li，M'和M”的正電荷總和還必須等于成分(XO₄)和(任選的)F的負(fù)電荷的總和。

出于簡化的原因，下文提及磷酸鋰鐵和在此使用的縮寫“LEP”時，代表性地也適于上述定義所覆蓋的其他化合物，并且對于普遍性沒有限制。