[發明專利]用于鋰離子可充電電池組的陰極

有效

• 申請號: 201180031138.2
• 申請日: 2011-06-17
• 公開（公告）號: CN102986063A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: K·萊特納;M·舒爾茨-多布里克;C·戈德;O·莫瑟爾;C·拜爾;S·克勒爾
• 申請（專利權）人: 巴斯夫歐洲公司
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M10/0562;H01M10/052
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 肖威;劉金輝

本發明涉及一種用于具有改進的循環穩定性的鋰離子蓄電池中的陰極，以及包含該陰極的鋰離子蓄電池。本發明陰極可用于獲得具有高電池電壓的長壽命鋰離子蓄電池。

對作為移動設備如數碼相機和筆記本中的電源的電池組和蓄電池存在很大的需求。為此，所述電池組和蓄電池應具有最大的能量密度和最長的壽命。蓄電池的另一因素是其應能通過最大次數的充/放電循環而不導致其電容降低。

鋰在所有化學元素中具有最高的負電勢。因此，具有鋰基陽極的電池組和蓄電池具有極高的電池電壓和極高的理論電容。在鋰基蓄電池中，鋰離子蓄電池具有特別的優點，這是因為其不包含任何可與所述蓄電池中存在的電解質反應并因此導致安全問題的金屬鋰。鋰離子蓄電池中的電池電壓由鋰離子的運動產生。

用于鋰離子蓄電池的陽極材料通常為可儲存和釋放鋰離子的化合物，如石墨。

常規陰極活性材料為鋰金屬氧化物如LiCoO₂、LiNiO₂和LiMn₂O₄。這些材料的電化學反應通常在約3-4V的電勢下發生。提高鋰離子蓄電池性能的一種方式是使用其電化學反應在較高電勢下發生的陰極活性材料。這類陰極活性材料的一個實例為其電化學反應在4.5-4.9V的電壓窗口內進行的LiNi_0.5Mn_1.5O₄。使用這類陰極活性材料的問題在于，通常用于鋰離子蓄電池中的已知有機電解質體系在高于4.5V的電壓下發生氧化破壞。這不可逆地破壞了電解質組分，且形成的氣體導致相當大的壓力升高，這可能不利于鋰離子蓄電池的安全，因為所述蓄電池可能由于特定壓力而發生爆炸。

在陰極活性材料中包含LiPF₆作為導電性鹽和四價錳的鋰離子蓄電池的情況下，額外發生的另一問題是陰極活性層的部分溶解。當電解質包含痕量水時，水與所述導電性鹽的反應形成氫氟酸，其結果是錳以二價錳的形式從所述活性層中浸出并沉積在陽極上。

S.Patoux等，J.of?Power?Sources?189(2009)，第344-352頁描述了一種該問題的解決方案，其中據稱添加至液體電解質中的添加劑能保護陰極和電解質之間的界面并抑制自放電。所述添加劑在陰極和電解質之間形成保護層。然而，以此方式僅可使用有限選擇的材料作為保護層。

Y.Fan等，Electrochimica?Acta?52(2007)，第3870-3875頁和H.M.Wu等，J.of?Power?Sources?195(2010)，第2909-2913頁公開了用SiO₂、ZrO₂或ZrP₂O₇涂覆陰極活性材料的納米顆粒，并使用這些涂覆顆粒作為陰極活性材料。原則上，該涂覆顆粒的制備較為復雜；此外，各顆粒在每種情況下由施加的涂層彼此隔離，這導致陰極內電阻提高。

本發明的目的是提供用于鋰離子蓄電池的陰極，以及具有長壽命和高充/放電循環次數且僅導致電容的較小降低的鋰離子蓄電池。更特別地，本發明陰極應可制備具有至少為4V，尤其是至少4.5V的電池電壓且同樣具有長壽命的鋰離子電池組。

根據本發明，該目的通過一種用于鋰離子蓄電池的陰極(A)和包含上述陰極(A)的鋰離子蓄電池實現，所述陰極(A)包含：

(a1)至少一個集流體，

(a2)至少一個包含至少一種儲存/釋放鋰離子的陰極活性材料的層；其中層(a2)的至少一部分已壓實和/或層(a2)面向陽極的一側具有至少一個層(a3)，所述層(a3)包含至少一種傳導鋰離子的固體電解質，所述固體電解質選自無機固體電解質及其混合物且不溶于所述鋰離子蓄電池中所用的電解質體系(B)中。