[發明專利]陰極活性材料及包括其的鋰離子電化學系統

有效

• 申請號: 201911159640.6
• 申請日: 2019-11-22
• 公開（公告）號: CN112830525B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 布萊恩·托馬斯·米本;卡里瑪·拉斯里;張曉
• 申請（專利權）人: 微宏動力系統（湖州）有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525;C01G53/00
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 梁文惠

本發明提供了一種陰極活性材料及包括其的鋰離子電化學系統。該陰極活性材料的通式如下：z{xLisubgt;2/subgt;MnOsubgt;3/subgt;*(1?x)LiROsubgt;2/subgt;}*(1?z)Lisubgt;a/subgt;R'subgt;1?a/subgt;Osubgt;y/subgt;，其中R和R'獨立地包含一種或多種金屬離子，R的氧化價態為3supgt;+/supgt;，R'的氧化價態為2supgt;+/supgt;，其中，0≤x≤0.25，0＜a≤0.75，0.625≤y≤1，0.75≤z＜1。利用z{xLisubgt;2/subgt;MnOsubgt;3/subgt;*(1?x)LiROsubgt;2/subgt;}*(1?z)Lisubgt;a/subgt;R'subgt;1?a/subgt;Osubgt;y/subgt;有目的地引入了巖鹽結構，從而能夠在循環期間穩定材料。其中的巖鹽結構的存在減少了其在循環過程熱分解過程中可能發生的潛在氧氣釋放。

技術領域

本發明涉及電化學技術領域，具體而言，涉及一種陰極活性材料及包括其的鋰離子電化學系統。

背景技術

鋰離子電池最初于20世紀90年代初商業化，并已經成為手持式電子消費設備能量存儲市場的主導。這是因為其是可充電的，并且具有高質量和體積能量密度。目前，鋰離子電池在電動車輛中的應用也正在被廣泛研究。在電動汽車領域，理想的電池陰極需要具備高容量、高功率、改進的安全性、循環壽命長、低毒性和低生產成本等特點。然而，陰極材料通常無法滿足所有的這些要求。

特別是應用于汽車時，理想的電池陰極需要為電池提供高能量密度。如今，通常使用層狀過渡金屬氧化物作為陰極材料，特別是NMC和NCA化合物，它們相比于原始LCO陰極在能量密度方面具有更強的競爭力。然而，在電池充放電過程中陰極材料會發生分解，且分解過程會伴隨氧氣的釋放，從而影響電池的性能。

并且，由于Co的高價格，成本顯著升高。近期，人們越來越關注電池陰極中的鈷，因為它的世界儲備量有限，隨著電動汽車銷量的增加，成本也在不斷攀升。因此，有必要開發不依賴于鈷或任何其他高成本非彈性金屬的用于鋰離子電池的新陰極結構，從而利于大規模生產。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種陰極活性材料及包括其的鋰離子電化學系統，能夠減少現有技術中陰極活性材料在電池充放電循環過程中氧氣的釋放量，從而提高電池的性能。

為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種陰極活性材料，其通式如下：z{xLi₂MnO₃*(1-x)LiRO₂}*(1-z)Li_aR'_1-aO_y，其中R和R'獨立地包含一種或多種金屬離子，R的氧化價態為3⁺，R'的氧化價態為2⁺，其中，0≤x≤0.25，0＜a≤0.75，0.625≤y≤1，0.75≤z＜1。

進一步地，R獨立地選自Al、Fe、Nb、Ni、Co和Zr中的一種或多種，R'獨立地選自Ni、Mn、Co、Mg、Nb、Fe、Zn、Ti和Cu中的一種或多種。

進一步地，定義Li₂MnO₃為第一相，LiRO₂為第二相，Li_aR'_1-aO_y為第三相，第一相中Mn、第二相中R以及第三相中R'的總摩爾含量為TM，R和/或R'中包含Co元素，Co元素的摩爾含量與TM之比≤0.1。

進一步地，Co元素的摩爾含量與TM之比≤0.05。

進一步地，Co元素的摩爾含量與TM之比為0。