[發(fā)明專利]基于鈷的鋰金屬氧化物陰極材料

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110704809.2
• 申請日: 2016-06-30
• 公開（公告）號: CN113611821A
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬克西姆·布朗吉諾;崔多仁;熊倉真一
• 申請（專利權(quán)）人: 尤米科爾公司;株式會社韓國尤米科爾
• 主分類號: H01M4/131
• 分類號: H01M4/131;H01M4/36;H01M4/525;H01M4/58;H01M10/052;C01G51/00
• 代理公司: 中原信達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219
• 代理人: 郭國清;宮方斌

本發(fā)明涉及基于鈷的鋰金屬氧化物陰極材料。具體地，一種用于可再充電的電池組中的陰極材料的成層鋰金屬氧化物粉末，該成層鋰金屬氧化物粉末具有通式(1?x)[Li_a?bA_b]_3a[Co_1?cM_c]_3b[O_2?d?eN’_e]_6c.xLi₃PO₄，其中0.0001≤x≤0.05，0.90≤a≤1.10，0b+c≤0.1，?0.1≤d≤0.1，且e≤0.05，其中A和M是包括由Mg、Ti和Al所組成的組中的至少一者的一種或多種元素；其中N’是由F、S、N和P所組成的組中的一種或多種摻雜物；該粉末由核心和離子傳導(dǎo)性電子絕緣表面層所組成，該核心具有成層晶體結(jié)構(gòu)且該表面層包含下列的混合物：核心材料的元素；包含由Mg、Ti和Al所組成的組中的一種或多種元素的氧化物；以及Li₃PO₄。

本發(fā)明專利申請是國際申請?zhí)枮镻CT/IB2016/053920，國際申請日為2016年6月30日，進(jìn)入中國國家階段的申請?zhí)枮?01680037898.7，發(fā)明名稱為“基于鈷的鋰金屬氧化物陰極材料”的發(fā)明專利申請的分案申請。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于鈷的鋰金屬氧化物陰極材料。具體地，本發(fā)明涉及一種具有成層結(jié)構(gòu)的基于鋰鈷的氧化物，該氧化物用作可再充電的鋰離子電池組中的陰極材料。該氧化物具有核心-殼構(gòu)型，并且具有摻雜元素、氧化物和專屬涂布層。

背景技術(shù)

自從Mizushima等人于1980年發(fā)現(xiàn)了鋰鈷氧化物的電化學(xué)性質(zhì)后，鋰鈷氧化物就已用作二次Li電池組的原型陰極材料。基于鋰鈷氧化物的材料具有成層結(jié)構(gòu)，該成層結(jié)構(gòu)沿六方單位晶胞(空間群R-3m)的001方向有交替的共邊(edge-shared)CoO₆八面體和LiO₆八面體的CoO₂平板(slab)和LiO₂平板。此類成層結(jié)構(gòu)理想地適于通過分別在電池組充電和放電期間脫嵌和嵌入來可逆地容納鋰。由于可再充電的鋰電池組和鋰離子電池組的高能量密度，其可用于多種攜帶式電子應(yīng)用中，諸如移動電話、筆記本電腦、數(shù)字相機(jī)和攝影機(jī)。可商購獲得的鋰離子電池組通常由基于石墨的陽極和基于LiCoO₂的陰極材料組成。由于當(dāng)今的消費(fèi)性電子產(chǎn)品需要具有較高能量密度的可再充電的電池組，為了需求增加的終端應(yīng)用，具有增加的能量密度的基于LiCoO₂的材料驟增。

基于LiCoO₂的陰極材料的能量密度(單位為Wh/L)被定義為循環(huán)期間的平均電壓(單位為V)、比容量(單位為mAh/g)和重力密度(單位為g/cm³)的乘積。提高能量密度的有效途徑包括：(a)增加裝填密度，這通常需要增加粉末粒子的粒徑，以及(b)通過增加充電電壓而增加比容量。在商業(yè)電池中，通常利用相對于石墨陽極約4.35V的上限截止電壓(uppercutoff voltage)對LiCoO₂進(jìn)行循環(huán)，并且給出164mAh/g的比容量。為了從LiCoO₂獲得更高的容量，人們必須將LiCoO₂充電至高于4.35V的電位；通常是4.40V，其中比容量為172mAh/g，并且甚至高達(dá)4.45V，其中比容量為182mAh/g。然而，使用較高上限截止電壓的反復(fù)充電-放電循環(huán)導(dǎo)致快速的容量損失，被認(rèn)為這是由脫嵌的LiCoO₂的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性所造成，并且是由于與電解質(zhì)的副反應(yīng)增加所造成。