[发明专利]具有高充电和放电倍率能力和低阻抗增长的锂二次电池

说明书

相关申请

[0001]本申请是2005年2月7日提交的题为“Lithium Secondary Cell With High Charge And Discharge Rate Capability”的美国专利申请No.11/052,971的部分连续申请，所述 美国专利申请No.11/052,971根据35U.S.C.§119(e)要求2004年 2月6日提交的题为“Non-Aqueous Electrolyte Secondary Cell with High Charge and Discharge Rate Capability”的共同未决的 申请序列号60/542,550的优先权，通过引用将这二者整体合并到本文 中。

[0002]本申请还根据35U.S.C.§119(e)要求2005年9月9日 提交的题为“Lithium Secondary Cell With High Charge And Discharge Rate Capability And Low Impedance Growth”的共同未 决的申请序列号60/715,543的优先权，通过引用将其整体合并到本文 中。

背景技术

1.发明领域

[0003]本领域涉及非水电解质二次电池，并且特别是具有高充电 和放电倍率能力以及在如此高倍率循环过程中具有低的容量衰减速率 的蓄电池。该蓄电池可表现出低阻抗增长，从而允许其用于混合动力 电动车辆应用和其它高要求应用。

2.相关技术描述

[0004]目前，便携式电子设备几乎完全依赖于作为电源的可再充 电Li离子蓄电池。这促使人们不断努力以提高这些电池的能量存储能 力、功率能力、循环寿命和安全性能，以及降低其成本。锂-离子蓄电 池或锂离子电池指具有阳极的可充电蓄电池，该阳极能够以高于锂金 属的锂化学电位存储大量锂。

[0005]从历史上看，使用金属锂或锂合金作为负极的非水二次(可 再充电)电池是第一种能够产生高电压并具有高能量密度的可再充电电 池。然而很明显，在早期这些电池的容量在循环期间迅速降低，而且 所谓海绵状锂和锂枝晶的生长损害了这些电池的可靠性和安全性，阻 碍这些电池进入消费市场。重要的是，有人建议少数几种有时获得积 极销路的锂金属可再充电电池在不高于约C/10(10小时)的倍率下充 电，以最小化枝晶生长。

[0006]为了减轻锂和电解质组分之间的这种缓慢而又不可避免的 反应，这些早期的电池与正极活性材料容量相比，通常包含4-5倍额 外的金属锂。因此，循环过程中的观察到的容量衰减由正极活性材料 的比容量的降低引起。已有关于锂金属电池的综述(D.Aurbach等， Journal of Electrochemical Society，147(4)1274-9(2000))。

[0007]为克服这种与使用锂金属负极有关的困难，引入了几个对 蓄电池材料的主要改进。使用各种能够高效且可逆地在低电位下插入 锂的碳作为负极以消除锂枝晶生长。参见美国专利4,423,125和 4,615,959。开发了在相对于锂的低电位和高电位下都稳定的高导电性 液体电解质。参见美国专利4,957,833。开发了以锂化过渡金属氧化 物为基础的高电压、高容量正极材料，例如LiCoO₂、LiMn₂O₄和 LiNiO₂。参见美国专利4,302,518。

[0008]由于锂金属的电化学电位只比用于锂离子电池的完全锂化 的石墨碳电极LiC₆的电位低约0.1V，二者都强烈地还原与它们接触的 任何材料，例如聚合物粘结剂和液体电解质锂盐溶液。特别地，液体 电解质组分与金属锂和锂化碳反应，在负极材料表面形成亚稳定的保 护层，即所谓的固体电解质界面(SEI)(E.Peled在“Lithium Batteries”中的“Lithium Stability and Film Formation in Organic and Inorganic Electrolyte for Lithium Battery Systems”，J.P.Gabano，Ed.，Academic Press，London，1983； p.43)。