[发明专利]基于锂的电池的经金属氧化物涂布的正电极材料

说明书

相关申请案交叉参考

本申请案主张2009年8月27日申请的颁予文卡塔查拉姆(Venkatachalam)等人的标题为“用于锂离子电池的阴极组合物(Cathode Compositions for Lithium Ion Batteries)”的美国临时专利申请案序号61/237,344和2009年10月20日申请的颁予文卡塔查拉姆等人的标题为“用于锂离子电池的经金属氧化物涂布的正电极组合物(Metal Oxide Coated Positive Electrode Materials for Lithium Ion Batteries)”的美国临时专利申请案序号61/253,286的优先权，所述两个案件均以引用方式并入本文中。

技术领域

一般来说，本发明涉及用于锂离子电池的正电极的活性材料，其中所述活性材料具有包含金属/类金属氧化物的涂层。本发明进一步涉及形成经金属/类金属氧化物涂布的活性材料的方法和包含所述活性材料的锂离子电池。

背景技术

锂电池因其相对高能量密度而广泛用于消费性电子装置中。可再充电电池也称作二次电池，且锂离子二次电池通常具有当电池充电时纳入锂的负电极材料。对于一些当前商业电池来说，负电极材料可为石墨，且正电极材料可包含锂钴氧化物(LiCoO₂)。实际上，通常只可使用正电极活性材料的理论容量的适当部分。当前在商业应用中还有至少两种基于锂的其它正电极活性材料。这两种材料是具有尖晶石结构的LiMn₂O₄和具有橄榄石结构的LiFePO₄。这些其它材料在能量密度上并未提供任何显著改进。

锂离子电池通常根据其应用分为两类。第一类涉及高功率电池，其中将锂离子电池单元设计为可在应用(例如电动工具和混合电动车(HEV))中递送高电流(安培)。然而，如此设计会使这些电池单元能量降低，因为提供高电流的设计通常会降低可从电池递送的总能量。第二类设计涉及高能量电池，其中将锂离子电池单元设计为可在应用(例如蜂窝式电话、膝上型计算机、电动车(EV)和插电式混合电动车(PHEV))中递送低到中等电流(安培)且递送较高总容量。

发明内容

在第一方面中，本发明涉及包含近似地由式Li_1+xM_1-xO_2-zF_z表示的锂金属氧化物的锂离子电池正电极材料，其中M是非锂金属元素或其组合且0.01≤x≤0.3，0≤z≤0.2，所述锂金属氧化物经约0.1重量％到约0.75重量％的金属/类金属氧化物涂布。

在另一方面中，本发明涉及包含经金属/类金属氧化物涂层组合物涂布的锂金属氧化物的锂电子电池正电极材料，其中锂金属氧化可近似地由式Li_1+bNi_αMn_βCo_γA_δO_2-zF_z表示，其中b在约0.05到约0.3的范围内，α在0到约0.4的范围内，β在约0.2到约0.65的范围内，γ在0到约0.46的范围内，δ在约0到约0.15的范围内，z在0到约0.2的范围内，前提条件为α和γ不同时为0，且其中A是Mg、Sr、Ba、Cd、Zn、Al、Ga、B、Zr、Ti、Ca、Ce、Y、Nb、Cr、Fe、V或其组合。涂层组合物通常占正电极材料的小于2重量％。同样，正电极材料在室温下以C/3的放电速率从4.6V放电到2.0V时可具有至少约260mAh/g的比放电容量。