[发明专利]锂离子电池组正电极材料上的金属卤化物涂层和相应的电池组

说明书

技术领域

本发明涉及用于锂离子电池组的正电极的活性材料，其中所述活性材料具有包含金属氯化物、金属溴化物和/或金属碘化物的涂层。本发明进一步涉及用于形成所述经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组。

背景技术

锂电池组因其相对高的能量密度而广泛用于消费型电子产品中。可再充电电池组也被称为二次电池组，并且锂离子二次电池组一般具有负电极材料，当对电池组充电时负电极材料中并入锂。对于一些当前商业电池组，负电极材料可以是石墨，而正电极材料可以包含氧化锂钴(LiCoO₂)。实际上，一般只可能使用正电极活性材料的少量理论电容量。至少两种其它基于锂的正电极活性材料目前也在商业中使用。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。这些其它材料未提供关于能量密度的任何显著改进。

锂离子电池组基于其应用一般分为两种类别。第一类涉及大功率电池组，由此锂离子电池组电池经设计以传递用于诸如动力工具和混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle，HEV)等应用的高电流(安培数)。然而，通过设计，这些电池组电池能量较低，这是由于提供高电流的设计一般降低可从电池组传递的总能量。第二设计类别涉及高能量电池组，由此锂离子电池组电池经设计以传递低到中等电流(安培数)，以用于诸如蜂窝式电话、手提电脑、电动汽车(Electric Vehicle，EV)和插入式混合动力汽车(Plug in Hybrid Electric Vehicle，PHEV)等传递较高总电容量的应用。

发明内容

在第一方面中，本发明涉及包含活性组合物的锂离子电池组正电极材料，所述活性组合物包含用无机涂料组合物涂布的锂金属氧化物，其中所述涂料组合物包含金属氯化物、金属溴化物、金属碘化物或其组合。

在另一方面中，本发明涉及一种用于制造用金属/类金属非氟化卤化物涂布的正电极材料的方法，其中所述非氟化卤化物包含氯化物、溴化物、碘化物或其组合，所述方法包含将适量的可溶性金属盐、可溶性非氟化卤化物和锂金属氧化物粒子组合在溶液中以使金属卤化物以涂层形式沉淀在金属氧化物粒子上，以及在大体上无氧气氛中在约200℃到约800℃的温度下煅烧经涂布的金属氧化物粒子持续约1小时到约25小时的时间以形成经金属/类金属非氟化卤化物涂布的锂金属氧化物正电极材料。

在其它方面中，本发明涉及一种用于制造用金属/类金属卤化物涂布的正电极材料的方法，其中所述方法包含研磨正电极材料粉末与选定量的金属/类金属卤化物粉末以用金属/类金属卤化物涂布正电极材料。

在另一方面中，本发明涉及一种锂离子电池组，其包含正电极、包含并有锂的组合物的负电极、在正电极与负电极之间的隔离物以及包含锂离子的电解质。正电极一般包含活性材料、相异的导电粉末和聚合物粘合剂。正电极活性材料包含活性组合物，其包含用金属卤化物涂料组合物涂布的锂金属氧化物，并且所述正电极活性材料以C/10的速率从4.5到2伏特放电时具有至少约3.65伏特的平均电压以及以C/3的放电速率从4.5伏特到2伏特循环500次时具有至少约160mAh/g的放电比容量。

附图说明

图1是与容器分离的电池组结构的示意图。

图2是第一正电极活性组合物(X=0.5)的X射线衍射图，其中材料未经涂布或具有0.5摩尔%的卤化铝涂层。第一正电极活性组合物用于获得图2-15中所示的资料。

图3是展示第一组未经涂布或具有0.5摩尔%卤化铝涂层的正电极活性材料的真密度的直方图。

图4是具有AlBr₃的纳米涂层的锂金属氧化物粒子的透射电子显微照片。

图5是用经AlF₃涂布和未经涂布的锂金属氧化物材料形成的电池组以0.1C的放电速率在4.6与2伏特之间充电和放电时第一循环充电和放电比容量的曲线图集合。

图6是用经AlCl₃涂布和未经涂布的锂金属氧化物材料形成的电池组以0.1C的放电速率在4.6与2伏特之间充电和放电时第一循环充电和放电比容量的曲线图集合。

图7是用经AlBr₃涂布和未经涂布的锂金属氧化物材料形成的电池组以0.1C的放电速率在4.6与2伏特之间充电和放电时第一循环充电和放电比容量的曲线图集合。