[发明专利]具有高能量密度、优异循环能力以及低内部阻抗的锂离子电池

说明书

本文描述一种具有特别高能量容量及低内部阻抗的电池。所述电池可展现特别长的循环与可接受的低衰减量。使用高比容量富锂金属氧化物作为正电极材料结合石墨碳阳极的袋式电池可在室温下依C/3速率从4.35V至2V达到至少约180Wh/kg的能量密度，同时在基于完全充电至4.35V的20％SOC时具有不大于约75欧姆‑cm²的室温面积比DC电阻。揭示一种用于这些电池中的具有特定化学计量范围的高比容量富锂金属氧化物。

技术领域

本发明涉及针对汽车应用提供期望性能参数的并有高容量及极稳定正电极活性材料的锂离子电池。本发明进一步涉及特定的富锂金属氧化物组合物。

背景技术

充电式锂离子电池(也称为二次锂离子电池)适合作为用于各种应用的电源。其可取性是源于其相对高的能量密度。随着用作正电极活性材料的高容量富锂金属氧化物的发展，二次锂离子电池的容量已大大地改进。然而，以循环来说，二次锂离子电池一般具有随循环数增加而降低的性能。就一些重要应用(诸如汽车应用)来说，期望二次锂离子电池能够充电及再充电持续多个循环而没有性能的重大损失。

发明内容

在第一方面，本发明涉及一种二次锂离子电池，其包括碳基负电极；包含Li_1+bNi_αMn_βCo_γA_δO₂(0.05≤b≤0.125、0.225≤α≤0.35、0.35≤β≤0.45、0.15≤γ≤0.3、0≤δ≤0.05)的正电极，其中A为不同于锂、镍、锰及钴的金属，且多达5摩尔％的氧可经氟掺杂剂置换；在负电极与正电极之间的隔板及包含锂离子的电解质。所述电池的正电极在室温下依C/10速率针对锂从4.6V到2V进行循环的情况下可具有基于正电极活性材料的重量至少约200mAh/g的比容量。所述电池在基于完全充电至4.35V的20％SOC时可具有不大于约80欧姆-cm²的室温DC电阻。在一些实施例中，所述电池可经活化至4.6V。在一些实施例中，所述电池的室温DC电阻在完全充电电压为4.35V的情况下在10％到90％充电状态范围内在最小值与最大值之间改变不超过5倍。在一些实施例中，所述电池的室温DC电阻在完全充电电压为4.35V的情况下在10％到90％充电状态范围内在最小值与最大值之间改变不超过4倍。所述电池在基于完全充电至4.35V的20％SOC时可具有不大于约75欧姆-cm²的室温面积比DC电阻。所述电池在室温下依C/3速率从4.35V到2V期间可展现至少约180Wh/kg的能量密度。在一些实施例中，所述电池为袋式电池(pouch battery)，其包括封装电极、电解质及隔板的袋式电池外壳且导电凸片以各自与集电器的电连接从所述外壳延伸。