[发明专利]高电压锂离子蓄电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子蓄电池领域。更具体地，本发明涉及包含基于锂的复合阴极的锂离子蓄电池。

背景技术

随着便携式电子设备的进步和对插电式混合电力汽车的强烈关注，存在对于增大锂离子蓄电池能量和功率容量的极大需求。就这一点而言，5V尖晶石阴极LiMn_2-xM_xO₄(其中M为例如Co、Cr、Ni、Fe、Cu或Ga，并且x为约0.5)已引起了很大关注，这是由通过尖晶石晶格中3维锂离子扩散所提供的其高操作电压和高固有倍率特性。另外，因为其在材料中包含较少的Mn³⁺，所以在LiMn_2-xM_xO₄中抑制了由于锰溶解和4VLiMn₂O₄阴极中Jahn-Teller畸变而遇到的困难。就这一点而言，5V尖晶石阴极诸如LiMn_1.5Ni_0.5O₄引起了极大关注，这是由于接近5V的几乎平坦的操作电压和由Ni^2+/3+和Ni^3+/4+氧化还原对的操作所产生的可令人接受的高容量。

然而，即使是LiMn_2-xM_xO₄阴极活性材料也遭受稳定性问题，包括有时在阳离子有序的LiMn_1.5Ni_0.5O₄材料中发现的结构不稳定性问题，以及有时由于电解质反应所造成的表面不稳定性问题。诸如这些的问题可显著降低电化学性能。

已提出由其它元素诸如Li、Al、Mg、Ti、Cr、Fe、Co、Cu、Zn或Mo部分取代LiMn_1.5Ni_0.5O₄中的Mn和/或Ni来改善循环性。这些情况中的一些改善循环性，这是由于在16d八面体格位中的阳离子的无序化情况下尖晶石晶格的稳定性，以及循环期间形成的三个立方晶型相之间的较小晶格参数差异。虽然LiMn_1.5Ni_0.5O₄的结构稳定性可通过适当的阳离子部分取代来改善，但表面不稳定性仍然作为问题保留。

因此，仍然需要如由LiMn_1.5M_0.5O₄尖晶石阴极材料所表现的在多种特性之间达到平衡的改善的性能。

发明内容

本公开的主题通过提供各种有利的技术效果来满足上述需要，其中所述技术效果包括：

提供电极材料，诸如阴极活性材料，其表现出有利地高充电/放电和循环性能、以及有利地高倍率特性之间的良好平衡，以及

提供电极材料，诸如基于LiMn_1.5M_0.5O₄尖晶石材料的阴极活性材料，其中在其中的稳定性问题通过将尖晶石材料与其它含锂材料混合以形成复合阴极材料来解决。

因此，本公开的主题的一个实施例提供由以下式III的结构表示的复合材料：

(Li_2-wA_1-vB_w+vO_3-e)·(Li_yMn_2-zM_zO_4-d)III

其中：

A包含由Mn和Ti组成的组中的一个或两个成员；

B包含由Al、Ca、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、Mg、Nb、Ni、Ti、V、Zn、Zr和Y组成的组中的一个或多个成员；

e为0至约0.3；

v为0至约0.5，

w为0至约0.6；

M包含由Al、Ca、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、Li、Mg、Mn、Nb、Ni、Si、Ti、V、Zn、Zr和Y组成的组的一个或多个成员；

d为0至约0.5；

y为0至约1；并且

z为约0.3至约1。

在上述复合材料的一个具体实施例中，复合材料可由以下式IV的结构表示：