本發明專利技術涉及利用各種金屬氧化物涂層形成的正電極活性材料。已利用在富含鋰的金屬氧化物活性材料上的涂層獲得優異結果。利用具有較低量涂層材料的金屬氧化物涂層獲得令人驚奇的改進結果。即使在較高放電速率下也獲得高比容量結果。
【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
一般來說，本專利技術涉及用于鋰離子電池的正電極的活性材料，其中所述活性材料 具有包含金屬/類金屬氧化物的涂層。本專利技術進一步涉及形成經金屬/類金屬氧化物涂布的活性材料的方法和包含所述活性材料的鋰離子電池。
技術介紹
鋰電池因其相對高能量密度而廣泛用于消費性電子裝置中。可再充電電池也稱作二次電池，且鋰離子二次電池通常具有當電池充電時納入鋰的負電極材料。對于一些當前商業電池來說，負電極材料可為石墨，且正電極材料可包含鋰鈷氧化物(LiCoO2)t5實際上，通常只可使用正電極活性材料的理論容量的適當部分。當前在商業應用中還有至少兩種基于鋰的其它正電極活性材料。這兩種材料是具有尖晶石結構的LiMn2O4和具有橄欖石結構的LiFeP04。這些其它材料在能量密度上并未提供任何顯著改進。鋰離子電池通常根據其應用分為兩類。第一類涉及高功率電池，其中將鋰離子電池單元設計為可在應用(例如電動工具和混合電動車(HEV))中遞送高電流(安培)。然而，如此設計會使這些電池單元能量降低，因為提供高電流的設計通常會降低可從電池遞送的總能量。第二類設計涉及高能量電池，其中將鋰離子電池單元設計為可在應用(例如蜂窩式電話、膝上型計算機、電動車(EV)和插電式混合電動車(PHEV))中遞送低到中等電流(安培)且遞送較高總容量。
技術實現思路
在第一方面中，本專利技術涉及包含近似地由式LipxMhCVzFz表示的鋰金屬氧化物的鋰離子電池正電極材料，其中M是非鋰金屬元素或其組合且0. 01^x^0.3,0^z^0.2,所述鋰金屬氧化物經約0. I重量％到約0. 75重量％的金屬/類金屬氧化物涂布。在另一方面中，本專利技術涉及包含經金屬/類金屬氧化物涂層組合物涂布的鋰金屬氧化物的鋰電子電池正電極材料，其中鋰金屬氧化可近似地由式Li1+bNi α Mne Co Y A s 02_ZFZ表示，其中b在約0. 05到約0. 3的范圍內，α在O到約0. 4的范圍內，β在約0. 2到約0. 65的范圍內，Y在O到約0. 46的范圍內，δ在約O到約0. 15的范圍內，ζ在O到約0. 2的范圍內，前提條件為α和γ不同時為0，且其中A是Mg、Sr、Ba、Cd、Zn、Al、Ga、B、Zr、Ti、Ca、Ce、Y、Nb、Cr、Fe、V或其組合。涂層組合物通常占正電極材料的小于2重量％。同樣，正電極材料在室溫下以C/3的放電速率從4. 6V放電到2. OV時可具有至少約260mAh/g的比放電容量。在又一方面中，本專利技術涉及鋰離子電池，其包含正電極、含有鋰納入組合物的負電極、位于正電極與負電極之間的隔離件和包含鋰離子的電解質。正電極通常包含活性材料、不同導電粉末和聚合物粘合劑。同樣，正電極活性材料包含經金屬/類金屬氧化物涂層組合物涂布的鋰金屬氧化物。鋰金屬氧化物可近似地由式Li1+bNi α Mn e Co γ A s 02_ZFZ表示，其中b在約O. 05到約O. 3的范圍內，α在O到約O. 4的范圍內，β在約O. 3到約O. 65的范圍內，Y在O到約O. 46的范圍內，δ在約O到約O. 15的范圍內且ζ在O到約O. 2的范圍內，前提條件為α和γ不同時為0，且其中A是Mg、Sr、Ba、Cd、Zn、Al、Ga、B、Zr、Ti、Ca、Ce、Y、Nb、Cr、Fe、V或其組合。涂層組合物可占正電極材料的小于2重量％。在一些實施例中，正電極材料在室溫下以C/3的放電速率從4. 6V放電到2. OV時在第50次充電/放電循環時具有至少約230mAh/g的比放電容量。·在其它方面中，本專利技術涉及形成用于基于鋰的電池的經涂布正電極活性組合物的方法，其中所述方法包含將具有鋁前體涂層的活性材料加熱到約500°C到約800°C的溫度。附圖說明圖I是顯示可以不同處理溫度和處理路徑獲得的氧化鋁的相的示意圖。圖2是與容器分開的電池結構的示意圖。圖3是原始鋰金屬氧化物(LMO)和具有不同Al2O3涂層厚度的LMO的XRD。圖4是原始LMO和具有不同Al2O3涂層厚度的鋰金屬氧化物的DSC研究。圖5A和5B是從未經涂布⑷和經O. 5重量％氧化鋁涂布的LMO⑶形成的鈕扣型單元以C/10速率第一次循環的充電和放電時單元電壓隨比容量變化的圖。圖6A和6B是從未經涂布⑷和經O. 5重量％氧化鋁涂布的LMO⑶形成的鈕扣型單元以C/3速率第五次循環的充電和放電時單元電壓隨比容量變化的圖。圖7是一組原始LMO和具有不同Al2O3涂層厚度的LMO的比放電容量對循環數的曲線，在O. IC下循環前兩次循環，O. 2C下第3和4循環，且O. 33C下第5到54循環。圖8是一組原始LMO和具有不同Al2O3涂層厚度的LMO的比放電容量對循環數的曲線，在O. IC下循環前兩次循環，O. 2C下第3和4循環，O. 33C下第5和6循環，I. OC下第7到11循環，2. OC下第12到16循環，且5. OC下第17到21循環。圖9是鈕扣型單元的比放電容量隨循環數變化的曲線的圖，所述電池是利用未經涂布的LMO或經在400°c、500°c、60(rc、80(rc或1000°C下煅燒的O. 5重量％氧化鋁涂布的LMO形成，其中前兩次循環的放電速率是O. 1C，第3和4循環為O. 2C，第5和6循環為O. 33C，第7到11循環為1.0C，第12到16循環為2. 0C，第17到21循環為5. OC且第22到24循環為O. 2C。圖10是第一次循環比充電和放電容量隨LMO上的氧化鋁涂層的煅燒溫度變化的曲線。圖11是第一次循環不可逆容量損失隨LMO上的氧化鋁涂層的煅燒溫度變化的曲線。圖12是原始LMO和具有不同Bi2O3涂層厚度的LMO的XRD。圖13A是O. IC速率下的原始LMO的第一次循環的充電和放電曲線。圖13B是O. IC速率下的經Bi2O3涂布的LMO的第一次循環的充電和放電曲線。圖13C是O. 33C速率下的原始LMO的第5次循環的充電/放電曲線。圖13D是O. 33C速率下的經Bi2O3涂布的LMO的第5次循環的充電/放電曲線。圖14是一組原始LMO和具有不同Bi2O3涂層厚度的LMO的比放電容量對循環數的曲線，于O. IC下循環前兩次循環，O. 2C下第3和4循環，O. 33C下第5和6循環，I. OC下第7到11循環，2. OC下第12到16循環，且5. OC下第17到21循環。圖15A和15B是從未經涂布(A)和經O. 5重量％氧化鎂涂布的LMO⑶形成的鈕 扣型單元以C/10速率第一次循環的充電和放電時單元電壓隨比容量變化的圖。圖16A和16B是從未經涂布⑷和經O. 5重量％氧化鎂涂布的LMO⑶形成的鈕扣型單元以C/3速率第五次循環的充電和放電時單元電壓隨比容量變化的圖。圖17是一組原始LMO的比容量對循環數的曲線，于O. IC下循環前兩次循環，O. 2C下第3和4循環，O. 33C下第5和6循環，I. OC下第7到11循環，2. OC下第12到16循環，5.OC下第17到21循環，且O. 2C下第22到24循環。圖18是一組經O. 5wt%Mg0涂布的LMO的比容量對循環數的曲線，于O. IC下循環前兩次循環，O. 2C下第3和4循環，O. 33C下第5和6循環，I. OC下第7到11循環，2. OC下第12到16循環，5本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...
【專利技術屬性】
技術研發人員：迪帕克·庫瑪阿爾·坎達薩米·卡蒂革耶，素布拉馬尼安·文卡塔查拉姆，埃爾曼·洛佩斯，蘇吉特·庫馬爾，
申請(專利權)人：安維亞系統公司，
類型：
國別省市：
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