[发明专利]正极活性材料和使用其的锂电池

说明书

技术领域

本发明涉及正极活性材料和使用其的锂电池。

背景技术

锂过渡金属氧化物如LiNiO₂、LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄、LiNi_xCo_1-xO₂(0≤x≤1)和LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂(0≤x≤0.5，0≤y≤0.5)已用作用于锂电池的正极活性材料。由于需要高容量正极活性材料，已提出复合氧化物体系作为常规正极活性材料的潜在替代物。

在这些复合氧化物体系中，过锂化的(overlithiated)Li_1+xMe_1-xO₂(其中Me是过渡金属且0＜x＜0.33)，其也可以yLi₂MO₃-(1-y)LiMeO₂(0＜y＜1)的复合氧化物形式表示，基本上具有Li₂MO₃和LiMeO₂(其中Me是过渡金属)两者的电化学特性。为了方便，下文中将使用复合氧化物记法。例如，当Li₂MnO₃用作xLi₂MO₃-(1-x)LiMeO₂复合氧化物体系的Li₂MO₃组分(如在以下反应图式中所述)时，由于其4+氧化值，在充电过程中锰(Mn)未被进一步氧化。因此，氧(O)和锂(Li)一起从Li₂MnO₃中脱出。在放电过程中，脱出的氧不能可逆地嵌入正极材料中，因此仅有锂嵌入正极材料中。此时，锰从4+还原到3+。因此，当被认为是两相复合物时，由于在初始充电过程中两个锂离子的脱出和在初始放电过程中一个锂离子的嵌入，理论初始效率仅为50％。

(充电)Li₂Mn⁴⁺O₃-Li₂O→Mn⁴⁺O₂

(放电)Mn⁴⁺O₂+Li→LiMn³⁺O₂

而且，在该过锂化的过渡金属氧化物体系中，为了获得高容量，Li_1+xMe_1-xO₂中的x增加至0.2或更大，由此导致不可逆容量的降低。

发明内容

根据本发明的一个实施方式，正极活性材料能够使在初始充电过程中不可逆容量的降低最小化。

在本发明的另一实施方式中，锂电池使用该正极活性材料。

根据本发明的一个实施方式，正极活性材料包括过渡金属氧化物和由式1表示的化合物(复合物记法)。

式1

xLi₂MO₃-(1-x)LiMeO₂

在式1中，0＜x≤0.8，M是选自Mn、Ti、Zr及其组合的金属，且Me是选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Al、Mg、Zr、B及其组合的金属。

根据本发明的实施方式，过渡金属氧化物可为无锂的过渡金属氧化物。

根据本发明的另一实施方式，过渡金属氧化物可选自含钒的氧化物、含锰的氧化物、含铁的氧化物、含钛的氧化物、含钴的氧化物、含镍的氧化物、含钼的氧化物、含钨的氧化物及其组合。

根据本发明的另一实施方式，过渡金属氧化物可为含钒的氧化物或含锰的氧化物。

根据本发明的另一实施方式，过渡金属氧化物可为VO_x或V₂O₅。

根据本发明的另一实施方式，基于正极活性材料的总重量，过渡金属氧化物可以约50重量％或更小的量存在。例如，基于正极活性材料的总重量，过渡金属氧化物可以约3-约20重量％的量存在。

根据本发明的另一实施方式，在上式1中，x可为约0.1-约0.6。

根据本发明的另一实施方式，锂电池使用该正极活性材料。

附图说明

通过参考当连同附图一起考虑时的以下详细描述，本发明的以上和其他特征和优点将变得更加明晰，其中：