[发明专利]锂离子电池及其制备方法

说明书

相关申请的交叉引用

本正式申请要求2009年10月13日提交的编号为No.US 61/278,943的临时申请的权益，并将该临时申请的内容全部引入作为参考。

技术领域

本发明涉及锂离子电池及其制备方法。

背景技术

一些有前景的正极材料具有提供比目前锂离子电池中商用的正极材料更大容量和更高平均工作电压的潜力。这些材料包括，例如含有通式Li_1+x(NiCoMn)O₂(0＜x＜1)所示氧化物的层状锂系列或含有例如Li_(1+x)(MnNi)₂O₄(0＜x＜1)的氧化物的尖晶石型锂。例如，已经发现一类富锂、含锰层状化合物在相对于金属锂4.6V循环时能够提供高达250-290mAh/g的稳定可逆容量。这些材料可以由通式xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂(0＜x＜1)表示，被描述为具有共用氧晶格的层状/层状复合结构，如由Thackeray博士及其小组在ANL所提出的。令人遗憾的是，包括这些高电压正极材料在内的许多正极材料在首次循环过程中具有固有的很大不可逆容量损失，这被认为与由Li₂MnO₃相在转换为可逆地嵌入锂离子的层状MnO₂相的过程中的氧损耗有关。此外，在一些应用中，并不希望将电池循环到如此高的电压。如果电池电压在首次形成循环后被限定在4.2V，则可逆容量将较低(约200-220mAh/g)，但是仍然是令人满意的。然而，由于该材料首次充电必须要使全部的锂脱除以显示活性，因此正极的不可逆容量损失可以达到30％。在整个电池设计中，这种固有的不可逆容量损失必须由负极补偿，以避免锂金属沉积，锂金属沉积是安全危害并且极大地降低电池的循环寿命，但是这种方法会不可避免地降低整个电池的容量。

发明内容

为了解决现有技术的至少部分上述问题，本发明提供了一种锂离子电池，该锂离子电池包括正极、负极以及设置在正极和负极之间的隔膜，其中，所述正极包括锂离子正极活性材料，所述负极包括锂离子负极活性材料和添加剂，该添加剂的能量密度大于所述锂离子负极活性材料的能量密度，并且该添加剂能够与锂离子发生不可逆反应。

本发明还提供了一种制备锂离子电池的方法，该方法包括提供和组装正极、负极和隔膜的步骤，其中，所述正极包括锂离子正极活性材料，所述负极包括锂离子负极活性材料和添加剂，该添加剂的能量密度大于所述锂离子负极活性材料的能量密度，并且该添加剂能够与锂离子发生不可逆反应。

根据本发明，所述添加剂可以不可逆地与锂离子反应，从而避免了由锂离子正极活性材料的过量不可逆容量损失产生的锂离子沉积在负极上形成锂金属。此外，由于所述添加剂的能量密度大于锂离子负极活性材料的能量密度，使整个电池容量的损失最小化。

附图说明

图1：表示本发明制得的电池的首次充电和后续循环的电压曲线。

具体实施方式

本发明提供了一种新型的锂离子电池，该锂离子电池包括正极、负极以及设置在正极和负极之间的隔膜，其中，所述负极包括锂离子负极活性材料和添加剂，该添加剂的体积或重量能量密度大于所述锂离子负极活性材料的能量密度，并且该添加剂能够与锂离子发生不可逆反应。