[发明专利]改进的富含锂金属氧化物的阴极材料和其制造方法

说明书

一种将元素(特别是不具有稳定的二价氧化态的那些)掺杂到用于锂离子电池的富含锂的金属氧化物中的方法包含以下步骤。将掺杂剂金属溶解于液体中以形成溶液，所述溶解包括以胶体形式存在。将所述溶液添加到颗粒状富含锂的金属氧化物前体中，同时搅拌所述前体以形成混合物。以如下量添加所述溶液，所述量至多为可使所述混合物成糊状物的量。去除所述液体以形成掺杂的富含锂的金属氧化物前体。添加锂源。加热所述掺杂的富含锂的金属氧化物前体以形成所述富含锂的金属氧化物。

技术领域

本发明涉及一种制造用于锂离子电池(LIB)的改进的富含锂的金属氧化物(LRMO)阴极材料的方法。特别地，本发明涉及一种将掺杂剂金属掺入LRMO中的方法，其改进由所述LRMO制造的LIB的循环能力。

背景技术

在过去几十年中，锂离子电池已经用于便携式电子设备并且最近已经用于混合动力或电动车辆。最初，锂离子电池首先使用锂钴氧化物阴极。由于锂钴氧化物阴极很昂贵、具有毒理问题并且容量有限，已经开发或正在开发其它阴极材料。

已经开发的一类有前途的材料通常被称为富含锂的金属氧化物或富含锂的层状氧化物(LRMO)。这些材料通常表现出具有单斜和菱方畴(两相)的层状结构，其中相比于Li/Li⁺，当充电到约4.6伏的电压时，已经实现了初始高比放电容量(～270mAh/g)。不幸地，这些材料的循环寿命非常短。循环寿命通常视为在达到确定容量如80％的初始比容量之前的循环(充电-放电)次数。通常，具有LRMO阴极的这些LIB的循环寿命小于50次循环。这些材料的每次循环通常在前述的4.6伏至2伏之间。

为了解决前述循环寿命问题等，已经在诸如以下的专利中描述了除了通常用于制造LRMO和涂层的那些之外的掺杂剂金属：美国专利公开第2013/149609号；第2012/0263998号；第2011/0081578号；以及第2007/0281212号和美国专利第7,435,402号。不幸地，这些改进通常仅能够将循环寿命提高约几十或二十几次，而且还显著地降低了其它性质，如初始比放电容量。

因此，期望的是，提供改进的LRMO和制造LRMO的方法，所述LRMO改进由其制造的LIB，如提高这些电池的循环寿命，而没有实质上降低这些LIB的其它期望性质。特别地，期望的是，提供掺杂或涂覆LRMO的方法，其使得具有这类LRMO的LIB具有提高的循环寿命和期望的性质。

发明内容

已经发现了一种将掺杂剂金属添加到LRMO中的方法，所述方法与现有的添加掺杂剂金属的方法相比出乎意料地增加了由LRMO制造的LIB的循环寿命。例如，超过250次循环的循环寿命已成为可能。本发明是一种将掺杂剂元素掺入富含锂的金属氧化物中的方法，其包含：

(a)将掺杂剂金属溶解于液体中以形成溶液，其中所述掺杂剂金属溶解于所述溶液中。

(b)将所述溶液添加到颗粒状富含锂的金属氧化物前体中，同时搅拌所述前体以形成混合物，其中所述溶液以如下量添加，所述量至多为可使所述混合物成糊状物的量。

(c)去除所述液体以形成掺杂的富含锂的金属氧化物前体；以及

(d)加热所述掺杂的富含锂的金属氧化物前体以形成所述富含锂的金属氧化物。

虽然不理解为什么本发明的方法实现了前述循环寿命而没有使其它性质出现任何实质降低，但是，在不以任何方式进行限制的情况下，这可能是由于富含锂的金属氧化物前体的颗粒形态的保留。换言之，已经观察到，当掺杂剂金属与LRMO中的核心金属共沉淀时，颗粒的形态是不同的，并且这类不同在加热期间形成LRMO时得以保留。

附图说明

图1是使用本发明的方法用掺杂有铝的阴极材料制造的电池与用没有掺杂Al的相同阴极制造的电池相比的容量保留的曲线图。