[发明专利]改善的锂锰氧化物组合物

说明书

本发明涉及一种改善的锂锰氧化物组合物。具体地，本公开涉及适合用作可充电锂离子电池中的正极材料的改善的LMO组合物。该LMO组合物可以掺杂其它金属或是未掺杂的。该LMO组合物负载保护LMO免受酸降解的LiF表面处理。由改善的LMO制备的正极具有改善的衰退特性。

本申请是申请日为2013年2月1日的题为“改善的锂锰氧化物组合物”的中国专利申请号201380072063.1的分案申请。

背景技术

锂离子电池持续主导可充电电池市场。几乎所有类型的手持式可充电手机、音乐播放器和许多其它设备中都能够找到的依靠锂金属氧化物作为正极(阴极，cathode)组合物的二次电池，最终经历容量的衰减和损失。容量损失随着需要更频繁地对电池充电的电池的寿命而增加。

主导正极材料降解的一个熟知的机理是由于电解质材料与水反应而形成氢氟酸。例如，电解质如LiPF₆根据下列方程式与水反应而生成HF：

2LiPF₆+6H₂O→Li₂O+P₂O₅+12HF。

所产生的HF进攻正极的金属氧化物。例如，当使用尖晶石材料如LiMn₂O₄(也书写成LiMn³⁺Mn⁴⁺O₄)作为正极材料时，尖晶石会与HF反应，如以下方程式所示：

4H⁺+2LiMn³⁺Mn⁴⁺O₄→3λMnO₂+Mn²⁺+2Li⁺+2H₂O。

由于该反应产生的水和由此产生另外的HF，则随着时间的推移，所述反应将完全降解正极材料。随着反应进行，锰离子穿过隔膜并成为负极处的固体电解质界面(SEI层)的一部分。向SEI层加入锰离子会抑制促进电池容量损失的离子流动。

其它常见的电解质，包括LiAsFe，和LiBF₄，和LiTFSI(锂双三氟甲磺酰亚胺)也将会产生HF。此外，替代正极材料，利用了第一行的过渡金属，如Co、Mn、Ni、Fe和V(可能掺杂其它元素)也同样容易被HF降解。因此，避免正极材料遭受HF进攻而不会不良降低电池性能的能力在商业上是很有利的。

发明内容

在一个实施方式中，本发明提供了一种正极组合物。正极组合物包含一种适用于锂离子电池的锂金属氧化物。锂金属氧化物具有的氟化锂表面处理足以显著阻止锂金属氧化物被酸降解。

在另一实施方式中，本发明提供了一种由具有通式Li_1+xM_yMn_2-x-yO₄(其中0<x≤0.25，0<y≤0.5且M是一种或多种来自组Al、Cr、Ga、In和Sc的三价金属)的锂金属氧化物(LMO)尖晶石材料制备的正极组合物。另外，正极组合物由分层材料Li[Li_(1-2x)/3M_yMn_(2-x)/3Ni_x-y]O₂(其中0<x<0.5，0<y≤0.25，x>y且M是一种或多种选自Ca、Cu、Mg和Zn的金属)进行制备。当用作正极活性材料时，这两种材料都具有足以显著阻止锂金属氧化物被酸降解的氟化锂表面处理。所获得的正极活性材料在多个循环内具有改善的衰退(fade)特性同时维持所需的容量。

另外，本发明提供了一种制备正极材料的方法。该方法包括以下步骤：与氟化锂(LiF)粒子一起干共混锂金属氧化物，接着在一定温度加热所得到的干共混物且持续足以活化LiF作为锂金属氧化物上的表面处理的时间段，即LiF被锂金属氧化物按照一定方式负载而提供所需的保护作用。