[发明专利]高电压锂离子正电极材料

说明书

本申请涉及高电压锂离子正电极材料。所述正电极材料具有标称化学计量Lisubgt;1+y/2/subgt;Cosubgt;1‑x‑y‑z‑/subgt;subgt;d/subgt;Sisubgt;z/subgt;Fesubgt;x/subgt;Msubgt;y/subgt;M'subgt;d/subgt;(POsubgt;4/subgt;)subgt;1+y/2/subgt;，其中M为选自Cr、Ti、Al、Mn、Ni、V、Sc、La及/或Ga中的至少一者的三价阳离子，M'为选自Mn、Ni、Zn、Sr、Cu、Ca及/或Mg中的至少一者的二价阳离子，y在0y≤0.10的范围内且x在0≤x≤0.2的范围内。对LiCoPOsubgt;4/subgt;使用双组分改性会将放电容量从～100mAh/g增加到大约130mAh/g，同时留存单Fe取代的LiCoPOsubgt;4/subgt;的放电容量保持。用以包含Si的额外组分改性增加循环寿命并在C/3循环率下将库伦效率极大地改进到97至100％之间。

分案申请的相关信息

本案是分案申请。该分案的母案是申请日为2015年05月20日、申请号为201510259982.0、发明名称为“高电压锂离子正电极材料”的发明专利申请案。

相关申请案的交叉参考

本申请案主张2013年12月04日申请的第61/911,700号美国临时专利申请案的权利，所述临时专利申请案的全部揭示内容以引用的方式全部并入本文中。

政府利益

本文中描述的本发明可由美国政府或为美国政府制造、使用及授权。

技术领域

本发明大体上涉及一种正电极材料，且尤其涉及一种高电压锂离子正电极材料。

背景技术

LiFePO₄[1]为Li离子正电极材料，其因强耐滥用性而受到人们的亲睐，其强耐滥用性又是归因于磷酸基[2]中的氧键结的性质。而且，需要在存储更多能量的材料中利用磷酸盐基阴极的耐滥用性。由于所存储的能量与电压成比例，故一种可能性是期待较高电压橄榄石，例如，LiMnPO₄[1]4.1V、LiCoPO₄[3]4.8V或LiNiPO₄[4]5.1V。与LiFePO₄相比较，LiCoPO₄尤其具有将能量增加～40％的潜力。此外，分别就极化子传导性及形成极化子的能力而言，LiCoPO₄的电子结构比LiMnPO₄及LiNiPO₄更有利[5]。

然而，且即使对LiCoPO₄的初始研究导致放电率的改进，容量衰减仍已阻挡进一步发展[6到10]。因而，需要一种具有高放电容量及低容量衰减的改进的Li离子正电极材料。

发明内容

提供一种Li离子正电极材料。所述材料具有标称化学计量Li_1+y/2Co_1-x-y-z-dSi_zFe_xM_yM'_d(PO₄)_1+y/2，其中M为例如Cr、Ti、Al、Mn、Ni、V、Sc、La及/或Ga的三价阳离子，M'为例如Mn、Ni、Zn、Sr、Cu、Ca及/或Mg的二价阳离子，y在0y≤0.10的范围内，x在0≤x≤0.2的范围内，z在0≤z≤0.1的范围内且d在0≤d≤0.20的范围内。在一些情况下，d在0≤d≤0.10的范围内，且优选地在0≤d≤0.05的范围内。所述Li离子正电极材料具有至少120mAh/g的初始容量且在500次循环之后具有至少100mAh/g的放电容量。