[发明专利]包括富锂锰的镍、锰、钴组分和锂铁锰磷酸盐组分的电极

说明书

电极包括畴材料，该畴材料的存在量基于电极的总重量为约90至约95重量％。畴材料包括具有以下分子式的组分：xLi₂MnO₃·(1‑x)LiNi_aMn_bCo_(1‑a‑b)O₂，其中x大于0且小于1，并且a和b各自独立地为约0.1至约0.9且该组分的存在量为基于该畴材料的总重量的约50至约90重量％。畴材料还包括具有分子式LiFe_1‑yMn_yPO₄的添加剂组分，其中y大于0且小于1，其中添加剂组分的存在量为基于该畴材料的总重量的约10至约50重量％。电极本身还包括碳质材料和粘合剂。

技术领域

该技术领域总体上涉及Li-Mn电极，并且更特别地涉及包括富含锂-锰的镍、锰、钴(LMRNMC)组分和Li-Fe-Mn-PO(LFMP)组分的阴极。

背景技术

锂电池通过产生通常小于或等于约4.0伏的放电电压来提供能量密度。然而，这些电池倾向于遭受有限的循环寿命、电压衰减和有限的速率能力。此外，在高电压下，这些电池中使用的典型电解质会分解并限制电池的寿命。例如，电极和电解质之间的寄生反应倾向于在高压和/或高温下发生。这限制了电化学性能。

因此，已经提出了用于这种锂电池的富镍组合物(composition)，例如NMC622或NMC811组合物。尽管这些组合物有望产生具有显著能量密度的细胞，但与循环寿命相关的问题仍有待充分解决。例如，富镍组合物，特别是那些超过约60重量％的镍，仍然面临重大挑战。为了充分利用这种阴极在高容量和电化学电势(相对于Li/Li⁺)方面的固有能量含量，可以获得高于晶格氧稳定性极限的电荷状态(SOC)。在这方面，可以基于该稳定性极限为特定的LMRNMC组合物定义术语“高压”。例如，对于各种组合物，从LMRNMC阴极放出的氧在大约4.3-4.7V(相对于Li/Li⁺)的范围内被触发。阴极表面的氧损失会与电解质发生反应，还会导致表面重建、阻抗上升、易于过渡金属溶解，并最终导致电极中活性锂的损失。这种固有的高电压限制取决于组合物，并且如果在给定的LMRNMC组合物的重复循环过程中使用更高的SOC则可以得到减轻或克服。此外，这些组合物倾向于具有低的热稳定性并且非常昂贵，从而限制了它们的适用性和用途。这些组合物也仍然具有有限的循环寿命，仍然表现出电压衰减，并且具有有限的速率能力。

替代方案通常由两组分的“分层-分层”(LL)表示法表示。有些可以在重复循环时提供高容量(capacity)。然而，与上述LMRNMC组合物一样，氧亚晶格不稳定性也起作用。具体来说，对于高容量组件(component)，需要通过包含氧的活化过程来获得约4.4V(Li/Li⁺)以上的初始电荷，以获取高容量，这会触发结构转变和电极内无序域的形成。活化(activated)的结构随着循环而继续发展，从而导致电压衰减和滞后现象。由于原始材料内的局部结构而导致控制活化过程并因此控制活化产物的机理出现，其中某些金属优先排序以在层内产生各种排列。有序程度与合成温度和过量金属的量有关。这样，可以表明，几种相关现象(例如，部分可逆的阳离子迁移、电压衰减和滞后)的大小都以这样的量来缩放。另外，此外，低首次循环(cycle)效率、差的速率能力和低SOC下的高阻抗也被认为是一些电极的局限性。

因此，期望开发一种具有改善的循环寿命，减少的电压衰减和增加的速率能力的电极。此外，结合附图以及前述技术领域和背景技术，根据随后的详细描述和所附权利要求，本公开的其他期望特征和特性将变得显而易见。

发明内容