[发明专利]基于钴的锂金属氧化物阴极材料

说明书

本发明涉及基于钴的锂金属氧化物阴极材料。具体地，一种用于可再充电的电池组中的阴极材料的成层锂金属氧化物粉末，该成层锂金属氧化物粉末具有通式(1‑x)[Li_a‑bA_b]_3a[Co_1‑cM_c]_3b[O_2‑d‑eN’_e]_6c.xLi₃PO₄，其中0.0001≤x≤0.05，0.90≤a≤1.10，0b+c≤0.1，‑0.1≤d≤0.1，且e≤0.05，其中A和M是包括由Mg、Ti和Al所组成的组中的至少一者的一种或多种元素；其中N’是由F、S、N和P所组成的组中的一种或多种掺杂物；该粉末由核心和离子传导性电子绝缘表面层所组成，该核心具有成层晶体结构且该表面层包含下列的混合物：核心材料的元素；包含由Mg、Ti和Al所组成的组中的一种或多种元素的氧化物；以及Li₃PO₄。

本发明专利申请是国际申请号为PCT/IB2016/053920，国际申请日为2016年6月30日，进入中国国家阶段的申请号为201680037898.7，发明名称为“基于钴的锂金属氧化物阴极材料”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及基于钴的锂金属氧化物阴极材料。具体地，本发明涉及一种具有成层结构的基于锂钴的氧化物，该氧化物用作可再充电的锂离子电池组中的阴极材料。该氧化物具有核心-壳构型，并且具有掺杂元素、氧化物和专属涂布层。

背景技术

自从Mizushima等人于1980年发现了锂钴氧化物的电化学性质后，锂钴氧化物就已用作二次Li电池组的原型阴极材料。基于锂钴氧化物的材料具有成层结构，该成层结构沿六方单位晶胞(空间群R-3m)的001方向有交替的共边(edge-shared)CoO₆八面体和LiO₆八面体的CoO₂平板(slab)和LiO₂平板。此类成层结构理想地适于通过分别在电池组充电和放电期间脱嵌和嵌入来可逆地容纳锂。由于可再充电的锂电池组和锂离子电池组的高能量密度，其可用于多种携带式电子应用中，诸如移动电话、笔记本电脑、数字相机和摄影机。可商购获得的锂离子电池组通常由基于石墨的阳极和基于LiCoO₂的阴极材料组成。由于当今的消费性电子产品需要具有较高能量密度的可再充电的电池组，为了需求增加的终端应用，具有增加的能量密度的基于LiCoO₂的材料骤增。

基于LiCoO₂的阴极材料的能量密度(单位为Wh/L)被定义为循环期间的平均电压(单位为V)、比容量(单位为mAh/g)和重力密度(单位为g/cm³)的乘积。提高能量密度的有效途径包括：(a)增加装填密度，这通常需要增加粉末粒子的粒径，以及(b)通过增加充电电压而增加比容量。在商业电池中，通常利用相对于石墨阳极约4.35V的上限截止电压(uppercutoff voltage)对LiCoO₂进行循环，并且给出164mAh/g的比容量。为了从LiCoO₂获得更高的容量，人们必须将LiCoO₂充电至高于4.35V的电位；通常是4.40V，其中比容量为172mAh/g，并且甚至高达4.45V，其中比容量为182mAh/g。然而，使用较高上限截止电压的反复充电-放电循环导致快速的容量损失，被认为这是由脱嵌的LiCoO₂的结构不稳定性所造成，并且是由于与电解质的副反应增加所造成。