本发明专利技术阐述正电极活性材料，其以0.1摩尔％到10摩尔％的量包含掺杂剂Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd或其组合且在室温和中等放电速率下循环时具有高放电比容量。相关的一些材料具有式Li1+xNiαMnβ-δCoγAδXμO2-zFz，其中x介于约0.01到约0.3范围内，δ介于约0.001到约0.15范围内，且x+α+β+γ+δ+μ的总和可约等于1.0。可用金属氟化物涂覆所述材料以改进所述材料尤其在循环时的性能。所述材料通常可具有至少1.8g/mL的振实密度。此外，所述材料可具有约3.6V的平均放电电压。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及经掺杂正电极组合物和制备所述组合物的方法。通常，所述经掺杂正电极材料和组合物具有高比容量。此外，本专利技术涉及由经掺杂正电极活性材料构成的锂二次电池，其可提供高放电比容量和长循环寿命。
技术介绍
锂电池因其相对较高的能量密度而广泛用于消费电子器件中。可再充电电池也称作二次电池，且锂离子二次电池通常具有当电池充电时纳入锂的负电极材料。对于一些现有市售电池来说，负电极材料可为石墨，且正电极材料可包含锂钴氧化物(LiCoO2)t5实际上，通常仅可使用阴极的理论容量的适当部分。目前在商业应用中还有至少两种其它基于锂的阴极材料。这两种材料是具有尖晶石结构的LiMn2O4和具有橄榄石结构的LiFeP04。这些其它材料在能量密度方面并未提供任何显著改进。 锂离子电池根据其应用通常分为两类。第一类涉及高功率电池，其中将锂离子电池单元设计成可在诸如电动工具和混合电动车(HEV)等应用中递送高电流(安培(Ampere))0然而，由于提供高电流的设计通常会降低可从电池递送的总能量，所以如此设计使所述电池单元的能量降低。第二类设计涉及高能量电池，其中将锂离子电池单元设计成可在诸如蜂窝式电话、膝上型计算机、电动车(EV)和插电式混合电动车(PHEV)等应用中递送低到中等电流(安培)且递送较高总容量。
技术实现思路
在一个方面，本专利技术涉及正电极活性材料，其包含具有式Li1+xNiaMn^5CoyA5XuO2-A的组合物，其中x介于约O. 01到约O. 3范围内，α介于约O. I到约O. 4范围内，β介于约O. 25到约O. 65范围内，Y介于约O到约O. 4范围内，δ介于约O. 001到约O. 15范围内，μ介于O到约O. I范围内，且ζ介于O到约O. 2范围内。A可为Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd或其组合，且X是不同于Α、Ni、Mn和Co的过渡金属。在另一方面，本专利技术涉及用于锂离子电池的正电极活性材料，其在C/10放电速率下具有至少约3. 63伏特的平均放电电压，在室温和C/3放电速率下从4. 6伏特放电到2. O伏特时，第10次循环放电容量为至少约240mAh/g，且在室温和C/3放电速率下且从4. 6伏特到2. O伏特在第10次循环与第40次循环之间循环时，第40次循环放电容量为第10次循环放电容量的至少约90%。在另一方面，本专利技术涉及合成层状锂金属氧化物组合物的方法，其包含从包含+2金属阳离子的溶液沉淀出混合金属氢氧化物或碳酸盐组合物，其中所述混合金属氢氧化物或碳酸盐组合物具有选定化学计量，其以约O. I摩尔％到约10摩尔％的掺杂剂浓度包含Ni+2、Mn+2、Co+2，其中所述掺杂剂包含Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd或其组合。在其它方面，本专利技术涉及用于锂离子电池的正电极活性材料，其在C/10放电速率下具有至少约3. 63伏特的平均放电电压，在室温和C/3放电速率下从4. 6伏特放电到2. O伏特时，第10次循环放电容量为至少约240mAh/g，且在室温和2C放电速率下且从4. 6伏特到2. O伏特时，第46次循环放电容量为至少约170mAh/g。附图说明图I是与容器分开的电池结构的示意图。图2是显示实例I中所述经0、0. 5%、1%、2%、3%和5%1%掺杂的正电极活性材料的X-射线衍射图案的图形。图3是具有由缺乏Mg掺杂剂且具有0nm、3nm、6nm、22nm和40nm AlF3涂层组合物的正电活性材料形成的电池的放电比容量对循环次数的曲线的图形。图4 是具有由含有 O. 5 摩尔 ％ Mg 且具有 0nm、3nm、5nm、6nm、llnn^P 22nmAlF3 涂层组合物的正电活性材料形成的电池的放电比容量对循环次数的曲线的图形。纳入没有Mg掺杂且没有AlF3涂层的样品作为对照。图5 是具有由含有 1.0摩尔％]\%且具有011111、311111、511111、611111、1111111和221111^1 3涂层组合物的正电活性材料形成的电池的放电比容量对循环次数的曲线的图形。纳入没有Mg掺杂且没有AlF3涂层的样品作为对照。图6是具有由含有2.0摩尔％]\%且具有011111、311111、611111、1111111和2211111AlF3 涂层组合物的正电活性材料形成的电池的放电比容量对循环次数的曲线的图形。纳入没有Mg掺杂且没有AlF3涂层的样品作为对照。图7 是具有由含有 3. O 摩尔 ％ Mg 且具有 0nm、3nm、5nm、6nm、llnn^P 22nmAlF3 涂层组合物的正电活性材料形成的电池的放电比容量对循环次数的曲线的图形。纳入没有Mg掺杂且没有AlF3涂层的样品作为对照。图8 是具有由含有 5. O 摩尔 ％ Mg 且具有 0nm、3nm、5nm、6nm、llnn^P 22nmAlF3 涂层组合物的正电活性材料形成的电池的放电比容量对循环次数的曲线的图形。纳入没有Mg掺杂且没有AlF3涂层的样品作为对照。图9是具有由含有0、0. 5摩尔％、1摩尔％、2摩尔％、3摩尔％、5摩尔％ Mg且没有A1F3涂层组合物的正电活性材料形成的电池的放电比容量对循环次数的曲线的图形。图10是具有在(/10速率下第一次循环放电比容量对1%摩尔％与011111、311111、611111、Ilnm和22nm AlF3涂层组合物的曲线的图形。图11是具有在(/3速率下第9次循环放电比容量对1%摩尔％与011111、311111、611111、Ilnm和22nm AlF3涂层组合物的曲线的图形。图12是具有在1(速率下第41次循环放电比容量对1%摩尔％与011111、311111、611111、Ilnm和22nm AlF3涂层组合物的曲线的图形。图13是具有在2(速率下第46次循环放电比容量对1%摩尔％与011111、311111、611111、Ilnm和22nm AlF3涂层组合物的曲线的图形。图14a是具有第一次放电循环平均电压对AlF3涂层厚度与0、0. 5摩尔％、1摩尔％、2摩尔％、3摩尔％和5摩尔％Mg掺杂的曲线的图形。图14b是第一次放电循环平均电压对未经涂覆组合物的Mg摩尔％的曲线。图15是具有第一次放电循环平均电压对Mg摩尔％与0nm、3nm、6nm、llnm和22nmAlF3涂层组合物的曲线的图形。图16a是具有第一次循环不可逆容量损失对AlF3涂层厚度与0、0. 5摩尔％、1摩尔％、2摩尔％、3摩尔％和5摩尔％ Mg掺杂的曲线的图形。图16b是第一次循环不可逆容量损失对未经涂覆组合物的Mg摩尔％的曲线。图17是具有第一次循环不可逆容量损失对Mg摩尔％与0nm、3nm、6nm、Ilnm和22nm AlF3涂层组合物的曲线的图形。图18是电池在100%充电状态时的复阻抗曲线，所述电池是由没有Mg掺杂剂、具有I摩尔％ Mg掺杂剂、3摩尔％ Mg掺杂剂和5摩尔％ Mg掺杂剂的未经涂覆正电极活性材料形成。图19是图17中复阻抗曲线的一部分的展开图。 图20是从电池的复阻抗测量获得的锂扩散常数的曲线，所述电池是由没有Mg掺杂剂、具有I摩尔％ Mg掺杂剂、3摩尔％ Mg掺杂剂或5摩尔％ Mg掺杂剂的未经涂覆正电极活性材料形成。图21是电池在100%充电状态时的复阻抗曲线，所述电池是本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：迪帕克·库玛阿尔·坎达萨米·卡蒂革耶，素布拉马尼安·文卡塔查拉姆，夏布·阿米鲁汀，埃尔曼·洛佩斯，苏吉特·库马尔，
申请(专利权)人：安维亚系统公司，
类型：
国别省市：
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