锂离子二次电池制造技术

一种活性阴极材料包含一混合物，其包括：一钴酸锂与一镍酸锂的至少一者；及，由公式Ｌｉ（１＋ｘ１）（Ｍｎ１－ｙ１Ａ’ｙ１）２－ｘ１Ｏｚ１所代表的一锰酸尖晶石、与由公式Ｌｉ（１－ｘ２）Ａ”ｘ２ＭＰＯ４所代表的一橄榄石化合物的至少一者。于另一个实施例，一种活性阴极材料包含一混合物，其包括：一镍酸锂，选自其为由覆盖ＬｉＣｏＯ２的ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２与Ｌｉ（Ｎｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３）Ｏ２所组成的群组；及，一锰酸尖晶石，其为由公式Ｌｉ（１＋ｘ７）Ｍｎ２－ｙ７Ｏｚ７所代表。一种锂离子电池与一种电池组各自为独立运用其包括如上所述的一种活性阴极材料的一阴极。一种形成锂离子电池的方法包括步骤：形成如上所述的一种活性阴极材料；藉由该活性阴极材料而形成一阴极电极；及，形成一阳极电极，经由一电解质而为电气接触于该阴极。一种系统包含：一种可携式电子装置；及，如上所述的一种电池组或锂离子电池。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于(1) 一种活性(active)阴极材料，其包括一混合物一钴酸锂 (lithium cobaltate)与一镍酸锂(lithium nickelate)的至少一者；及一锰酸尖晶石 Onanganate spinel)与一橄榄石化合物(olivinecompound)的至少一者，(2) 一种锂离 子电池，其具有该种活性阴极材料，( 一种形成该种锂离子电池的方法，(4) 一种电池组 (pack)，其包含一或多个电池，各个电池包括该种活性阴极材料，以及( 一种系统，其包 括该种电池组或锂离子电池与一可携式电子装置。
技术介绍
诸如锂离子充电式(rechargeable)电池的充电式电池是广泛运用作为用于电池 供电的可携式电子装置的电力，可携式电子装置是诸如手机、可携式电脑、摄录影机、数位 相机、个人数位助理(PDA)与类似者。用于这些可携式电子装置的一种典型的锂离子电池 组运用其配置为并联或串联的多个电池。举例而言，一锂离子电池组可包括其为串联连接 的数个区块(block)，其中，各个区块包括其为并联连接的一或多个电池。各个区块是典型 为具有一电子控制器，其是监视该区块的电压位准。于一种理想的配置，纳入于电池组的 各个电池相同。然而，当电池老化及循环使用，电池倾向于偏离自初始的理想条件，而造成 一种不平衡的电池组(例如不相同的容量、阻抗、放电与充电率)。于电池之间的此种不 平衡可能引起于充电式电池的正常操作期间的过度充电或过度放电，且继而将加诸安全顾 虑，诸如爆炸(即快速气体释放与针对于火灾的可能性)。传统而言，习用的锂离子充电式电池已经运用LiCoO2型式的材料作为锂离子电池 阴极的活性成分(component)。针对于运用LiCoO2型式的活性阴极材料的该种锂离子电池 以完全充电，充电电压通常为4. 20伏特(V)。关于较低的充电电压，容量较低，其为对应于 活性材料的较低的利用。另一方面，关于较高的充电电压，该电池较不安全。概括而言，归 因于高安全顾虑，针对于基于LiCoA的锂离子电池以具有一高容量(例如高于约3安培 小时(Ah)) —挑战。为了使得安全顾虑为最小，降低充电电压一个选项。然而，此举将降低 电池容量，且继而降低电池能量密度。欲得到高容量，不同于提高充电电压，增加一个电池 组的电池的数目可为另一个选项。然而，于电池的数目的增加是将造成于电池之间的不平 衡的机率，此举将引起于正常操作期间的过度充电或过度放电，如上所述。典型为运用于产业者的最大主流的电池目前为一种所谓的“18650”电池。此电 池具有约为18毫米(mm)的一外径与约为65毫米的一长度。典型而言，18650电池利用 LiCoO2且具有介于1800毫安培小时(mAh)与M00毫安培小时之间的一容量，但是高为如 同沈00毫安培小时的电池目前为运用。通常相信的是因为关联于LiCoA的一安全顾虑，运用LiCoA于相较于18650电池的一较大的电池不安全。相较于18650电池为大的其他电 池存在于此技艺，例如其具有约为沈毫米的一外径与65毫米的一长度的“26650”电池。 26650电池典型为并未含有LiCoO2，且相较于其运用LiCc^2的18650电池而具有依据Wh/ kg与Wh/L为较差的性能特性。因此，存在需要以发展其用于锂离子电池的新的活性阴极材料，以最小化或克服 上述的问题。尤其，存在需要以发展新的活性阴极材料，其可致使能够制造大的电池，例如 于体积(volume)及/或安培小时/电池(Ah/cell)为大于习用的基于LiCoA的电池(例 如=18650电池)。
技术实现思路
本专利技术概括为针对于(1) 一种活性(active)阴极材料，其包括一混合物一钴酸 锂(lithium cobaltate)与一镍酸锂(lithium nickelate)的至少一者；及一锰酸尖晶 石(manganate spinel)与一橄榄石化合物(olivinecompound)的至少一者，(2) 一种锂离 子电池，其具有该种活性阴极材料，( 一种形成该种锂离子电池的方法，(4) 一种电池组 (pack)，其包含一或多个电池，各个电池包括该种活性阴极材料，以及( 一种系统，其包 括该种电池组或锂离子电池与一可携式电子装置。于一个实施例，本专利技术是针对于一种活性阴极材料，其包括电极材料的一混合物。 该混合物包括一钴酸锂与一镍酸锂的至少一者；及一锰酸尖晶石与一橄榄石化合物的至 少一者。锰酸尖晶石是由实验式Li(1+Xl) (MrvylA’ yl)2_xl0zl所代表，其中xl是等于或大于0. 01且等于或小于0. 3 ；yl是大于0.0且等于或小于0.3;zl是等于或大于3. 9且等于或小于4. 1 ；及A’是由镁、铝、钴、镍、与铬所组成的群组的至少一个成员(member)。橄榄石化合物是由实验式Li(1_x2)A”x2MP04所代表，其中x2是等于或大于0. 05且等于或小于0. 2，或x2是等于或大于0. 0且等于或小于0. 1 ；且M是由铁、锰、钴、与镁所组成的群组的至少一个成员；及A”是由钠、镁、钙、钾、镍、与铌所组成的群组的至少一个成员。于另一个实施例，本专利技术是针对于一种活性阴极材料，包括一混合物，其包括一 镍酸锂，选自其为由覆盖LiCoA的LiNitl.8Coq.15A1q.J)2与Li (Nil73Col73Mnl73)O2所组成的群 组；及，一锰酸尖晶石，其为由实验式Li(1+x7)Mn2_y70z7所代表，其中，x7与y7是各者独立地等 于或大于0. 0且等于或小于1. 0，而z7是等于或大于3. 9且等于或小于4. 2。本专利技术是亦为针对于一种锂离子电池，其具有包括如上所述的一种活性阴极材料 的一阴极。该活性阴极材料包含电极材料的一混合物。于一个实施例，混合物包括一钴酸 锂与一镍酸锂的至少一者；及，一锰酸尖晶石与一橄榄石化合物的至少一者。锰酸尖晶石与 橄榄石化合物是如上所述。于另一个实施例，混合物包括一混合物，其包括一镍酸锂，选自 其为由一钴酸锂、覆盖 LiCoA 的 LiNia8Coai5Alatl5O2、与 Li (Nil73Coi73Mnl73)O2 所组成的群组； 及，如上所述的一锰酸尖晶石。该种电池具有大于每个电池为约3.0安培小时(Ah/cell) 的一容量。亦为纳入于本专利技术者是一种电池组(pack)，其包括一或多个电池，较佳为复数个 电池。该电池组的电池包括电极材料的一混合物。于一个实施例，该混合物包括一钴酸锂 与一镍酸锂的至少一者；及，一锰酸尖晶石与一橄榄石化合物的至少一者。锰酸尖晶石与橄 榄石化合物是如上所述。于另一个实施例，该混合物包括一混合物，其包括一镍酸锂，选自 其为由一钴酸锂、覆盖 LiCoA 的 LiNia8Coai5Alatl5O2、与 Li (Nil73Col73Mnl73)O2 所组成的群组； 及，如上所述的一锰酸尖晶石。较佳而言，该电池组包括复数个电池且这些电池的至少一个 电池具有大于每个电池为约3. O安培小时的一容量。一种形成锂离子电池的方法是亦纳入于本专利技术，该种锂离子电池具有包括如上所 述的一种活性阴极材料的一阴极。该种方法包括形成如上所述的一种活性阴极材料。该 种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种活性阴极材料，其包含一混合物，该混合物包括：ａ）由实验式Ｌｉ↓［ｘ４］Ａ＊↓［ｘ５］Ｎｉ↓［（１－ｙ４－ｚ４）］Ｃｏ↓［ｙ４］Ｑ↓［ｚ４］Ｏ↓［ａ］所代表的镍酸锂，其中ｘ４等于或大于０．１且小于１．３，ｘ５等于或大于０．０且等于或小于０．２，ｙ４等于或大于０．０且等于或小于０．２，ｚ４等于或大于０．０且等于或小于约０．２，Ａ＊为由钡、镁与钙所组成的群组中的至少一个成员，Ｑ为由铝、锰与硼所组成群组中的至少一个成员，且ａ大于约１．５且小于２．１；及ｂ）下列中的至少其中之一，（ｉ）钴酸锂，其视需要包含锂与钴原子至少其中之一的改性剂，其中该锂改性剂为镁和钠的至少其中之一，且该钴改性剂为镁、钠、铝、锰、硼、钛及镍的至少其中之一，以及锰酸尖晶石和橄榄石化合物的至少其中之一，及（ｉｉ）由实验式Ｌｉ↓［ｘ３］Ｎｉ↓［（１－ｚ３）］Ｍ’↓［ｚ３］Ｏ↓［２］所代表的镍酸锂，其中０．０５＜ｘ３＜１．２，０＜ｚ３＜０．５，且Ｍ’是一或多种选自于钴、锰、铝、硼、钛、镁、钙与锶所组成群组的元素。

【技术特征摘要】
US 2004-12-28 60/639,275;US 2005-5-12 60/680,271;U1.一种活性阴极材料，其包含一混合物，该混合物包括a)由实验式Lix4A^i5Nidfz4)Coy4Qz4Oa所代表的镍酸锂，其中 x4等于或大于0.1且小于1.3，x5等于或大于0. 0且等于或小于0. 2， y4等于或大于0. 0且等于或小于0. 2， z4等于或大于0. 0且等于或小于约0. 2， A*为由钡、镁与钙所组成的群组中的至少一个成员， Q为由铝、锰与硼所组成群组中的至少一个成员，且 a大于约1. 5且小于2. 1 ；及b)下列中的至少其中之一，(i)钴酸锂，其视需要包含锂与钴原子至少其中之一的改性剂，其中该锂改性剂为镁和 钠的至少其中之一，且该钴改性剂为镁、钠、铝、锰、硼、钛及镍的至少其中之一，以及锰酸尖 晶石和橄榄石化合物的至少其中之一，及(ii)由实验式Lix3Ni(1_z3)M，J2 所代表的镍酸锂，其中 0. 05 < x3 < 1. 2，0 < z3 < 0. 5， 且Μ’是一或多种选自于钴、锰、铝、硼、钛、镁、钙与锶所组成群组的元素。2.根据权利要求1的活性阴极材料，其中x5等于零。3.根据权利要求2的活性阴极材料，其中该钴酸锂具有LiCoA的实验式。4.根据权利要求2的活性阴极材料，其中该活性阴极材料的镍酸锂为 Li (Nil73Col73Mnl73) O2。5.根据权利要求4的活性阴极材料，其进一步包括具有下式的锰酸尖晶石 Li(1+Xl) (Mn1^ylA'yi) 2-xl〇zl， 其中 Xl等于或大于0. 01且等于或小于0. 3 ； yl大于0.0且等于或小于0.3; zl等于或大于3. 9且等于或小于4. 1 ；且 A’为由镁、铝、钴、镍与铬所组成群组中的至少一个成员。6.根据权利要求5的活性阴极材料，其中该活性阴极材料包括钴酸锂，且其中 Li (Nil73Col73Mnl73)O2 Li(1+Xl) (Mn1^ylA' yl)2_xl0zl 钴酸锂的比值为约 0. 05 与约 0. 8 之 间0. 3与约0. 7之间约0. 05与约0. 8之间。7.根据权利要求2的活性阴极材料，其中该阴极材料包括钴酸锂，以及锰酸尖晶石和 橄榄石化合物的至少其中之一。8.根据权利要求2的活性阴极材料，其包括具有式Li(1+x7)Mn(2_y7)0z7的锰酸尖晶石，其 中x7与y7各独立地等于或大于0. 0且等于或小于1. 0，而z7等于或大于3. 9且等于或小 于 4. 2。9.一种锂离子电池，其包括一种包含一混合物的活性阴极材料，该混合物包括 a)由实验式Lix4A^i5Nidfz4) Coy4Qz4Oa所代表的镍酸锂，其中x4等于或大于0.1且小于1.3， x5等于或大于0. 0且等于或小于0. 2， y4等于或大于0. 0且等于或小于0. 2， z4等于或大于0. 0且等于或小于约0. 2，A*为由钡、镁与钙所组成的群组中的至少一个成员， Q为由铝、锰与硼所组成群组中的至少一个成员，且 a大于约1. 5且小于2. 1 ；及 b)下列中的至少其中之一，(i)钴酸锂，其视需要包含锂与钴原子至少其中之一的改性剂，其中该锂改性剂为镁和 钠的至少其中之一，且该钴改性剂为镁、钠、铝、锰、硼、钛及镍的至少其中之一，以及锰酸尖 晶石和橄榄石化合物的至少其中之一，及(ii)由实验式Lix3Ni(1_z3)M，J2 所代表的镍酸锂，其中 0. 05 < x3 < 1. 2，0 < z3 < 0. 5， 且Μ’是一或多种选自于钴、锰、铝、硼、钛、镁、钙与锶所组成群组的元素。10.一种电池组，其包含多个电池，其中各个电池包括一种包含一阴极混合物的活性阴 极材料，该阴极混合物包括a)由实验式Lix4A^i5Nidfz4)Coy4Qz4Oa所代表的镍酸锂，其中 x4等于或大于0.1且小于1.3，x5等于或大于0. 0且等于或小于0. 2， y4等于或大于0. 0且等于或小于0. 2， z4等于或大于0. 0且等于或小于约0. 2， A*为由钡、镁与钙所组成的群组中的至少一个成员， Q为由铝、锰与硼所组成群组中的至少一个成员，且 a大于约1. 5且小于2. 1 ；及b)下列中的至少其中之一，(i)钴酸锂，其视需要包含锂与钴原子至少其中之一的改性剂，其中该锂改性剂为镁和 钠的至少其中之一，且该钴改性剂为镁、钠、铝、锰、硼、钛及镍的至少其中之一，以及锰酸尖 晶石和橄榄石化合物的至少其中之一，及(ii)由实验式Lix3Ni(1_z3)M，J2 所代表的镍酸锂，其中 0. 05 < x3 < 1. 2，0 < z3 < 0. 5， 且Μ’是一或多种选自于钴、锰、铝、硼、钛、镁、钙与锶所组成群组的元素。11.根据权利要求10的电池组，其中该电池为串联而且无电池为并联连接。12.一种活性阴极材料，其包含一混合物，该混合物包括a)由实验式Lix3Ni(1_z3)M，zA 所代表的镍酸锂，其中 0. 05 < x3 < 1. 2,0 < z3 < 0. 5， 且Μ’是一或多种选自于钴、锰、铝、硼、钛、镁、钙与锶所组成群组的元素；及b)下列中的至少其中之一，(i)钴酸锂，其视需要包含锂与钴原子至少其中之一的改性剂，其中该锂改性剂为镁和 钠的至少其中之一，且该钴改性剂为镁、钠、铝、锰硼、钛及镍的至少其中之一，以及锰酸尖 晶石和橄榄石化合物的至少其中之一，及( )由实验式Lix4A^i5Nia_y4_z4)COy4Qz40aK代表的镍酸锂，其中x4等于或大于0.1且小于1.3，x5等于或大于0. 0且等于或小于0. 2，y4等于或大于0. 0且等于或小于0. 2，z4等于或大于0. 0且等于或小于约0. 2，A*为由钡、镁与钙所组成的群组的至少一个成员，Q为由铝、锰与硼所组成群组的至少一个成员，且 a大于约1.5且小于2. 1。13.一种锂离子电池，其包括一种包含一混合物之活性阴极材料，该混合物包括a)由实验式Lix3Ni(1_z3)M，zA 所代表的镍酸锂，其中 0. 05 < x3 < 1. 2,0 < z3 < 0. 5， 且Μ’是一或多种选自于钴、锰、铝、硼、钛、镁、钙与锶所组成群组的元素；及b)下列中的至少其中之一，(i)钴酸锂，其视需要包含锂与钴原子至少其中之一的改性剂，其中该锂改性剂为镁和 钠的至少其中之一，且该钴改性剂为镁、钠、铝、锰、硼、钛及镍的至少其中之一，以及锰酸尖 晶石和橄榄石化合物的至少其中之一，及( )由实验式Lix4A^i5Nidfz4) Coy4Qz4Oa所代表的镍酸锂，其中 x4等于或大于0.1且小于1.3， x5等于或大于0. 0且等于或小于0. 2， y4等于或大于0. 0且等于或小于0. 2， z4等于或大于0. 0且等于或小于约0. 2， A*为由钡、镁与钙所组成的群组中的至少一个成员， Q为由铝、锰与硼所组成群组中的至少一个成员，且 a大于约1.5且小于2. 1。14.一种电池组，其包含多个电池，其中各个电池包括一种包含一阴极混合物的活性阴 极材料，该阴极混合物包括a)由实验式1^3附(113^\302所代表的镍酸锂，其中0.05<13<1.2，0<23 < 0. 5， 且M’是一或多种选自于钴、锰、铝、硼、钛、镁、钙与锶所组成群组的元素；及b)下列中的至少其中之一，(i)钴酸锂，其视需要包含锂与钴原子至少其中之一的改性剂，其中该锂改性剂为镁和 钠的至少其中之一，且该钴改性剂为镁、钠、铝、锰、硼、钛及镍的至少其中之一，以及锰酸尖 晶石和橄榄石化合物的至少其中之一，及( )由实验式Lix4A^i5Nia_y4_z4)COy4Qz40aK代表的镍酸锂，其中 x4等于或大于0.1且小于1.3， x5等于或大于0. 0且等于或小于0. 2， y4等于或大于0. 0且等于或小于0. 2， z4等于或大于0. 0且等于或小于约0. 2， A*为由钡、镁与钙所组成的群组中的至少一个成员， Q为由铝、锰与硼所组成群组中的至少一个成员，且 a大于约1.5且小于2. 1。15.根据权利要求14的电池组，其中该电池为串联而且无电池为并联连接。16.根据权利要求10或14的电池组，其中各电池是个别控制和监视。17.一种活性阴极材料，其包含一混合物，该混合物包括(i)a)钴酸锂和镍酸锂的至少其中之一，其中该钴酸锂为具有钴酸锂的锂改性剂的改 性钴酸锂，且其中该锂改性剂为选自由镁(Mg)和钠(Na)所组成群组的至少一个成员，且其 中该镍酸锂是由实验式Lix4A*x5Ni (1_ 4_ζ4) Coy4Qz4Oa所代表，其中x4等于或大于0.1且小于1.3，x5等于或大于0. 0且等于或小于0. 2，y4等于或大于0. 0且等于或小于0. 2，z4等于或大于0. 0且等于或小于约0. 2，A*为由钡、镁与钙所组成的群组中的至少一个成员，Q为由铝、锰与硼所组成群组中的至少一个成员，且a大于约1. 5且小于2. 1 ；及b)锰酸尖晶石和橄榄石化合物的至少其中之一，其中，该锰酸尖晶石系由实验式 Li(1+Xl) (MrvylA’ yl)2_xl0zl 所代表，其中Xl等于或大于0. 01且等于或小于0. 3 ；yl大于0.0且等于或小于0.3;zl等于或大于3. 9且等于或小于4. 1 ；且A’为由镁、铝、钴、镍与铬所组成群组中的至少一个成员，且其中该橄榄石化合物是由实验式Li(1_x2)A”x2MP04所代表，其中x2等于或大于0. 0且等于或小于0. 2 ；且M为由铁、锰、钴与镁所组成群组中的至少一个成员；且A”为由钠、镁、钙、钾、镍与铌所组成的群组中的至少一个成员；或(ii)a)由实验式Lix4A^i5Nia_y4_z4)Coy4Qz40am代表的镍酸锂，其中x4等于或大于0.1且小于1.3，x5等于或大于0. 0且等于或小于0. 2，y4等于或大于0. 0且等于或小于0. 2，z4等于或大于0. 0且等于或小于约0. 2，A*为由钡、镁与钙所组成的群组中的至少一个成员，Q为由铝、锰与硼所组成群组中的至少一个成员，且a大于约1. 5且小于约2. 1 ；及(b)由实验式Li(1+x7)Mn(2_y7)0z7所代表的锰酸尖晶石，其中x7与y7各独立地等于或大 于0. 0且等于或小于1. 0，而z7等于或大于3. 9且等于或小于4. 2。...

【专利技术属性】
技术研发人员：克莉丝蒂娜M兰普欧妮露德，
申请(专利权)人：波士顿电力公司，
类型：发明
国别省市：US[]