[发明专利]可再充电的锂电池

说明书

技术领域

本发明涉及可再充电的锂电池。更具体地，本发明涉及具有高容量、优异循环寿命、和在高温下的可靠性的可再充电的锂电池。

背景技术

锂可再充电电池作为用于小型便携式电子器件的电源近来已引起了注意。它们使用有机电解质溶液，且由此放电电压为使用碱性水溶液的传统电池的两倍，并因此具有高能量密度。

对于可再充电锂电池的正极活性材料，已研究了能够嵌入锂的锂-过渡金属元素复合氧化物如LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNiO₂、LiNi_1-xCo_xO₂(0＜x＜1)、LiMnO₂等。

对于可再充电锂电池的负极活性材料，已使用了多种基于碳的材料如人造石墨、天然石墨、和硬碳，其都可嵌入和脱出锂离子。基于碳的材料的石墨增加电池的放电电压和能量密度，因为与锂相比，其具有-0.2V的低放电电位。使用石墨作为负极活性材料的电池具有3.6V的高平均放电电位和优异的能量密度。而且，在上述基于碳的材料中，石墨是最广泛使用的，因为石墨由于其杰出的可逆性保证了较好的电池循环寿命。但是，石墨活性材料具有低密度，和因此当使用石墨作为负极活性材料时，在每单位体积的能量密度方面具有低容量。此外，由于石墨可能在高放电电压下与有机电解质反应，因此当电池误用或过充电等时，其包括一些危险如爆炸或燃烧。

为了解决这些问题，近来已对氧化物负极进行了大量研究。例如，由Japan Fuji Film.Co.，Ltd.开发的无定形氧化锡具有高的每单位重量的容量(800mAh/g)。但是，其导致一些严重的缺陷如高达50％的高的初始不可逆容量。而且，在充电或放电反应中，部分氧化锡趋于还原为锡金属，这使其用于电池的接受性恶化。

提及另一氧化物负极，在日本专利公开No.2002-216753中公开了Li_aMg_bVO_c(0.05≤a≤3，0.12≤b≤2，2≤2c-a-2b≤5)负极活性材料。包括Li_1.1V_0.9O₂的锂二次电池的特性也出现在2002 Japanese Battery Conference(Preview No.3B05)中。

但是，这种氧化物负极未显示充分的电池性能，且因此存在对氧化物负极材料的许多研究。

发明内容

本发明的一个实施方式提供用于可再充电锂电池，其具有高容量、优异的循环寿命和在高温下优异的可靠性。

根据本发明的实施方式，提供可再充电锂电池，其包括包含能够嵌入和脱出锂离子的正极活性材料的正极；包含能够嵌入和脱出锂离子的负极活性材料的负极；和包含非水有机溶剂和锂盐的电解质。

该正极具有3.65g/cc或更大的正极有效质量密度(active mass density)，且锂盐包括六氟磷酸锂(LiPF₆)、四氟硼酸锂(LiBF₄)、和基于酰亚胺锂的化合物。

基于酰亚胺锂的化合物选自Li[N(SO₂CF₃)₂]、Li[N(SO₂CF₂CF₃)₂]、及其组合。

基于酰亚胺锂的化合物在电解质中以0.1-0.7M的浓度存在。

LiPF₆在电解质中以0.7-1.5M的浓度存在。

基于电解质的总重量，LiBF₄以0.05-0.5重量％的量存在。

电解质进一步包括选自LiSbF₆、LiAsF₆、LiClO₄、LiCF₃SO₃、LiC₄F₉SO₃、LiAlO₄、LiAlCl₄、LiSO₃CF₃、LiCl、LiI、LiB(C₂O₄)₂、及其组合的至少一种锂盐。

正极活性材料可为选自下式1-24表示的化合物的化合物。

式1