[发明专利]高能量锂离子二次电池

权利要求书

1.一种锂离子二次电池，其包含含正电极活性材料和粘合剂的正电极、含第一嵌锂组合物的负电极、含锂离子的电解质和在所述正电极与所述负电极之间的隔离物，所述电池当自4.6V放电至2.0V时具有至少约240Wh/kg的放电能量密度，其中所述正电极活性材料包含第二嵌锂组合物。

2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其中所述正电极包含至少约92重量百分比的所述正电极活性材料且其中所述第二嵌锂组合物由式xLiMO₂·(1-x)Li₂M′O₃表示，其中M为一种或多种三价金属离子，其中至少一种金属离子是Mn⁺³、Co⁺³或N⁺³，且M′表示一种或多种具有+4的平均化合价的金属离子，且0＜x＜1。

3.根据权利要求2所述的锂离子二次电池，其中第二嵌锂组合物进一步包含约0.1摩尔百分比至约10摩尔百分比的金属氟化物作为涂层。

4.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其中所述正电极包含约0.1重量百分比至5重量百分比的不同于所述第二嵌锂组合物的导电剂。

5.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其中所述正电极包含约0.5重量百分比至7.9重量百分比的聚合物粘合剂。

6.根据权利要求5所述的锂离子二次电池，其中所述聚合物粘合剂的平均分子量为至少约800,000原子质量单位。

7.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其中所述负电极在集电器的单侧上具有约65微米至约200微米的厚度。

8.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其中所述电池具有至少约250Wh/kg至550Wh/kg的放电能量密度。

9.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其中所述电池具有至少约550Wh/l的体积放电能量密度。

10.一种锂离子二次电池，其包含正电极、含第一嵌锂组合物的负电极和在所述正电极与所述负电极之间的隔离物，

其中所述正电极包含至少约92重量百分比的正电极活性材料、约0.1重量百分比至5重量百分比的导电剂和约0.5重量百分比至7.9重量百分比的聚合物粘合剂；

其中所述正电极活性材料包含由式xLiMO₂·(1-x)Li₂M′O₃表示的第二嵌锂组合物，其中M为一种或多种三价金属离子，其中至少一种金属离子是Mn⁺³、Co⁺³或Ni⁺³，且M′表示一种或多种具有+4的平均化合价的金属离子且0＜x＜1，且其中任选存在的氟掺杂剂可替换所述式中至多约1原子百分比的氧；且

其中所述正电极的密度为至少约2.5g/mL。

11.根据权利要求10所述的锂离子二次电池，其中所述第二嵌锂组合物由式Li_1+xNi_αMn_βCo_γO₂表示，其中x在约0.05至约0.25的范围内，α在约0.1至约0.4的范围内，β在约0.4至约0.65的范围内，且γ在约0.05至约0.3的范围内。

12.根据权利要求10所述的锂离子二次电池，其中正电极材料进一步包含约0.1摩尔百分比至约10摩尔百分比的金属氟化物作为涂层。

13.根据权利要求12所述的锂离子二次电池，其中所述金属氟化物包含AlF₃。

14.根据权利要求10所述的锂离子二次电池，其中所述第二嵌锂组合物由式Li_1+xNi_αMn_βCo_γM″_δO_2-z/2F_z表示，其中x在约0.05至约0.25的范围内，α在约0.1至约0.4的范围内，β在约0.4至约0.65的范围内，γ在约0.05至约0.3的范围内，δ在约0至约0.1的范围内且z在约0至约0.1的范围内，且其中M″为Mg、Zn、Al、Ga、B、Zr、Ti、Ca、Ce、Y、Nb或其组合。