[发明专利]用于锂离子电池正极的复合材料及其制备方法和电池

说明书

相关申请的交叉引用

本正式申请要求2009年10月13日提交的编号为No.US 61/278,943的美国临时申请的权益，并将该临时申请的内容全部引入作为参考。

背景技术

许多锂离子电池正极材料在充电至相对于金属锂高于4.2V的电压时能够提供很高的容量。对多数正极材料而言，充电截止电压越高，能够从单位重量的正极材料中释放的锂越多。令人遗憾的是，许多正极材料在这种高充电状态下会与电解液反应，生成损害正极材料的表面反应产物，并且消耗电解液。这会导致容量损失加速，阻抗增大，极大地缩短在如此高电压下使用这些材料的锂离子电池的寿命。因此，需要提供在高电压下对电解液稳定的高电压正极材料，从而构造出寿命长、容量大、电压高的锂离子电池。一种提高这些材料的稳定性的方法是将在高电压下对电解液更稳定的相涂覆在正极活性材料的表面。

据报道，一些正极材料在高电压(＞4.5V)下对电解液具有改进的稳定性。例如，用AlF₃涂覆或处理的层状Li_1+y(NiCoMn)O₂(0＞＝y＝＞0.3)材料(例如，US6677082B2)被证明在高电压下具有改进的稳定性和寿命。但是，这些涂层可能是绝缘的和非锂离子传导性的，可能对正极材料的性能产生不利的影响。因此，迫切需要一种在高电压下稳定的，容量高、循环寿命长的正极材料。

发明内容

为了克服现有技术的至少部分上述问题，本发明提供了一种用于锂离子电池正极的复合材料，该复合材料包括：

由Li_1+y(Ni_a-Co_b-Mn_c-Y_d)O₂表示的基础活性材料，其中，Y为选自Mg、Zn、Al、Ga、Cu、B、Zr和Ti中的至少一种，y为0至0.5，a为0.1至0.6，b为0.05至0.5，c为0.25至0.8，d为0至0.02，并且a、b、c和d的总和为1；以及

位于所述基础活性材料上的涂层，该涂层由含有Li₂O、B₂O₃和LiX的玻璃相构成，其中，LiX为Li₂F₂、Li₂Cl₂和Li₂SO₄中的至少一种，相对于玻璃相的总量，Li₂O的摩尔百分数为43％至75％，B₂O₃的摩尔百分数为25％至57％，Li_2nX₂的摩尔百分数为大于0％且不大于20％，并且Li₂O、B₂O₃和Li_2nX₂的摩尔百分数之和为100％。

相对于复合材料的总量，所述基础活性材料的含量可以为90重量％至99.9重量％，优选为94重量％至99重量％，更优选为97重量％至98重量％，所述涂层的含量可以为0.1重量％至10重量％，优选为1重量％至6重量％，更优选为2重量％至3重量％。

优选地，相对于所述玻璃相的总量，Li₂O的摩尔百分数为55％至65％，B₂O₃的摩尔百分数为25％至35％，LiX的摩尔百分数为5％至15％。

在一种实施方式中，本发明提供了一种制备本发明的复合材料的方法，该方法包括如下步骤：

(1)将所述基础活性材料与所述玻璃相的组分和/或所述玻璃相的组分的前驱体混合；以及

(2)将步骤(1)得到的混合物烧结。

在步骤(1)中，所述混合可以为干混合。

在步骤(1)中，所述混合也可以在溶剂中进行，该溶剂可以选自水、丙酮和甲醇中的至少一种。