[发明专利]锂离子电池

说明书

本发明涉及二次电池，特别是锂离子电池，其具有改进的特性，例如在格式化或者在充电/放电操作时有较少的容量损失。本发明还涉及制造所述电池的方法以及所述电池的用途。

二次电池，特别是锂离子二次电池，会因为其高能量密度和高容量而被用作移动信息设备的驱动力。此外，这类电池也用于工具、电动车和使用混合动力的车辆。

考虑到容量和能量密度很需要提供此类电池。此外在本发明的范畴中，对于实现所期望的特性还有益的是，在电池中所容纳的电极中的细孔特别是分隔物中的细孔尽可能均匀且完全地以电解质来填充。完全填充所述细孔通常是复杂的，因为在这些细孔中所容纳的气体必须被电解质挤出。这是相对缓慢并且在大多数情况下不可量化进行的过程。而将用于在填充之前将气体抽真空的方法几乎是不能可重复地实现的。

US 6,960,410B2(WO 02/091497A2)提出，在锂离子电池的电解质中添加含氟的非离子物质，以便降低电解质与电极之间的阻抗。

本发明的任务在于，提供一种二次电池，特别是锂离子二次电池，在该二次电池中，电极和分隔物中的细孔以电解质来填充或者能够以电解质来填充，使得在充电/放电操作时能够保持尽可能高的电池容量。

本任务通过锂离子电池来解决，所述锂离子电池包括组件(a)至(e)：

(a)阳极；

(b)阴极；

(c)分隔物；

(d)电解质，其包括锂盐和非水溶剂；

(e)至少一种非离子型表面活性物质。

其中，分隔物优选为非电子导电的或者仅仅是很差地电子导电的，并且最好包括至少部分地允许物质透过的载体，其中该载体最好在至少一面上以无机材料涂覆，其中最好使用一种有机材料作为至少部分地允许物质透过的载体，该载体最好构成为无纺绒头织物(Vlies)，其中所述有机材料最好包括聚合物并且特别优选地包括聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，其中有机材料以无机材料，最好是离子导电的无机材料涂覆，所述无机材料更优选地在从-40℃至200℃的温度范围内是离子导电的，其中无机材料优选地包括元素Zr、Al、Li中的至少一种的氧化物、磷酸盐、硫酸盐、钛酸盐、硅酸盐、铝硅酸盐的组中的至少一种化合物，特别优选为二氧化锆，并且其中无机的离子导电的材料优选地具有最大直径在100nm以下的颗粒。

在下文中，术语“锂离子电池”和“锂离子二次电池”被同义地使用。该术语还包括术语“锂电池”、“锂离子充电电池”和“锂离子原电池”。锂离子充电电池通常由单个锂离子电池的串联或并联来构成。这就意味着，术语“锂离子电池”被用作上述在现有技术中通用的术语的总称。

术语“正电极”意味着在将电池与用电器，例如电动机相连时能够接收电子的电极。因此，正电极是阴极。术语“负电极”意味着在工作时能够给出电子的电极。因此，负电极是阳极。

根据本发明的电池的阳极(a)能够由多种材料制成，这些材料适用于具有锂离子电解质的电池。例如，负电极能够包含锂金属或合金形式的锂，其可以是薄膜形式、栅格形式或者颗粒形式，它们通过适合的接合剂组装到一起。而使用锂金属氧化物，比如锂钛氧化物同样是可能的。总的来说，可使用所有能够与锂形成嵌入化合物的材料。因此，适合用于负电极的材料包括例如石墨、人造石墨、炭黑、中间相碳、掺杂碳、富勒烯、氧化铌(Niobpentoxid)、锡合金、氧化钛、氧化锡、和这些物质的混合物。

根据本发明的电池的阴极(b)最好具有化学式为LiMPO₄的化合物，其中，M是元素周期表中的至少一种第一行的过渡金属阳离子，其中所述过渡金属阳离子最好从由Mn、Fe、Ni和Ti或者这些元素的组合所构成的组中选取，并且其中所述化合物最好具有橄榄石结构，最好为高级橄榄石，其中特别优选为Fe。

可将总化学式为LiFePO₄的、具有橄榄石结构的磷酸铁锂用于根据本发明的锂离子电池。然而还有可能的是，使用包含从Mn、Cr、Co、Cu、Ni、V、Mo、Ti、Zn、Al、Ga、B和Nb所构成的组中选取的元素M的磷酸铁锂。此外还有可能的是，磷酸铁锂包含碳以便增强导电性。

在另一个实施方式中，用于制造正电极的、具有橄榄石结构的磷酸铁锂具有总化学式Li_xFe_1-yM_yPO₄，其中M是至少一种从Mn、Cr、Co、Cu、Ni、V、Mo、Ti、Zn、Al、Ga、B和Nb所构成的组中选取的元素，其中0.05＜x≤1.2且0≤y≤0.8。

在一个实施方式中，x＝1且y＝0。