[发明专利]锂离子电池正极金属氧化物材料及锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池正极材料及电池，特别是涉及一种锂离子电池正极金属氧化物材料及锂离子电池。

背景技术

现有的锂离子电池一般包含有一个包括碳(Li_xC)的负极(cathode)、一个包括金属氧化物或是磷酸盐类(phosphonate)化合物的一个正极材料的正极(anode)、一个分隔该负极与该正极的高分子隔离膜，及一个灌注于该负极与该正极间且含锂盐(lithium salts)的非水溶性电解质。当该锂离子电池进行充放电反应时，该正极材料晶格内的锂离子随着氧化还原作用进出该正极材料晶格，锂离子则通过该非水溶性电解质在该正极与该负极间传递。目前最被熟知的该正极材料是一个单一元素层状结构(layered-type)氧化物Li_xMO₂(M＝Co或Ni)、一个尖晶石(Spinel)结构Li_xMn₂O₄，或一个橄榄石(Olivine)结构Li_xFePO₄，上述的化学物质已被研发并广泛应用于不同储能系统。以该单一元素层状结构氧化物为例，因为该正极材料受限于结构稳定性，必须保持x≥0.5，因此实际的比电容量(specific capacity)一般低于140mAh/g。

另一种包含多种固溶金属元素的层状结构化合物(国际公布号WO 2008/137241A1)，该层状结构化合物的化学式为Li[Li_xMn_aNi_bCo_cM¹_dM²_e]O2，，其中M1与M2是Mn、Ni或Co以外的金属，x+a+b+c+d+e＝1；-0.5≤x≤0.2；0≤a≤0.80；0≤b≤0.75；0≤c≤0.88；0≤d+e≤0.30，该层状结构化合物属于R-3m空间群(space group)，且主要结构为具有O3晶格(lattice)排列的一个单相结构，因为该单相结构的层间结构稳定，不会因锂离子进出导致该层状结构化合物崩解，因此有机会能够克服结构的稳定度与增加比电容量，但此结构的比电容量尚无法突破180mAh/g。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有较高比电容量的锂离子电池正极金属氧化物材料。

本发明的锂离子电池正极金属氧化物材料，其特点是：该锂离子电池正极金属氧化物材料为Li(Li_wNi_xCo_yMn_z)O₂，其中w+x+y+z＝1，且该锂离子电池正极金属氧化物材料具有空间群C2/m单相结构。

本发明的锂离子电池正极金属氧化物材料，其中w和x和y和z皆不为0。

本发明的锂离子电池正极金属氧化物材料，其中0.42≤z≤0.60。

本发明的锂离子电池正极金属氧化物材料，其中0.50≤z≤0.60。

本发明的锂离子电池正极金属氧化物材料，其中0.02≤w≤0.20。

本发明的锂离子电池正极金属氧化物材料，其中0.30≤x+y≤0.55。

本发明的锂离子电池正极金属氧化物材料，其中0.02≤w≤0.14，0.26≤x≤0.44，0.02≤y≤0.12，及0.48≤z≤0.54。

本发明的锂离子电池正极金属氧化物材料的有益效果在于：通过C2/m空间群单相结构，控制氧层以ABAB的方式排列，能使晶格内的锂离子在充放电时几近完全释放，而不会影响结构稳定性，而产生具有较高比电容量的效果。

本发明的另一目的是提供一种具有较高比电容量的锂离子电池。

于是，本发明的一种锂离子电池，其特点是：该锂离子电池，包含一个负极、一个正极、一种电解质，及一个分隔该负极与该正极的隔离膜，该正极包括一种锂离子电池正极金属氧化物材料Li(Li_wNi_xCo_yMn_z)O₂，其中w+x+y+z＝1，且该锂离子电池正极金属氧化物材料具有空间群C2/m单相结构。

本发明的锂离子电池，其中w和x和y和z皆不为0。

本发明的锂离子电池，其中0.42≤z≤0.60。

本发明的锂离子电池，其中0.50≤z≤0.60。