[发明专利]具有高电压的锂离子电池

说明书

在先申请DE 10 2011 017 105.3的所有内容通过引用并入本申请中。

本发明涉及二次电池，尤其是锂离子电池，其即使在高电压输出时也具有良好的稳定性。

二次电池尤其是锂离子电池由于其高能量密度和大容量而能够用作移动信息设备的驱动功率装置。此外，这种电池还用于车辆、电驱动的汽车和混合驱动的汽车中。由于，其适合于这些应用，所以电池要在高安全性且高稳定性的情况下具有高电压、大容量以及长寿命。

已知的是，将具有橄榄石结构的锂金属磷酸盐作为阴极材料使用在锂离子电池中，因为这些材料相对于锂金属会具有高的氧化还原电位。已知的是，就锂锰磷酸盐而言，值为4.1V，对锂钴磷酸盐而言，值为5V。然而也知晓的是，在高电压影响下，电池的功率和安全性会受影响。例如，电池中的电解质和/或隔离器会不利地改变。这会导致电池失效，例如由于短路反应而导致故障，和/或进一步影响电池安全性。

本发明的任务是提供一种二次电池，尤其锂离子二次电池，其中所使用的隔离器即使在高电压时也保持尽可能稳定。

该任务和其他任务通过一种锂离子电池来解决，其具有：

（i）正电极，其至少具有带有橄榄石结构的锂过渡金属磷酸盐，其中，过渡金属选自：锰、钴、镍或这些元素中的两种或三种的混合物；

（ii）负电极；

（iii）隔离器，其将正电极与负电极彼此分离并且对于锂离子可透过；其中，隔离器具有由不导电的无纺聚合物纤维构成的无纺布，该无纺布单侧或双侧地涂覆以传导离子的无机材料;

（iv）非水性电解质。

电池

以下，将术语“锂离子电池”与“锂离子二次电池”同义地使用。这些术语也包含术语“锂电池”、“锂离子蓄电池”和“Lithium-Ionen-Zelle”。锂离子蓄电池通常由各个锂离子电池的串联或并联电路构成。这意味着，术语“锂离子电池”用作现有技术中上述常用数据的集合术语。

电极

术语“正电极”表示在电池连接到用电器（例如电动机）上时能够接收电子的电极。这种电极于是为阴极。

术语“负电极”表示在运行中能够发出电子的电极。这种电极于是为正极。

正电极

对于根据本发明的锂离子电池，使用如下阴极材料，该阴极材料包括带有橄榄石结构的锂过渡金属。由此，在一种实施形式中，磷酸盐具有通式LiXPO4，其中，X=Mn、Fe、Co或Ni，或其组合。

优选的锂过渡金属磷酸盐为锂锰磷酸盐、锂钴磷酸盐和锂镍磷酸盐。

特别优选为锂锰磷酸盐和锂钴磷酸盐。

这样的锂过过渡金属磷酸盐在现有技术中是已知的并且也可以根据已知的方法来制造，例如通过将作为初始化合物含有相应的氧化物的混合物烧结来制造，或通过将作为初始化合物含有在烧结时形成相应氧化物的化合物的混合物烧结来制造。

正电极也可以含有所述物质中的两种或三种的混合物。

正电极含有优选为纳米颗粒形式的锂过渡金属磷酸盐。

纳米颗粒可以具有任意形状，即其可以大致为球形或长形。

在一种实施形式中，锂过渡金属磷酸盐具有作为D95值测得的小于15μm的颗粒大小。优选，颗粒大小小于10μm。

在另一种实施形式中，锂过渡金属磷酸盐具有作为D95值测得的在0.005μm到10μm之间的颗粒大小。在另一种实施形式中，锂过渡金属磷酸盐具有作为D95值测得的小于10μm的颗粒大小，其中，D50值为4μm±2μm，而D10值小于1.5μm。

所说明的值通过使用如在现有技术中已知的静态激光散射（激光衍射、激光衍射测量）进行测量而测定。

此外，可能的是，锂过渡金属磷酸盐为了提高导电性而含有碳。这种化合物可以根据已知的方法制造，例如通过涂覆以碳化合物如丙烯酸或乙二醇来制造。接着，例如在2500℃的温度下进行热解。

负电极

负电极可以由多种材料制造，这些材料在现有技术中已知用于锂离子电池中。原则上，可以使用所有能够与锂形成插层复合物的材料。

例如，负电极可以含有合金形式的锂或锂金属，或为箔形式、格栅形式或颗粒形式，其通过合适的接合剂粘紧。

锂金属氧化物如锂钛氧化物的使用同样是可能的。