[发明专利]锂电池用氧化锰复合电极

说明书

本申请是分案申请，其母案的申请日为2004年11月17日、申请号为200480044357.4，名称为“锂电池用氧化锰复合电极”。

发明的合同来源

按照美国能源部（DOE）和代表Argonne National Laboratory的芝加哥大学之间的合同No.W-31-109-ENG-38，美国政府在本发明中拥有权利。

相关申请

按照37 C.F.R. 1.78（c），本申请要求基于2004年9月3日提交的临时申请序列No. 60/607125的优先权。

技术领域

本发明涉及用于非水锂电池和电池组的锂-金属-氧化物电极。锂电池和电池组广泛用作众多设备的电源，如电子、医疗、运输、航空和国防系统中使用的那些。

发明内容

本发明涉及用于非水锂电池和电池组的金属氧化物电极。更具体地，本发明涉及含有锰的锂金属氧化物作为其前体的活性电极，含有锰的锂金属氧化物具有式xLi₂MnO₃·(1-x)LiMn_2-yM_yO₄，0<x<1和0≤y<1，其中Li₂MnO₃和LiMn_2-yM_yO₄组分分别具有层状和尖晶石型结构，并且其中M为一种或多种金属阳离子，所述活性电极通过从所述前体中除去氧化锂（Li₂O）或锂和氧化锂被活化，M阳离子选自一价、二价、三价或四价阳离子的一种或多种，优选选自Li⁺、Mg²⁺、Ni²⁺、Ni³⁺、Co²⁺、Co³⁺、Al³⁺、Ti⁴⁺和Zr⁴⁺离子。层状Li₂MnO₃组分的锰离子或锂和锰离子被M阳离子的部分取代可发生在合成过程中，这将改变这种组分的化学计量，同时保持复合电极中的电荷中性。通过从层状Li₂MnO₃和尖晶石LiMn_2-yM_yO₄组分中除去氧化锂和锂，或如果组分为例如Li₂MnO₃（或者Li₂O·MnO₂）和Li_1.33Mn_1.67O₄（y=0.33，或者Li₂O·2.5MnO₂）的话，通过仅除去氧化锂，可在化学上或电化学上活化前体电极。本发明扩展到包括其中层状Li₂MnO₃组分被具有复合结构的层状xLi₂MnO₃·(1-x)LiM’O₂(0<x<1)组分代替的活性电极，其中层状LiM’O₂子组分的M’离子选自一种或多种第一行过渡金属离子，任选地被10%或更少的Li、Mg和/或Al离子代替。

本发明的原理扩展到包括其中xLi₂MnO₃·(1-x)LiMn_2-yM_yO₄电极前体的Li₂MnO₃或LiMn_2-yM_yO₄组分被包含氧化锂作为子组分的Li₂O·zMnO₂组分代替的其它活性电极，Li₂O·zMnO₂组分不具有层状或尖晶石型结构，如具有锂化α-型MnO₂结构或锂化γ-型结构MnO₂结构的0.15Li₂O·MnO₂组分（或者Li₂O·6.67MnO₂组分；z=0.67），通过从它们的结构中除去氧化锂，或锂和氧化锂，在化学上或电化学上活化前体电极。