[发明专利]复合正极活性物质、其制备方法、及含其的正极和锂电池

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年2月28日在美国专利商标局提交的美国临时申请No.61/770,911的优先权和权益，其全部内容通过参考引入本文。

技术领域

根据本发明的实施方式涉及复合正极活性物质、包含所述复合正极活性物质的正极和锂电池、和制备所述复合正极活性物质的方法。

背景技术

通常，为了用作用于锂电池的正极活性物质，使用过渡金属和锂的氧化物且这样的氧化物的实例包括LiNiO₂、LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄、LiNi_xCo_1-xO₂(0≤x≤1)和LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂(0≤x≤0.5，0≤y≤0.5)。然而，这样的正极活性物质具有有限的电容量。

因此，已经提出具有各种结构的正极活性物质。例如，根据对于高容量电池的需求，已经使用基于复合物的氧化物作为替换物。

例如，从这样的基于复合物的氧化物之中，有具有层状结构的Li₂MO₃-LiMeO₂(其中M和Me为过渡金属)作为实例。与其它正极活性物质相比，具有层状结构的基于复合物的氧化物使得能够实现大(例如，巨大)量Li离子的嵌入/脱嵌，且因此，其具有高容量性质。然而，因为从Li₂MO₃释放许多锂，因此由于过渡金属原子向空的Li离子位点中的易位，在充电/放电循环期间可发生结构变化且平均电压降低。

因此，仍需要具有高容量和改善的寿命性质及高倍率性质的正极活性物质。

发明内容

根据本发明的实施方式的方面提供具有改善的寿命性质的复合正极活性物质。

根据本发明的实施方式的方面还提供制备所述复合正极活性物质的方法。

根据本发明的实施方式的方面还提供包括所述复合正极活性物质的正极。

根据本发明的实施方式的方面还提供包括所述正极的锂电池。

根据本发明的一个实施方式，复合正极活性物质包括过锂化的(over-lithiated)锂过渡金属氧化物，所述过锂化的锂过渡金属氧化物包括由以下式1或式3表示的化合物：

[式1]

xLi_2-yM"_yMO₃-(1-x)LiM'O₂

在式1中，M为具有+4的平均氧化值且选自第4周期和第5周期元素的至少一种，M'为具有+3的平均氧化值且选自第4周期和第5周期元素的至少一种，M"不同于M且为选自第2-7周期元素的至少一种金属阳离子，且0<x<1和0<y≤1。

[式3]

xLi_2-yM"_yMO₃-x'LiM'O₂-x"Li_1+dM'''_2-dO₄

在式3中，M为选自第4周期和第5周期元素并具有+4的平均氧化值的至少一种，M'为选自第4周期和第5周期元素并具有+3的平均氧化值的至少一种，M'''为选自第4周期过渡金属和第5周期过渡金属且具有+3至+4的平均氧化值的至少一种金属，和M''不同于M、M'和M'''且为选自第2周期至第7周期元素的至少一种金属阳离子，x+x'+x"=1，0<x<1，0<x'<1，0<x"<1，0<y≤1，和0≤d≤0.33。

在式1的过锂化的锂过渡金属氧化物中，M"掺杂在Li_2-yM"_yMO₃的Li离子层中。

在一些实施方式中，在式1或式3中，0<x<0.6和0<y<0.1。

在一些实施方式中，所述过锂化的锂过渡金属氧化物进一步包括氟。

在一些实施方式中，M为选自Mn、Ti、Zr、Sn和Mo的至少一种金属。