[发明专利]用于高能量电极的组合物和制造方法和用途

说明书

本发明提供了一种用于形成电极的材料，该材料由式Li_1+x+aMn_{1‑x‑y‑z‑w}D_wNi_yCo_zO_2‑δ表示，其中0≤a≤0.1，0.1≤x≤0.5，0≤y＜1，0≤z≤0.5，0＜w≤0.5，且0≤δ≤0.3。该材料减少了在使用富锂层状氧化物电极材料的电化学池中的电压衰减。

发明背景

本发明属于蓄电池技术的领域，并且更具体地，在电化学池的电极中使用的改进活性材料的领域中。

对于用于二次蓄电池的阴极的活性材料的研究已经得到了若干类活性材料。一类活性材料是“过锂化的(over-lithiated)”层状氧化物(OLO)，其一个常见版本可以表示为：

xLi₂MnO₃·(1-x)Li[Mn_iNi_jCo_k]O₂ (i)

其中，0＜x＜1，I+j+k＝1，且i是非零的。这样的材料对于下一代蓄电池来说是有前途的候选者，因为它们具有高比容量。此类阴极的主要缺点中的两点是：(1)在初始循环期间伴随气体生成的大的不可逆容量损失，和(2)在循环期间的电压衰减(fade)。电压衰减不仅仅降低了电池能量密度，而且从蓄电池管理的观点来看也是不可接受的。

尽管正在对OLO材料中的电压衰减进行研究(见例如，Progress ReportforSecond Quarter FY 2013，Applied Battery Research for Transportation(B&R No.VT-1102000))，对于具有改善的电压衰减性能的OLO型材料仍有需要。

发明简要概述

根据本发明的一些实施方案，本文呈现了用于减小富锂层状氧化物材料的电压衰减的组合物和方法。包括用于制造组合物的方法和用于制造和使用包含组合物的蓄电池的方法。

根据本发明的一些实施方案，电极包含由Li_1+x+aMn_1-x-y-z-wD_wNi_yCo_zO_2-δ表示的材料，其中0≤a≤0.1，0.1≤x≤0.5，0≤y＜1，0≤z≤0.5，0＜w≤0.5，且0≤δ≤0.3。D_w包含Ru和Sn。电极可以包含由Li₂MnO₃表示的材料的单斜相，并且该单斜相还可以包含在Mn位置的掺杂剂。材料可以是Li_1.17Mn_0.4Ru_0.1Sn_0.03Ni_0.2Co_0.1O₂。

根据本发明的一些实施方案，电极包含通过共沉淀或固态合成而形成的掺杂的材料。

附图的一些视图的简述

图1图示了对于若干化合物来说电压性能作为循环的函数的表征，所述若干化合物包括对照化合物和根据本发明实施方案形成的化合物。

发明详述

以下定义用于关于本发明的一些实施方案描述的一些方面。这些定义可以在本文中扩展。可以进一步通过描述、图和实例说明和示例各个术语。在此说明书中，对术语的解释应当考虑在此呈现的完整描述、图和实例。

单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“该”包括复数，除非上下文明清楚地另外指明。因此，例如，对一个对象的引用可以包括多个对象，除非上下文明清楚地另外指明。