[发明专利]电极材料、电极材料用于基于锂离子的电化学电池的用途、基于锂离子的电化学电池

说明书

本发明涉及用于基于锂离子的电化学电池的电极材料，其包括选自由尖晶石型锂镍锰氧化物、尖晶石型锂锰氧化物或其混合物构成的组的含Mn尖晶石型金属氧化物的初级颗粒，其中，所述含Mn尖晶石型金属氧化物的Mn被选自由Si、Hf、Zr、Fe、Al、V或其混合物构成的组的取代元素部分地取代；并且所述初级颗粒聚集以便于形成次级颗粒，所述次级颗粒具有微球体的形状。

技术领域

本发明涉及一种包括含锰尖晶石型金属氧化物的初级颗粒的电极材料，其中，含锰尖晶石型金属氧化物的锰被部分地取代，并且初级颗粒被聚集以形成次级颗粒，所述次级颗粒具有微球体的形状。本发明进一步涉及该电极材料用于基于锂离子的电化学电池的用途以及基于锂离子的电化学电池。

背景技术

为了改进现有技术的诸如锂离子蓄电池的电化学电池，需要改进电极材料的电化学性能。

发明内容

该任务由根据如权利要求1中所提供的本发明第一方面的电极材料而实现。

据此，本发明涉及一种用于基于锂离子的电化学电池的电极材料，其包括选自由以下项目构成的组的含Mn尖晶石型金属氧化物的初级颗粒：

-尖晶石型锂镍锰氧化物，

-尖晶石型锂锰氧化物，

-或其混合物，

其中，所述含Mn尖晶石型金属氧化物的Mn被选自由Si、Hf、Zr、Fe、Al、V或其混合物构成的组的取代元素部分地取代，并且所述初级颗粒被聚集以形成次级颗粒，所述次级颗粒具有微球体的形状。

该电极材料特别是涉及一种高电压电极材料并且可以是在基于锂离子的电化学电池中的正电极的活性电极材料。术语“基于锂离子的电化学电池”特别是涉及可再充电的锂离子蓄电池。

初级颗粒包括含Mn尖晶石型金属氧化物或者由其构成。含Mn尖晶石型金属氧化物的示例是LiNi_0.5Mn_1.5O₄(LNMO)和LiMn₂O₄。初级颗粒优选是纳米颗粒(也即直径为至少1nm且小于1000nm的颗粒)。初级颗粒优选不是八面体几何结构，这与LiNi_0.5Mn_1.5O₄尖晶石和LiMn₂O₄尖晶石不同，并且可以例如是板形。

含Mn尖晶石型金属氧化物的Mn被选自由硅(Si)、铪(Hf)、锆(Zr)、铁(Fe)、铝(Al)、钒(V)或其混合物构成的组的至少一个或恰好一个取代元素部分地取代。

较小的初级颗粒相互聚集并因此形成较大的次级颗粒，后者形状为微球体。所述次级颗粒包括初级颗粒或者由其构成。

就此而言，术语“聚集的初级颗粒”意味着初级颗粒相互永久地附接和连接，从而形成机械且电化学稳定的微球体作为次级颗粒。本发明的电极材料因此包括颗粒(“初级颗粒”)，其中，来自独立结构也即次级结构的两个或更多个初级颗粒具有微球体的形状(“次级颗粒”)。次级颗粒也即微球体可以包括多于10个、优选多于50个、或甚至多于100个初级颗粒或者由其构成。

初级颗粒例如并非球形颗粒，也即它们不是中空的。

微球体是球形颗粒，具有在微米范围内的直径。本发明的微球体是中空的，也即它们包括内部空穴和外壳。

现有技术的基于未改变(也即未取代)的含Mn尖晶石型金属氧化物的电极材料往往在电化学电池中的工作条件下锰溶解。

与此不同，本发明的发明人已经发现其中Mn被选自由Si、Hf、Zr、Fe、Al、V或其混合物构成的组的取代元素部分地取代的含Mn尖晶石型金属氧化物具有提高的电化学稳定性的卓越之处。