[发明专利]锂离子电池组电池及其制造方法

说明书

锂离子电池组电池及其制造方法。本发明涉及一种锂离子电池组电池（10），其具有阴极（14），所述阴极具有集流体（14a）和被涂覆在所述集流体（14a）上的LiNi_0.5Mn_1.5O₄作为阴极活性材料（14b），其中由锂铌氧化物构成的第一层（18）被涂覆到所述阴极活性材料（14b）上，而且其中由磷酸锂构成的第二层（20）被涂覆到所述第一层（20）上。本发明还涉及一种用于制造这种锂离子电池组电池（10）的方法以及一种电驱动机动车（2）。

技术领域

本发明涉及一种具有阴极的锂离子电池组电池，该阴极具有LiNi_0.5Mn_1.5O₄作为阴极活性材料。本发明还涉及一种用于制造这种锂离子电池组电池的方法。

背景技术

锂离子电池组电池（Li离子电池组电池）具有多个阳极和阴极，其中在阳极与阴极之间分别布置有隔膜。在此，阳极和阴极通常分别具有集流体、尤其是箔状集流体，该集流体具有被涂覆在其上的活性材料（电极材料），锂离子可以插入（嵌入）到该活性材料中而且锂离子可以从该活性材料中脱插（转移）。电池组电池还具有电解质，该电解质具有溶解在其中的导电盐、例如LiPF₆（六氟磷酸锂）；具有溶剂、例如碳酸亚丙酯的碳酸亚乙酯；而且必要时具有附加的添加剂。

例如使用分子式为LiNi_xMn_yCo_zO₂的镍钴锰酸锂（Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxid，NMC），作为阴极的活性材料，该活性材料在下文也被称作阴极活性材料，其中优选地适用x + y + z = 1。尤其是，富镍的镍钴锰酸锂，如LiNi_0.60Mn_0.20Co_0.20O₂（NMC 622）或LiNi_0.80Mn_0.10Co_0.10O₂（NMC 811）作为阴极活性材料具有比较高的比容量。不过，镍钴锰酸锂由于有钴（Cobalt）以及由于镍份额比较高而比较昂贵。

替选于此，使用具有尖晶石结构的锂金属氧化物、尤其是LiNi_0.5Mn_1.5O₄（LNMO），作为阴极活性材料。该锂金属氧化物比较容易合成并且在此具有比较高的能量密度。不利的是，LiNi_0.5Mn_1.5O₄的比容量降低得比较快。这是基于不同的机制。这样，例如锂金属氧化物的Mn³⁺可以在存在电解质时反应生成可溶的Mn²⁺。由于Mn²⁺的分离，锂金属氧化物发生从尖晶石结构到食盐结构的相变，其中在具有这种食盐结构的区域内不发生锂离子的嵌入和转移。此外，Mn²⁺借助于电解质到达阳极，其中Mn²⁺在阳极上被还原成金属锰，这导致形成分界层、即所谓的SEI（solid electrolyte interphase（固体电解质膜））。在此，这种分界层可阻止或者至少限制到阳极活性材料中或从阳极活性材料中出来的离子转移。

用比较高的电压对锂离子电池组电池的充电还可能加快电解质在阴极表面上的氧化，其中反应产物可能堆积在电极上，使得锂离子的插入（嵌入）和脱插（转移）变得困难。