[发明专利]锂蓄电池

说明书

本发明涉及锂蓄电池，具体地说，涉及含有以具有尖晶石结构的锂锰复合氧化物作为活性材料的阴极的锂蓄电池。

近来，便携和无绳电子设备越来越流行。作为这种设备的电源，迫切需要具有高能量密度、小型且轻便的蓄电池。为满足这种需求，含有非水性电解液的锂蓄电池已投入了实际应用。

一般来说，锂蓄电池包括一个具有含锂化合物作为活性材料的阴极、一个具有能够吸附和解吸锂的材料(如碳物质或锂金属)作为活性材料的阳极、以及一层含有非水性电解液或固体电解质的隔离层。用作阴极活性材料的含锂化合物包括，例如目前使用的LiCoO₂、LiNiO₂和LiMn₂O₄。近来，人们把注意力投向尖晶石结构的锂锰复合氧化物，例如典型的LiMn₂O₄，因为这种复合氧化物可产生高的氧化-还原电位，并且因为制造这种复合氧化物的原料价格低廉，从而可望能稳定地获得这种复合氧化物。在这种情况下，提出了含有该复合氧化物作为阴极活性材料的各种锂蓄电池。

例如，日本已公开的专利申请94-333562披露了一种含有LiMn₂O₄型化合物作为阴极活性材料的锂蓄电池，其中该化合物是球形颗粒状的，具有均匀的粗糙表面，其中值直径为0.5-0.6微米，粒径为0.1-1.1微米。日本已公开专利申请96-69790披露了一种含有锂锰复合氧化物作为阴极活性材料的锂蓄电池，其中复合氧化物的比表面积为0.05-5.0m²/g。

但是含有这种尖晶石结构的锂锰复合氧化物作为阴极活性材料的常规锂蓄电池在蓄电池容量和充放电循环特性方面仍不能令人满意。

因此，本发明的目的是提供一种具有高容量和优良的充放电循环特性的锂蓄电池。

本发明提供上述种类的锂蓄电池，其特征在于所述尖晶石结构的锂锰复合氧化物颗粒是中空的、由初级颗粒烧结而成的球形次级颗粒，所述次级颗粒的平均粒径为1-5微米，比表面积为2-10m²/g。

在上述锂蓄电池中，所述尖晶石结构的锂锰复合氧化物可用通式Li(Mn_2-xLi_x)O₄表示，其中0＜x＜0.02，并且Mn部分地被Cr、Ni、Fe、Co或Mg所代替。

由于锂蓄电池使用粒径和比表面积控制在上述的数值范围内的尖晶石结构的锂锰复合氧化物球形中空颗粒作为阴极活性材料，所以非水性电解液能很好地渗入球形的中空颗粒中，同时避免了分解，并且增大了非水性电解液和颗粒之间的接触面积。从而改善了本发明锂蓄电池中阴极活性材料的利用程度。另外，由于阴极活性材料含有相对较大的由初级颗粒烧结而成的次级颗粒，因此它能在具有适当大的比表面积的同时能很好地成形。即使减少添加的粘合剂的量，该材料仍能成形成具有增加的单位体积能量密度的阴极。

在上述锂蓄电池中，所述尖晶石结构的锂锰复合氧化物可用通式Li(Mn_2-xLi_x)O₄表示，其中0≤x≤0.1。

在上述锂蓄电池中，所述尖晶石结构的锂锰复合氧化物可用通式Li(Mn_2-xLi_x)O₄表示，其中0＜x＜0.02。

在上述锂蓄电池中，所述尖晶石结构的锂锰复合氧化物可用通式Li(Mn_2-xLi_x)O₄表示，其中0≤x≤0.1，并且Mn部分地被Cr、Ni、Fe、Co或Mg所代替。

当用于本发明的尖晶石结构的锂锰复合氧化物用通式Li(Mn_2-xLi_x)O₄表示时，x宜落在0≤x≤0.1的范围内，以便使得到的蓄电池具有更高的能量效率和更优良的充放电循环特性。最好的是，所述通式Li(Mn_2-xLi_x)O₄中的x落在0＜x＜0.02的范围内，以便使得到的蓄电池具有更加高的能量效率和更加优良的充放电循环特性。

另外，在本发明中还可使用通过用任何Cr、Ni、Fe、Co和/或Mg取代部分锰的位置而衍生自Li(Mn_2-xLi_x)O₄的任何其他尖晶石结构的锂锰复合氧化物，并获得相同的结果。