[发明专利]锂蓄电池

说明书

本发明涉及包括以锂钴复合氧化物或锂镍复合氧化物作为阴极活性材料的阴极的锂蓄电池。

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。含有非水性电解液的锂蓄电池已投入了实际应用以满足这种需求。

一般来说，锂蓄电池主要由一个以含锂化合物作为活性材料的阴极、一个以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、一层隔离层以及非水性电解液组成。构成蓄电池的这些单元中，用作阴极活性材料的含锂化合物包括，例如锂钴复合氧化物(LiCoO₂等)、锂镍复合氧化物(LiNiO₂等)和目前正在研究的锂锰复合氧化物(LiMn₂O₄等)。其中，LiCoO₂和LiNiO₂现已投入了实际应用。(已知与LiCoO₂相比，LiNiO₂产生更深的充放电深度(depth)以形成更大的放电容量，并且LiNiO₂原料的成本低于LiCoO₂。)

在含有锂钴复合氧化物(LiCoO₂)或锂镍复合氧化物(LiNiO₂)作为阴极活性材料的常规锂蓄电池中，使用大粒径和小比表面积的大颗粒LiCoO₂或LiNiO₂，以增加阴极活性材料的密度，从而改善蓄电池的使用，或防止蓄电池中电解液的分解。但是，含有这种大颗粒LiCoO₂或LiNiO₂的常规蓄电池的问题在于其要求浅的充放电。这是因为如果对蓄电池重复进行深的充放电，将会极大地缩短其循环寿命。但是在这种浅的充放电中，在阴极活性材料中锂离子扩散不充分，从而降低蓄电池单位体积的能量密度。

另一方面，含有小粒径和大比表面积的小颗粒LiCoO₂或LiNiO₂的锂蓄电池的问题在于与小颗粒LiCoO₂或LiNiO₂接触的电解液会分解，从而损害蓄电池的充放电循环特性和储存特性。另外，由于这种小颗粒LiCoO₂或LiNiO₂难以成形，因此这些蓄电池的另一个问题在于在成形成阴极时这种类型的LiCoO₂或LiNiO₂需要大量的粘合剂，从而降低了阴极活性材料的密度并降低蓄电池单位体积的能量密度。

鉴于这种情况，本发明的目的是解决上述问题，提供具有高容量并具有优良充放电循环特性的锂蓄电池。

本发明提供一种上述类型的锂蓄电池，其特征在于上述锂钴复合氧化物是中空球形颗粒烧结物，上述烧结物的平均粒径约为1-5微米，比表面积约为2-10m²/g。

在上述锂蓄电池中，所述锂钴复合氧化物可以是LiCoO₂。其中的Co可以被至少一种选自Cr、Mn、Fe、Ni、Mg和Al的元素部分取代或不取代。所述烧结物的平均粒径约为2.8-4.3微米，比表面积约为2.0-3.9m²/g。

在上述锂蓄电池中，所述锂镍复合氧化物可以是LiNiO₂。其中的Ni可以被至少一种选自Cr、Mn、Fe、Co、Mg和Al的元素部分取代或不取代。所述烧结物的平均粒径约为3.0-4.6微米，比表面积约为2.1-4.1m²/g。

上述锂蓄电池还包括以能吸附和解吸锂离子的材料、锂金属或锂合金作为活性材料的阳极，以及含有非水性电解液或固体电解质的隔离层。

在含有这种粒径和比表面积控制在所述范围内的中空球形锂钴复合氧化物或锂镍复合氧化物颗粒作为阴极活性材料的本发明锂蓄电池中，非水性电解液在避免分解的同时能很好地渗入中空球形颗粒中，增大了非水性电解液和颗粒之间的接触面积。从而改善了本发明蓄电池中阴极活性材料的使用程度。另外，由于阴极活性材料含有相对较大的由初级材料烧结而成的次级颗粒，所以这种材料在具有适当大的比表面积的同时能很好地成形。即使减少所添加的粘合剂的量，该材料也能成形成单位体积能量密度较大的阴极。