高容量正极活性材料和包含所述高容量正极活性材料的锂二次电池
2020-01-06

高容量正极活性材料和包含所述高容量正极活性材料的锂二次电池

本发明提供一种高容量锂二次电池,其包含具有层状结构的锂锰氧化物和尖晶石基锂锰氧化物,所述具有层状结构的锂锰氧化物在高压下过充电的情况中展示高的不可逆容量。因为基于正极电位在4.45V以上的高电压下将其活化,所以能够提供利用所述尖晶石基锂锰氧化物的3V范围的额外的锂,并在整个SOC区域上能够获得均匀的曲线。因为所述锂二次电池包含含有所述尖晶石基锂锰氧化物和所述具有层状结构的锂锰氧化物的混合正极活性材料并在高电压下进行充电,所以可以提高其稳定性。此外,能够实现一种高容量电池,其具有大的可利用SOC区域并具有提高的稳定性而不会因在SOC区域中的快速压降而造成输出不足。

在对锂二次电池进行充电的过程中,可在形成步骤中、或在形成步骤之后的每几个循环或每个循环中基于正极电位在4.45V以上的电压下对锂二次电池进行充电。

至于混合正极活性材料即尖晶石基锂锰氧化物和由表示的具有层状结构的锂锰氧化物的组成,基于混合物的总重量,由表示的具有层状结构的锂锰氧化物的含量为40重量%~99重量%,优选60重量%~90重量%,且尖晶石基锂锰氧化物或其与导电材料的复合物的含量为1重量%~60重量%,优选10重量%~40重量%。

本发明提供一种包含具有层状结构的锂锰氧化物和尖晶石基锂锰氧化物的正极活性材料以及包含所述正极活性材料的锂二次电池,所述具有层状结构的锂锰氧化物在相对高的电压(即,基于正极电位为4.45V以上)下进行充电时展示大的不可逆容量。

(充电)Li2Mn4+〇3-2Li+e-+l/2〇2+Mn4+〇2

考虑到稳定性和顺利性,可在每个运行循环中实施充电过程或在电池形成步骤中实施一次或几次充电过程。为了在每个循环中进行充电,需要能够在4.45V以上高电压下稳定运行的电解质,但在当前技术阶段难以获得这种电解质。

发明内容

负极集电器通常具有3μπι~500μπι的厚度。负极集电器没有特别限制,只要其具有电导率而不会在相应电池中造成化学变化即可。例如,所述负极集电器可包括铜,不锈钢,铝,镍,钛,碳材料,通过利用碳、镍、钛、银等对铜或不锈钢的表面进行处理而得到的形式。此外,与正极集电器类似,负极集电器可具有在其表面上形成的细小凹陷和凸起以提高负极活性材料的粘合强度,或可具有各种形式如膜、片、箱、网、多孔体、发泡剂、无纺布体等。

另外,由于通过使用具有层状结构的锂锰氧化物的高的不可逆容量来利用尖晶石基锂锰氧化物的3V范围,所以能够利用尖晶石基锂锰氧化物的3V和4V两个范围而使单电池的容量最大化并在3V~4V范围内实现具有轻微倾斜的电压曲线,由此提供具有增大的可利用的SOC区域和提高的稳定性的锂二次电池。

由表示的具有层状结构的锂化合物可以是当基于正极电位在4.45V以上的电压下对锂二次电池进行充电时具有接近4.45V~4.8V的电位平台,并产生氧的材料。相对于100重量%的混合正极活性材料,所述混合正极活性材料可包含1重量%~60重量%的由表示的尖晶石基锂锰氧化物和40重量%~99重量%的由表示的具有层状结构的锂锰氧化物。

Description

为了实现上述目的,提供了一种锂二次电池,其包含通过将由下面显示的表示的尖晶石基锂锰氧化物和由下面显示的表示的具有层状结构的锂锰氧化物进行混合而得到的混合正极活性材料,并基于正极电位在4.45V以上的电压下进行充电。

aLi2Mn〇3-(l-a)LiM〇2

]t匕处,0<x<1,0<y<0.34且0<z<1,M是选自Mg、Al、Ni、Co、Fe、Cr、Cu、B、Ca、Nb、Mo、Sr、Sb、W、B、Ti、V、Zr和Zn中的一种或多种元素,且Q是选自N、F、S和Cl中的一种或多种元素。