掺混的阴极材料的制作方法
【专利摘要】描述了正电活性材料，其包括：具有如下组成的磷酸锰铁锂化合物：LiaFe1-x-yMnxDy(PO4)z，其中1.0<a<1.10，0<x≤0.5，0≤y≤0.10，1.0<z≤1.10并且D选自由Co、Ni、V、Nb及其组合组成的组；以及锂金属氧化物，其中磷酸锰铁锂化合物任选地掺杂有Ti、Zr、Nb、Al、Ta、W、Mg或F。还描述了含有正电活性材料的电池。
【专利说明】掺混的阴极材料
[0001]以引用方式并入
[0002]本文引用的所有专利、专利申请和出版物的全部内容都据此以引用的方式以全文并入本文，以便更全面地描述到本文所描述的发明日期为止本领域技术人员已知的技术状态。
[0003]相关申请
[0004]本申请要求2011年7月25日提交的美国专利申请第61/511，280号，及2011年8月17日提交的美国专利申请第61/524，532号的较早提交日期的权益，所述申请的全部内容据此以引用的方式并入本文。
[0005]本申请与2002年12月23日提交的美国专利申请第10/329，046号，即现在的美国专利第7，338，734号相关，其全部内容据此以引用的方式并入本文。
[0006]本申请还与2010年8月25日提交的美国专利申请第12/868，530号相关，其全部内容据此以引用的方式并入本文。
[0007]背景
[0008]电池从电化学反应产生能量。电池通常包括:正电极和负电极；离子电解质溶液，该溶液支持离子在两个电极之间来回运动；及多孔分隔体，该分隔体确保两个电极不会接触但是允许离子在两个电极之间来回行进。 [0009]当代的便携式电子器具几乎完全依赖于可再充电的锂(Li)离子电池作为电源。这种情况激励了持续努力增加该电池的能量存储能力、功率容量、循环寿命和安全特性，及降低该电池的成本。锂离子电池或锂离子电池单元是指具有能够在比锂金属的锂化学势高的锂化学势下存储大量锂的负电极的可再充电电池。当对锂离子电池进行充电时，锂离子从正电极行进至负电极。在放电时，这些离子返回至正电极，从而在过程中释放能量。
[0010]在Li离子电池中，电池单元包括用于正电极(或阴极)的锂过渡金属氧化物、用于负电极(或阳极)的碳/石墨，及用于电解质的在有机溶剂中的锂盐。除了锂过渡金属氧化物之外，最近，还使用锂金属磷酸盐作为阴极电活性材料。
[0011]然而，存在与目前的锂离子正电极活性材料相关联的某些缺陷。具体地，锂过渡金属氧化物材料，尽管具有较高的能量密度，但通常导致电池在高温下具有热失控问题。通常，为了改善滥用耐受性能，将陶瓷电阻层涂布在分隔体或电极上。这给电池单元增加了额外成本。
[0012]相反地，锂过渡金属磷酸盐材料，虽然具有良好的固有热安全性，但是遭受低电子电导率和相对较低的能量密度问题，这至少部分由于锂过渡金属磷酸盐粉末的固有性质，包括较低的电池单元电位、低固有密度，及由于它的小颗粒尺寸引起的低堆积密度。
发明概要
[0013]本发明提供了具有改进的热安全性的高能量密度锂离子电池材料。
[0014]在某些实施方案中，描述了正电活性材料。正电活性材料包括具有如下组成的磷酸锰铁锂化合物:LiaFeh_yMnxDy(PO4)z，其中 1.0〈a ( 1.10，0〈x ^ 0.5,0 ^ y ^ 0.10，1.0<z ( 1.10并且D选自由Co、N1、V、Nb及其组合组成的组；以及锂金属氧化物，其中磷酸锰铁锂化合物任选地掺杂有T1、Zr、Nb、Al、Ta、W、Mg或F。
[0015]在某些实施方案中，纳米级磷酸锰铁锂化合物为LiFehMnxPO4并且
0.400〈χ〈0.500。
[0016]在某些实施方案中，纳米级磷酸锰铁锂化合物为LiFei_xMnxP04并且χ < 0.450。
[0017]在某些实施方案中，纳米级磷酸锰铁锂化合物为LiaFei_x_yMnxDyP04并且χ〈0.500并且0.001<y<0.100。
[0018]在某些实施方案中，纳米级磷酸锰铁锂化合物为LiaFei_x_yMnxDyP04并且x〈0.500并且0.001<y<0.050。
[0019]在某些实施方案中，纳米级磷酸锰铁锂化合物为LiaFei_x_yMnxCoyP04并且x〈0.500并且 0.001<y<0.050。
[0020]在某些实施方 案中，纳米级磷酸锰铁锂化合物为LiaFei_x_yMnxNiyP04并且x〈0.500并且 0.001<y<0.050。
[0021]在某些实施方案中，纳米级磷酸锰铁锂化合物为LiaFei_x_yMnxVyP04并且x〈0.500并且0.001<y<0.050。
[0022]在某些实施方案中，纳米级磷酸锰铁锂化合物为一种或多种选自由以下组成的组的电活性材料:
【权利要求】
1.一种正电活性材料，其包含: 具有如下组成的磷酸锰铁锂化合物:LiaFei_x_yMnxDy (PO4) z，其中1.0〈a ^ 1.10,0〈x≤0.5，0≤y≤0.10，1.0<z ( 1.10并且D选自由Co、N1、V、Nb及其组合组成的组；以及 锂金属氧化物， 其中所述磷酸锰铁锂化合物任选地掺杂有T1、Zr、Nb、Al、Ta、W、Mg或F。
2.根据权利要求1所述的正电活性材料，其中所述纳米级磷酸锰铁锂化合物为LiFe1^xMnxPO4 并且 0.400〈χ〈0.500。
3.根据权利要求1所述的正电活性材料，其中所述纳米级磷酸锰铁锂化合物为LiFe1JMnxPO4 并且 χ ≤ 0.450。
4.根据权利要求1所述的正电活性材料，其中所述纳米级磷酸锰铁锂化合物为LiaFe1TyMnxDyPO4 并且 χ〈0.500 并且 0.001<y<0.100。
5.根据权利要求1所述的正电活性材料，其中所述纳米级磷酸锰铁锂化合物为LiaFemMnxDyPO4 并且 χ〈0.500 并且 0.001<y<0.050。
6.根据权利要求1所述的正电活性材料，其中所述纳米级磷酸锰铁锂化合物为LiaFe1TyMnxCoyPO4 并且 χ〈0.500 并且 0.001<y<0.050。
7.根据权利要求1所述的正电活性材料，其中所述纳米级磷酸锰铁锂化合物为LiaFe1^yMnxNiyPO4 并且 χ〈0.500 并且 0.001<y<0.050。
8.根据权利要求1所述的正电活性材料，其中所述纳米级磷酸锰铁锂化合物为LiaFe1TyMnxVyPO4 并且 χ〈0.500 并且 0.001<y<0.050。
9.根据权利要求1所述的正电活性材料，其中所述纳米级磷酸锰铁锂化合物为一种或多种选自由以下组成的组的电活性材料:
10.根据权利要求1所述的正电活性材料，其中所述锂金属氧化物选自由以下组成的组:锂镍钴招氧化物(NCA)、锂镍钴镁氧化物(NCMg)、锂镍钴猛氧化物(NCM)、锂镍钴稀土氧化物(NCRE)、尖晶石锂锰氧化物(LMO)、层状层状氧化物阴极(LLC)、锂钴氧化物(LCO)、层状Mn氧化物及其组合。
11.根据权利要求1所述的正电活性材料，其中所述锂金属氧化物为锂镍钴锰氧化物(NCM) ο
12.根据权利要求1所述的正电活性材料，其中所述锂金属氧化物为锂镍钴铝氧化物(NCA) ο
13.根据权利要求1所述的正电活性材料，其中所述锂金属氧化物为锂镍钴锰氧化物(NCM)并且所述磷酸锰铁锂为LiFehMnxPO4，其中0.400〈χ ( 0.450。
14.根据权利要求1所述的正电活性材料，其进一步包含另外的锂过渡金属聚阴离子化合物。
15.根据权利要求1所述的正电活性材料,其中正电极活性材料包含约10-90%的磷酸锰铁锂化合物。
16.根据权利要求1所述的正电活性材料,其中正电极活性材料包含约40-70%的磷酸锰铁锂化合物。
17.根据权利要求1所述的正电活性材料，其中所述磷酸锰铁锂化合物为具有约IOOnm或更小的尺寸的颗粒物形式。`
18.根据权利要求1所述的正电活性材料，其中所述磷酸锰铁锂化合物为具有大于约5m2/g的比表面积的颗粒物形式。
19.根据权利要求1所述的正电活性材料， 其中所述磷酸锰铁锂化合物为颗粒物形式； 所述锂金属氧化物为颗粒物形式；以及 所述磷酸锰铁锂化合物与所述锂金属氧化物的比表面积比率介于0.5至500之间。
20.一种锂离子电池，其包括包含根据权利要求1所述的正电极活性材料的正电极。
21.根据权利要求19所述的锂离子电池，其进一步包含石墨阳极。
【文档编号】H01M4/52GK103828099SQ201280044780
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年7月25日 优先权日:2011年7月25日
【发明者】S-Y·尹, R·艾奥科, J·J·曹, C·徐 申请人:A123系统公司