对 23. 0g的LiOH.H20和通过共沉淀法制成的11.lg水合的NiQ.Q1MnaQ2Coa97(0H)2.nH20氢氧化 物粉红色粉末进行固态反应来制成。在任意混合器中混合粉末。在混合之后，混合的粉末被 转移到氧化铝高温托盘并且首先在500°C下在空气中加热10小时。针对此第一步骤的熔炉 的斜坡速率为每分钟2°C。在关闭熔炉之后将样本在熔炉中冷却。样品随后由研钵和杵进 行研磨，然后进行筛分并且在1050°C下在空气中再烧5小时，斜坡速率为每分钟2°C，并且 在完成烧制之后，使用熔炉关闭的自然冷却速率。最终烧结的黑色粉末由研钵和杵捣碎并 研磨，随后进行筛分以用于在电化学测试中用作阴极活性材料。使用JE0LNikonNeoscope SEM仪器拍摄最后粉末的扫描电子显微照片（SEM)。图11中示出了示例性显微照片。次要 颗粒尺寸的尺寸在大约10微米到大约30微米的范围内。
[0071]实例 6
[0072] 实例5中合成的阴极活性材料被加工成电极叠层以评估其电化学性能。通过在 NMP溶剂中制成90重量％的活性材料、5重量％的SuperP碳和5重量％的PVDF粘合剂的 料浆来形成每个电极叠层。使用刮刀将料浆浇注到铝集流体片材上。湿电极叠层首先在空 气烘箱中在70-80°C下干燥~4小时，然后在70-80°C下加热真空干燥过夜（~16小时）。 电极叠层被压延。尺寸为9/16〃直径的电极从铝片被冲压并且制造成尺寸2032纽扣电池 (}1〇118611，如口311)。纽扣电池包含作为反电极（例如，阳极）的锂以及3:7^1:.，￡(：:￡1〇溶 剂和1. 2MLiPF6盐的电解质混合物。隔板是Celgard2325三层聚丙烯。
[0073] 电池被置于MaccorSeries2000测试器上并且在恒电流模式下以各种电压窗口 在室温下循环：4. 4V到2. 75V、4. 5V到2. 75V、和4. 6V到2. 75V。在每个电压窗口进行一系 列电化学测试（例如，图12A-图12C中示出的具有结果的形成测试，图12D-图12F中示出 的具有结果的速率测试）。在形成测试期间，恒定电流（0.2C)在充电过程期间被施加到电 池，接着恒定电压充电直到电流等于或小于0.05C，随后，电池以恒定电流（0.2C)放电直到 放电结束。电池充电和放电重复三次。在速率测试期间，充电速率针对所有速率测试被固 定到0. 7C，并且随后恒定电压充电直到电流等于或小于0. 05C。施加0. 1C、0. 2C、0. 5C、1C 和2C的五种不同放电速率直到电池被完全放电。针对每个速率进行三次循环。
[0074] 为了评估材料的循环性能，将电池置于测试点并且在4. 5V和2. 75V之间工作，如 图12G中所示。在如图12G中所示完成速率研究测试之后，随后在0. 2C处放电并且在0. 2C 处充电来进行接下来的50次循环。恒电流充电随后是恒定电压充电直到电流等于或小于 0. 05C。图12H示出了针对从实例5制备的材料的位于2. 75V和4. 5V之间的dQ/dV导数曲 线。在4.IV到4. 3V处缺少峰值表明针对本发明材料中的六方型到单斜晶不存在相变。
[0075] -般可将上述可再充电电池单元用于任何类型的电子设备。例如，图13示出了便 携式电子设备1300,该便携式电子设备包括处理器1302、存储器1304和显示器1308,它们 全都由电池1306供电。便携式电子设备1300可对应于膝上型计算机、移动电话、PDA、平板 计算机、便携式媒体播放器、数字相机和/或其他类型的电池供电的电子设备。电池1306 可对应于包括一个或多个电池单元的电池组。每个电池单元可包括具有阳极集流体的阳极 和设置在阳极集流体上方的阳极活性材料。电池单元还可包括具有阴极集流体的阴极和设 置在阴极集流体上方的阴极活性材料。阴极和阳极可被密封在柔性袋中。
[0076] 阴极活性材料可具有由xLi2M03 ? (l-x)LiC〇yM'u，2表示的组合物。M可为锰、 钛、钌和/或锆。M'可为一价阳离子、二价阳离子、三价阳离子、四价阳离子和/或钌阳 离子。例如，M或M'可包含具有相等或不相等的化学计量数的金属阳离子的混合物。此 外，0.01彡x彡0.50以及0.5彡y〈l. 00。另选的，y= 1.00,M为Mn，并且组合物为 xLi2Mn03，（l_x)LiCo02。
[0077] 仅出于例示和描述的目的呈现了各种实施例的前述描述。它们并非旨在是穷举性 的或将本发明限制为所公开的形式。因此，对于本领域技术人员而言，许多修改和变型将是 显而易见的。另外，上述公开内容并非旨在限制本发明。
【主权项】
1. 一种电池单元，包括： 阳极，所述阳极包括： 阳极集流体；和 设置在所述阳极集流体上方的阳极活性材料；和 阴极，所述阴极包括： 阴极集流体；和 设置在所述阴极集流体上方的阴极活性材料，所述阴极活性材料具有由 XLi2MO3 ? (1-x)LiCoyM' u，2表示的组合物。2. 根据权利要求1所述的电池单元，其中M为锰、钛、钌和锆中的至少一者。3. 根据权利要求1所述的电池单元，其中0. 5彡y〈l. 00, M为Mn，并且M'为一价阳离 子、二价阳离子、三价阳离子、四价阳离子和钌阳离子中的至少一者。4. 根据权利要求1所述的电池单元，其中0. 01 < X < 0. 50。5. 根据权利要求1所述的电池单元，其中0. 8彡y〈l. 00,M为Mn，M'为Ni，并且所述组 合物为 XLi2MnO3 ? (I-X)LiCoyNiu y)02。6. 根据权利要求1所述的电池单元，其中所述组合物使用以下各项中的至少一者来形 成： 使用溶液共沉淀法制成的混合金属水合氢氧化物前体；和 加锂固态反应。7. 根据权利要求1所述的电池单元，其中y = 1. 00, M为锰（Mn)，并且所述组合物为 XLi2MnO3* (1-x) LiCo02。8. 根据权利要求7所述的电池单元，其中可从所述阴极活性材料可逆地提取的锂的量 大于 165mAh/g〇9. 根据权利要求7所述的电池单元，其中可从所述阴极活性材料可逆地提取的锂的量 大于 200mAh/g。10. -种便携式电子设备，包括： 由电池组供电的一组部件；和 所述电池组，所述电池组包括： 电池单元，所述电池单元包括： 阳极，所述阳极包括： 阳极集流体；和 设置在所述阳极集流体上方的阳极活性材料；和 阴极，所述阴极包括： 阴极集流体；和 设置在所述阴极集流体上方的阴极活性材料，所述阴极活性材料包含由 XLi2MO3 ? (1-x)LiCoyM' u，2表示的组合物。11. 根据权利要求10所述的便携式电子设备， 其中M为锰、钛、钌和锆中的至少一者，并且 其中M'为一价阳离子、二价阳离子、三价阳离子、四价阳离子和钌阳离子中的至少一 者D12. 根据权利要求10所述的便携式电子设备，其中y = I. 00，M为锰（Mn)，并且所述组 合物为 XLi2MnO3 ? (1-x) LiCo02。13. 根据权利要求10所述的便携式电子设备，其中0. 01 < X < 0. 50。14. 根据权利要求10所述的便携式电子设备，其中0. 5 < y〈l. 00。15. -种电池单元的阴极，包括： 阴极集流体；和 设置在所述阴极集流体上方的阴极活性材料，所述阴极活性材料具有由 XLi2MO3 ? (1-x)LiCoyM' u，2表示的组合物。16. 根据权利要求15所述的阴极，其中M为锰、钛、钌和锆中的至少一者。17. 根据权利要求15所述的阴极，其中M'为一价阳离子、二价阳离子、三价阳离子、四 价阳离子和钌阳离子中的至少一者。18. 根据权利要求15所述的阴极，其中0. 01 < X < 0. 50。19. 根据权利要求15所述的阴极，其中0. 5 < y〈l. 00。20. 根据权利要求15所述的阴极，其中y = 1. 00。21. -种阴极活性材料组合物，所述阴极活性材料组合物具有由XLi2MO3* (1-x) LiC〇yM' u，2表示的组合物。22. 根据权利要求21所述的阴极活性材料组合物， 其中M为锰、钛、钌和锆中的至少一者，并且 其中M'包括一价阳离子、二价阳离子、三价阳离子、四价阳离子和钌阳离子中的至少 一者。23. 根据权利要求22所述的阴极活性材料组合物，其中M或M'包含金属阳离子的混合 物。24. 根据权利要求23所述的阴极活性材料组合物，其中所述混合物中的所述金属阳离 子的化学计量数不相等。25. 根据权利要求21所述的阴极活性材料组合物，其中0.01 < x〈0. 50并且 0? 5 彡 y〈l. 00〇26. 根据权利要求21所述的阴极活性材料组合物，其中0. 01 < X < 0. 30并且 0? 8 彡 y〈l. 00〇
【专利摘要】本发明所公开的实施例提供了一种电池单元。该电池单元包括具有阳极集流体的阳极和设置在阳极集流体上方的阳极活性材料。该电池单元还包括具有阴极集流体的阴极和设置在阴极集流体上方的阴极活性材料。该阴极活性材料具有由xLi2MO3·(1-x)LiCoyMˊ(1-y)O2表示的组合物。
【IPC分类】H01M2/02, H01M10/052, H01M4/525, H01M10/058, H01M4/505
【公开号】CN105009335
【申请号】CN201480011680
【发明人】H·戴, C·S·约翰逊, H·吴
【申请人】苹果公司
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2014年3月11日
【公告号】US20140272563, WO2014164927A1