锂离子二次电池的制作方法

专利名称：锂离子二次电池的制作方法
锂离子二次电池相关申请案本申请案主张2009年2月24日申请的美国临时申请案第61/208,443号与2008 年4月24日申请的美国临时申请案第61/125,285号权益。上述申请案的完整教示按引用 并入本文中。
背景技术：
充电电池(batteries)(例如锂离子充电电池)被广泛用作电池供电的携带式电子 装置(例如行动电话、携带式计算机、摄录象机、数字相机、PDA及类似者)的电源。 一种用于该类携带式电子装置的典型锂离子电池组采用以并联和串联配置的多数个电池 (cells)。例如，一锂离子电池组(batterypack)可包括数个串联连接的区块，其中各区块 包括一或多个并联连接的电池。各区块典型地具有一监控该区块电压位准的电子控制。 在一理想配置中，包括在电池组内的各个电池为相同。然而，当电池老化且循环时，电 池系倾向偏离初始理想条件，导致不平衡的电池组(譬如不完全相同的容量、阻抗、放 电与充电速率)。此于电池中的不平衡现象可能在该充电电池的正常操作期间造成过度 充电或过度放电，继而可能招致安全性疑虑，例如爆炸(亦即气体快速释放并有可能起 火)。典型地，锂离子充电电池仅仅使用LiCoO2型材料作为锂离子电池阴极的活性成 分。为了该类仅仅使用LiCoO2S活性阴极材料的锂离子电池被完全充电，充电电压通常 为4.20V。由于较低充电电压，容量较低，其对应于活性LiCoO2材料的较低利用性。另 一方面，由于较高的充电电压，电池较不安全。一般而言，由于安全考虑，就以LiCoO2 为基质的锂离子电池而言具有高容量(举例来说高于约3Ah)是一大挑战。为了使安全 性疑虑减至最小，降低充电电压是一个选项。然而，这将降低电池容量且继而降低电池 能量密度。为了获得更高容量，增加一个电池组内电池的数目为增加充电电压的另一选 项。然而，电池数目的增加会造成电池间的不平衡的机率增加，其可能导致在正常操作 期间过度充电或过度放电，如上文所讨论者。目前典型地用于工业的最大主流电池(cell)为所谓的” 18650”电池。此电池 具有约18毫米的外径与65毫米的长度。典型地，18650电池利用LiCoO2并具有介于 1800mAh与2400mAh之间的容量，但目前使用高达2600mAh的电池。因为和LiCoO2 相关的安全考虑，所以一般相信在大于18650电池的电池中使用LiCoO2是不安全的。在 该技艺中存在其它大于18650电池的电池，举例来说，具有约26毫米外径与65毫米长度 的” 26650”电池。26650电池典型地不含LiCoO2,且就Wh/kg与Wh/L而言比采用 LiCoO2的18650电池具有较差的性能特性。因此，需要发展用于将上述问题减至最小或克服上述问题的锂离子电池的新颖 活性阴极材料。尤其，需要发展可制造大型电池(举例来说，在体积及/或Ah/电池上 大于现有以LiCoO2为基质的电池(譬如18650电池))的新颖活性阴极材料。
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发明内容
本发明通常系有关(1) 一种活性阴极材料，其包括钴酸锂和尖晶石型锰酸锂的 混合物，(2) —种具有该类活性阴极材料的锂离子电池，(3) —种形成该类锂离子电池的 方法，(4) 一种包含一或多个电池的电池组，各电池系包括该类活性阴极材料，以及(5) 一种系统，其包括该类电池组或锂离子电池，和一可携式电子装置。在本发明中，活性阴极材料包括一种包括钴酸锂和尖晶石型锰酸锂的阴极 混合物，其中钴酸锂和锰酸锂的重量比系在钴酸锂锰酸锂介于约0.95 0.05和约 0.55 0.45之间，及其中钴酸锂的平均粒径对锰酸锂的平均粒径的比率系在介于约 1 0.35和约1 1.4之间的范围。本发明可使用于移动电子装置例如携带式计算机、行动电话和携带式电动工 具。本发明也可使用于混成电动车的电池。


图1为本发明的棱柱形电池的示意图。图2A显示图1的棱柱形电池的俯视图。图2B显示图1的棱柱形电池的盖的侧视图。图3显示本发明的圆柱形电池的示意图。图4显示当在本发明中的个别电池共同配置于本发明的电池组中时如何较佳连 接的示意电路图。
具体实施例方式本发明的前述与其它目的、特征及优点从下列如所附图式(其中类似引用字符 系指所有不同视图的相同部件)中所说明的本发明较佳具体实例的更特定说明变得显而 易知。该等图式不一定按比率绘制，而是将强调重点放在说明本发明的原理。在一具体实例中，本发明系有关一种可使用于锂离子电池的电极中的活性阴极 材料混合物，其容许锂可逆性地嵌入与取出。该活性阴极材料包含一种包括钴酸锂和尖 晶石型锰酸锂(“锰酸锂尖晶石”)的混合物。通常，钴酸锂和锰酸锂尖晶石的重量 比系在钴酸锂锰酸锂尖晶石介于约0.95 0.05和约0.55 0.45之间。在一特殊具体 实例中，钴酸锂和锰酸锂尖晶石的重量比系在钴酸锂锰酸锂尖晶石介于约0.95 0.05 和约0.65 0.35之间。在另一特殊具体实例中，钴酸锂和锰酸锂尖晶石的重量比系在 钴酸锂锰酸锂尖晶石介于约0.95 0.05和约0.7 0.3之间。在另一特殊具体实例 中，钴酸锂和锰酸锂尖晶石的重量比系在钴酸锂锰酸锂尖晶石介于约0.85 0.15和约 0.75 0.25之间。在另一特殊具体实例中，混合物包括约80重量％的钴酸锂和约20重 量％的锰酸锂尖晶石。典型地，钴酸锂的平均粒径对锰酸锂尖晶石的平均粒径的比率系在介于约 1 0.35和约1 1.4之间的范围。当使用于本文中，“平均粒径”典型地藉由平均出 现在扫描电子显微镜(SEM)检查场中的个别粒子(典型地包含数百个粒子)的最大和最 小轴测定。然后平均整个领域的每个粒子的平均轴，如此计算“平均粒径”。可利用商 业软件包(例如，Olympus-SISPlatinum)来完成产生平均粒径的测量和计算。
在一特殊具体实例中，钴酸锂的平均粒径对锰酸锂尖晶石的平均粒径的比率系 在介于约1 0.35和约1 1.4之间的范围。在另一特殊具体实例中，钴酸锂的平均粒 径对锰酸锂尖晶石的平均粒径的比率系在介于约1 0.4和约1 1.2之间的范围。仍在另一特殊具体实例中，钴酸锂的平均粒径大于锰酸锂尖晶石的平均粒径。 例如，钴酸锂的平均粒径对锰酸锂尖晶石的平均粒径的比率系在介于约1 0.5和约 1 0.9之间，介于约1 0.6和约1 0.9之间，或介于约1 0.6和约1 0.8之间的 范围(例如，约 1 0.7、约 1 0.73、约 1 0.75、约 1 0.78，或约 1 0.8)。典型地，钴酸锂的平均粒径系在介于约1微米和约20微米之间的范围。在一特 殊具体实例中，钴酸锂的平均粒径系在介于约1微米和约10微米之间的范围。在另一特 殊具体实例中，钴酸锂的平均粒径系在介于约3微米和约8微米之间的范围。仍在另一 特殊具体实例中，钴酸锂的平均粒径系在介于约4微米和约8微米之间的范围(例如，约 6微米)。典型地，锰酸锂尖晶石的平均粒径系在介于约1微米和约20微米之间的范围。 在一特殊具体实例中，锰酸锂尖晶石的平均粒径系在介于约1微米和约10微米之间的范 围。在另一特殊具体实例中，锰酸锂尖晶石的平均粒径系在介于约3微米和约8微米之 间的范围。仍在另一特殊具体实例中，锰酸锂尖晶石的平均粒径系在介于约3微米和约 6微米之间的范围(例如，约4微米)。可使用于本发明中的钴酸锂的适当例子包括视需要以至少一个的Li与Co原子的 改质剂改质的LiCoO2。Li改质剂的例子包括钡(Ba)、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)和钠 (Na)。Co改质剂的例子包括用于Li的改质剂、以及铝(Al)、锰(Mn)和硼(B)。其它 例子包括镍(Ni)及钛(Ti)。可使用于本发明的钴酸锂的一类型系以Lix6M，y6Co(1_z6)M” z602的实验式表示， 其中x6大于0且小于1.2 ； y6大于0且小于0.1，z6等于或大于0且小于0.5 ； M，为 镁(Mg)与钠(Na)的至少一者，且M”为由锰(Mn)、铝(Al)、硼(B)、钛(Ti)、镁 (Mg)、钙(Ca)和锶(Sr)所组成的群组的至少一者，可被使用。可使用于本发明中的钴酸锂的另一类型系以Li(1+x8)CoOz8的实验式表示，其中x8 等于或大于0且等于或小于0.2，及其中z8等于或大于1.9且等于或小于2.1。一通常的 例子为涂覆有ZrO2或Al2 (PO4) 3之LiCoO2的LiCoO2。特佳的是使用于本发明中的钴酸锂具有球体状形态，因为此改良堆栈与生产特 性。较佳地，钴酸锂的晶体结构独立地为R_3m型空间群(斜方六面体，包括扭曲斜方 六面体)。在R_3m型空间群中，锂离子系占据” 3a”位置(x = 0，y = 0和ζ = 0)， 且过渡金属离子(亦即，钴酸锂中的Co)系占据” 3b”位置(x = 0，y = 0, ζ = 0.5)。 氧系位于” 6a”位置(x = 0，y = 0, ζ = z0,其中zO视金属离子(包括其改质剂)的 性质而定)。可使用于本发明中的锰酸锂尖晶石化合物具有锰基料，例如LiMn2CV虽然锰 酸盐尖晶石化合物典型地具有低比容量(例如，在约120至130m Ah/克的范围)，但当 调配成电极时，他们通常具有高功率输送且就在较高温度下的化学反应性而言，典型地 为安全的。锰酸盐尖晶石化合物的另一优点为其较低成本。可使用于本发明中的锰酸锂尖晶石化合物的一类型系以Li(1+Xl) (Mivyl)A，y2)2_x2Ozl的实验式表示，其中A，为Mg、Al、Co、Ni和Cr之一或多个；xl和x2 各自独立地等于或大于0.01且等于或小于0.3 ； yl和y2各自独立地等于或大于0.0且等 于或小于0.3; zl等于或大于3.9且等于或小于4.1。较佳地，A，包括M3+离子，例如 Al3+、Co3+、Ni3+和Cr3+，更佳地Al3+。相较于LiMn2O4的锰酸锂尖晶石化合物，Li(1+Xl) (Mivyl) A，y2)2-x2Ozl的锰酸锂尖晶石化合物可具有增强循环性(cyclability)和功率。可使用于本发明中的锰酸锂尖晶石化合物的另一类型系以Li(1+xl)Mn2Ozl的实验 式表示，其中xl等于或大于0且等于或小于0.3，和zl等于或大于3.9且等于或小于4.2。 在一特殊具体实例中，Xl等于或大于0.01且等于或小于0.3。在另一特殊具体实例中， Xl等于或大于0.01且等于或小于0.2。仍在另一特殊具体实例中，Xl等于或大于0.05且 等于或小于0.15。可使用于本发明中的锰酸锂尖晶石化合物的一特殊例子系以Li(1+Xl) (Mn1^ylA' y2)2_x2Ozl的实验式表示，其中yl和y2各自独立地大于0.0且等于或小于0.3， 而其它值则与上述Li(1+Xl) (Mivyl) A’ y2)2-x2Ozl所述相同。可使用于本发明中的锰酸锂尖 晶石化合物的其它特殊例子包括LiMni.9Alai04、LiuxlMn2O4和其使用Al与Mg改质剂的 变化物。Li(1+Xl) (Mn1^ylA' y2)2-x2Ozl型的锰酸锂尖晶石化合物的各种其它例子可发现于美 国专利第4,366,215号;第5,196,270号;及第5,316,877号(其全部教示系以引用方式并 入本案)中。本发明的活性阴极材料可藉由混合钴酸锂和锰酸锂尖晶石化合物(较佳于粉末 形式)制备。本发明的另一观点系有关一种锂离子电池(battery或cell))，其采用上述本发明 的活性阴极材料。较佳地，该电池具有大于约2.2Ah/电池容量。更佳地，该电池具有 大于约3.0Ah/电池容量，例如等于或大于约3.3Ah/电池；等于或大于约3.5Ah/电池； 等于或大于约3.8Ah/电池；等于或大于约4.0Ah/电池；等于或大于约4.2Ah/电池；介 于之间约3.0Ah/电池和约6Ah/电池；介于约3.3Ah/电池和约6Ah/电池之间；介于约 3.3Ah/电池和约5Ah/电池之间；介于约3.5Ah/电池和约5Ah/电池之间；介于约3.8Ah/ 电池和约5Ah/电池之间；或介于约4.0Ah/电池和约5Ah/电池之间。本发明的电池(battery或cell)可为圆柱形(例如，26650、18650或14500构形) 或棱柱形(堆栈或卷绕，例如，183665或103450构形)。较佳地，它们为棱柱形，且更 佳地，长椭圆形的棱柱形形状。虽然本发明可使用所有种类的棱柱形电池密封外壳，但 部分地由于下述两个特征，长椭圆形电池密封外壳为较佳的。当与相同外部体积的堆栈比较时，长椭圆形的可用内部体积(例如183665形状 因子)大于二个18650电池的体积。当组装成电池组时，长椭圆形电池完全利用更多电 池组所占据的空间。此使得新颖设计更改为相对于现今业界所发现的容量而言可增加关 键性能特征且并无牺牲电池容量的内部电池构件。由于较大的可利用体积，人们可选择 使用具有相对较长循环寿命和较高放电能力(rate capability)的较薄型电极。而且，长椭 圆形可具有较大的可挠性。举例而言，相较于圆柱状密封外壳(其提供较少的可挠性， 故堆积压力在充电时增加)，长椭圆形壳在腰点较易挠曲。该增多的可挠性减少电极的机 械疲劳，其转而产生较长的循环寿命。且，藉由使用较低堆积压力可改良电池隔板的孔 的阻塞。
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相较于棱柱形电池，长椭圆形电池可提供一特别想要的特征，其容许相对较高 的安全性。长椭圆形状提供对凝胶卷(jelly roll)适贴配合，此使电池所需要的电解质的 量最小化。相对较低量的电解质在误用情形期间引起较少的可用反应材料及因此产生较 高安全性。此外，因为使用较低量的电解质，故成本较低。在具有堆栈式电极结构(其 横截面为长方形)的棱柱形密封外壳的情况下，可能利用基本上全体积而并不需要不必 要的电解质，但此类密封外壳设计较难且因此就制造观点而言成本较高。在一特殊具体实例中，制成本发明的电池(battery或cell)的电池利用就Ah/电 池而言大于目前工业中所使用(例如在18650电池(例如，圆柱形电池)的情形中)的格 式。在一特殊具体实例中，本发明的电池具有183665形状因子(例如，棱柱形电池组)。 例如，本发明的电池具有长椭圆形，其具有约17毫米或约18毫米的厚度，约44毫米或 约36毫米的宽度，约64毫米或约65毫米的高度。在一些特殊具体实例中，电池具有约 17毫米的厚度，约44毫米的宽度和约64毫米的高度；约18毫米的厚度，约36毫米的宽 度和约65毫米的高度；或约18毫米的厚度，约27毫米的宽度和约65毫米的高度。或 者，在另一特殊具体实例中，本发明的电池具有如18650电池中的1865形状因子。图1显示本发明的一特殊具体实例，电池10，其中电池10具有长椭圆形横剖面 形状。图2A和2B分别地显示图1的电池10的盖的俯视图和横剖面图。如图1所示， 电池组10包括第一电极12及第二电极14。第一电极12电连接至馈通(feed-through)装 置16，该馈通装置16包括接近第一电极12的第一组件18，及远离第一电极12的第二组 件20。馈通装置16可进一步包括导电层26。电极12和14放置于包括电池套管22及 盖24的电池密封外壳21内部，亦即，放置于由电池套管22及盖24界定的内部空间27 中。电池组10的电池套管22及盖24彼此电连通。本发明的电池10可选择地包括电流中断装置(CID) 28，如图1中所显示。CID 28可在例如，介于约4公斤/公分2和约15公斤/公分2之间(例如，介于约4公斤/公 分2和约10公斤/公分2之间，介于约4公斤/公分2和约9公斤/公分2之间，介于约 5公斤/公分2和约9公斤/公分2之间或介于7公斤/公分2和约9公斤/公分2之间) 的范围的内部表压启动。当使用于本文中，CID的“启动”意谓通过CID的电子装置的 电流被中断。在一特殊具体实例中，本发明的CID包括彼此电连通(例如，藉由焊接、 压接、铆接等等)的第一导电组件和第二导电组件。在此CID中，CID的“启动”意 谓第一和第二导电组件之间的电连通被中断。CID的第一和第二组件可于任何的适当形 式，例如板或圆盘。CID 28典型地包括彼此电连通(例如，藉由焊接、压接、铆接等等)的第一导电 组件30和第二导电组件32。第二导电组件32系与第二电极14电连通，和第一导电组 件30系与电池密封外壳21 (例如，盖24)电接触。电池密封外壳21，也就是，电池套 管22和盖24，系与电池10的第一端子(例如，导电层26)电绝缘，和至少一部分的电池 密封外壳21为电池10的第二端子的至少一组件，或电连接至第二端子。在一特殊具体 实例中，至少一部分的盖24或电池套管22的底部用作电池10的第二端子，和导电层26 用作电池10的第一端子。在一特殊具体实例中，第一导电组件30包括圆锥形-或半球 形_部件。在另一特殊具体实例中，锥形_或半球形_部件的顶部(或盖)的至少一部 分基本上为平面。仍在另一特殊具体实例中，CID 28的第一和第二导电组件30和32系彼此直接接触于基本上平面盖的一部分。仍在另一特殊具体实例中，第一导电组件30包 括一具有基本上平面盖的锥台，如2007年6月22日申请的美国临时申请案第60/936,825 号(其的完整教示以引用方式并入本文中)中所述。CID 28进一步包括在第一导电组件30的部分与第二导电板32的间的绝缘体 34 (例如，绝缘层或绝缘垫片)。在一特殊具体实例中，CID 28的第二导电组件32及绝缘体34的至少一者包括 至少一个孔(例如，图1中的孔36或38)，电池10内的气体通过该孔与第一导电组件30 流体连通。在另一特殊具体实例中，CID 28进一步包括配置于第一导电组件30上且界定至 少一个孔42的端组件40，第一导电组件30通过该至少一个孔42与电池外部的大气流体 连通。端组件40(例如，板或圆盘)可为电池密封外壳21的一部分，如图1中所显示， 其中端组件40为电池密封外壳21的盖24的一部分。或者，端组件40可为与电池密封 外壳21分开且放置在电池密封外壳21 (例如，在电池密封外壳21的盖24的上方、下方 或盖24处)的组件。当使用于本文中，本发明的电池组的“端子”意谓电池组的连接外部电路的部 分或表面。本发明的电池组典型地包括一与第一电极电连通的第一端子，及一与第二电极 电连通的第二端子。第一及第二电极系包含于电池套管内，例如，以“凝胶卷(jelly roll)"形式。第一端子可为一与电池的正电极电连通的正极端子，或为一与电池的负 电极电连通的负极端子，且对于第二端子而言反之亦然。在一具体实例中，第一端子为 一与电池的负电极电连通的负极端子，且第二端子为一与电池的正电极电连通的正极端 子。当使用于本文中，词组“电连接(electrically connected)，，或“电连通 (inelectrical communication) ” 或“电接触(electrically contacted) ” 意谓某些部分经由电
子流通过导体而彼此连通，而不是涉及离子(诸如，Li+)流过通电解质的电化学连通。当使用于本文中，词组“电化学连通”意谓某些部分经由电解质介质且涉及离 子(诸如，Li+)流而彼此连通。图3显示本发明的另一具体实例，电池组50，其中电池50具有圆柱形横剖面形 状。如图3中所显示，电池50包括一包括电池套管22和盖24的电池密封外壳21、第 一电极12和第二电极14，和可选择地CID 28。电池套管22、盖24、第一电极12、第二 电极14和CID 28的特征(包括特定特征)，系如上述图1-2B的电池10所述。第一电 极12系与电池的第一端子(例如，导电组件58)电连通，和第二电极14系与电池的第二 端子(例如，盖24)电连通。电池套管22和盖24系彼此电接触。第一电极12的舌片 (tabs)(未显示于图3中)系电连接(例如，藉由焊接、压接、铆接等等)至馈通装置52 的导电第一组件54。第二电极14的舌片(tabs)(未显示于图3中)系电连接(例如，藉 由焊接、压接、铆接等等)至CID 28的第二导电组件32。馈通装置52包括第一导电组 件54(其为导电性)、绝缘体57，和第二导电组件58 (其可为电池50的第一端子)。在电池50中，电池密封外壳21，也就是电池套管22和盖24，系与电池50的第 一端子(例如，导电组件58)电绝缘，而至少一部分的电池密封外壳21为电池50的第二端子的至少一组件，或系与第二端子电连接。在一特殊具体实例中，至少一部分的盖24 或电池套管22的底部用作电池50的第二端子，和导电组件58用作电池50的第一端子。虽然图1-3显示其中CID 28系与第二电极14电连通的CID配件，但其中一 CID (例如CID 28)系与第一电极12电连通的CID配件也可使用于本发明中。在图1-3的电池10和50中，第一电极12和第二电极14可为上述的负和正电 极，或反之亦然。本发明的电池(battery或cell)的负电极可包括允许锂嵌入材料或从材料除去的任 何适当材料。该等种材料的例子包括含碳材料，例如，非石墨碳、人造碳、人造石墨、 天然石墨、热解碳，焦炭例如浙青焦炭、针状焦炭、石油焦炭、石墨、玻璃碳、或藉由 将酚树脂、呋喃树脂或似者碳化而获得的经热处理的有机聚合化合物、碳纤维，及活性 碳。此外，金属锂、锂合金及其合金或化合物可用作负极活性材料。特定而言，可与锂 形成合金或化合物的金属元素或半导体元素可为IV族金属元素或半导体元素，诸如(但 不限于)硅或锡。允许以较低位能将锂嵌入氧化物或从氧化物除去的氧化物，诸如，氧 化铁、氧化钌、氧化钼、氧化钨、氧化钛及氧化锡，及氮化物可类似地用作负极活性材 料。在一特殊具体实例中，可选择地掺杂过渡金属(例如钴或铁/镍)的非晶锡系使用 本发明中。 本发明的电池(battery或cell)的正电极包括一上述的本发明活性阴极材料。应 注意，本文中所描述的适当阴极材料以存在于并入有该等阴极材料的锂离子电池组的制 造过程中的实验式表示。应了解，下文的其特定组份依据使用(例如，充电及放电)期 间所发生的电化学反应而进行变化。在一些具体实例中，本发明的电池(battery或cell)的正电极具有范围在介于约 2.6克/公分3和约3.7克/公分3之间的填充密度。在一特殊具体实例中，本发明的电池 的正电极具有范围在介于约3.0克/公分3和约3.7克/公分3之间的填充密度。在另一 特殊具体实例中，本发明的电池的正电极具有范围在介于之间的范围约3.3克/公分3和 约3.6克/公分3之间的填充密度。仍在另一特殊具体实例中，本发明的电池的正电极具 有范围在介于之间的范围约3.5克/公分3和约3.6克/公分3之间的填充密度。具有上 述密度的正电极可藉由任何此项技术中已知的适当方法制造。例如，将阴极材料与其它 组分，例如导电剂(例如乙炔黑)、黏合剂(例如，PVDF)等等混合。然后将此混合物 分散于溶剂(例如，N-甲基-2-吡咯啶酮(NMP))，以形成浆料。然后将此浆料涂覆至 铝集电器箔的两个表面，和干燥。然后将经干燥的电极藉由一辊式压制机压延(例如， 砑光)，以获得具有所要密度的经压缩的正电极。适当非水电解质的例子包括藉由将电解质盐溶于非水溶剂所制备的非水电解 液、固态电解质(含电解质盐的无机电解质或聚合物电解质)、以及藉由将电解质混合或 溶于聚合物化合物或类似物所制备的固态或凝胶状电解质。非水电解液典型地系藉由将盐溶解于有机溶剂中制得。有机溶剂可包括通常已 用于此类电池的任何适当类型。该等有机溶剂的例子包括碳酸伸丙酯(PC)、碳酸伸乙酯 (EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、1，2-二甲氧基乙烷、1，2-二乙氧基 乙烷、Y-丁内酯、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1，3-二恶戊烷、4-甲基-1，3-二恶 戊烷、二乙醚、环丁砜、甲基环丁砜、乙腈、丙腈、苯甲醚、乙酸酯、丁酸酯、丙酸酯等等。较佳者为使用环状碳酸酯(例如碳酸伸丙酯)或者直链状碳酸酯(例如碳酸二甲 酯与碳酸二乙酯)。该等有机溶剂可单独或合并两或多种使用。添加剂或安定剂亦可存在于电解质中，例如VC(碳酸乙烯酯)、VEC(碳酸乙 烯伸乙酯)、EA(乙酸伸乙酯)、TPP(三苯基磷酸酯)、磷腈、联苯(BP)、环己基苯 (CHB)、2，2-二苯基丙烷(DP)、双草酸硼酸锂(LiBOB)、硫酸伸乙酯(ES)及硫酸伸丙 酯。该等添加剂用作阳极及阴极稳定剂、阻燃剂或气体释放剂，其可使得电池就形成、 循环效率、安全性及电池寿命而言具有较高效能。固体电解质可包括无机电解质、聚合物电解质等等，只要该材料具有锂离子电 导性便可。无机电解质可包括(例如)氮化锂、碘化锂等等。聚合物电解质由电解质盐 及电解质盐溶解于其中的聚合化合物组成。用于聚合物电解质的聚合化合物的例子包括 以醚为主的聚合物(诸如，聚氧化乙烯和交联聚氧化乙烯)、以聚甲基丙烯酸酯为主的聚 合物、以丙烯酸酯为主的聚合物等等。这些聚合物可单独地使用或以两种或更多类型的 混合物或共聚物的形式使用。凝胶电解质的基质可为任何聚合物，只要该聚合物藉由吸收上述非水电解液而 成为凝胶体便可。用于凝胶电解质的聚合物的例子包括氟碳聚合物，诸如，聚偏二氟乙 烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯_共-六氟丙烯(PVDF-HFP)等等。用于凝胶电解质的聚合物的例子也包括聚丙烯腈及聚丙烯腈的共聚物。用于共 聚作用的单体(以乙烯基为主的单体)的例子包括乙酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙 烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、衣康酸、氢化丙烯酸甲酯、氢化丙烯酸乙酯、丙 烯酰胺、氯乙烯、偏二氟乙烯及偏二氯乙烯。用于凝胶电解质的聚合物的例子进一步包 括丙烯腈-丁二烯共聚物橡胶、丙烯腈_ 丁二烯_苯乙烯共聚物树脂、丙烯腈-氯化聚乙 烯-丙烯二烯_苯乙烯共聚物树脂、丙烯腈_氯乙烯共聚物树脂、丙烯腈_甲基丙烯酸酯 树脂及丙烯腈_丙烯酸酯共聚物树脂。用于凝胶电解质的聚合物的例子包括以醚为主的聚合物，诸如，聚氧化乙烯、 聚氧化乙烯的共聚物及交联聚氧化乙烯。用于共聚作用的单体的例子包括聚氧化丙烯、 甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯。特定而言，自氧化还原稳定性的观点来看，碳氟聚合物较佳用于凝胶电解质的基质。用于电解质的电解质盐可为适合于此类电池的任何电解质盐。电解质盐的例子 包括 LiClO4、LiAsF6、LiPF6> LiBF4> LiB (C6H5) 4、LiB (C2O4) 2、CH3SO3Li、CF3SO3Li、 LiCL Lift·等等。通常，分离器分离电池的正电极与负电极。分离器可包括通常已用于 形成此类非水电解质二次电池的分离器的任何薄膜状材料，例如，由聚丙烯、聚乙烯或 该两者的层化组合制成的微孔聚合膜。另外，若固体电解质或凝胶电解质用作电池组的 电解质，则未必需要提供分离器。在某些情况下也可使用由玻璃纤维或纤维素材料制成 的微孔分离器。分离器厚度典型地介于约9微米和约25微米之间。在一特殊具体实例中，一种包含例如PC、EC、DMC> DEC溶剂与IM LiPF6和 各于0.5-3重量％的适当添加剂(例如VC、LiBOB, PF、LiTFSI或BP)的电解质被真空 填入具有螺旋状缠绕的凝胶卷(jelly roll)的电池密封外壳21 (参见图1和3)。在一特殊具体实例中，本发明的电池(battery或cell)的正电极系藉由混合于约94重量％的阴极材料与约3重量％的导电剂(例如乙炔黑)，和约3重量％的黏合剂(例 如，PVDF)制得。然后将混合物分散于溶剂(例如，N-甲基-2-吡咯啶酮(NMP)中， 以便制备浆料。然后将此浆料涂覆至铝集电器箔的二表面，其典型具有约20微米的厚 度，且在约100-150°C下干燥。然后将经干燥的电极藉由辊压机压延，以便获得经压缩的 正电极。在本发明电池(battery或cell)的另一特殊具体实例中，负电极系藉由藉由混合 约93重量％的作为负极活性材料的石墨、约3重量％的导电碳(例如乙炔黑)及约4重 量％的黏合剂(例如，PVDF)制得。然后以与上述正电极相似的方式从此混合物制备负 电极，除了使用铜集电器箔(典型地具有约10-15微米厚度)之外。仍在本发明电池(battery或cell)的另一特殊具体实例中，该正电极系藉由以特 定比率混合阴极粉末产生。然后将约90重量％的此掺合物与约5重量％的作为导电剂的 乙炔黑及约5重量％的作为黏合剂的PVDF混合在一起。将此混合物分散于作为溶剂的 N-甲基-2-吡咯啶酮(NMP)中，以便制备浆料。然后将此浆料涂覆至铝集电器箔的二 表面，使其具有约20微米的典型厚度，且在约100-150°C下干燥。随后将经干燥的电极 藉由辊压机压延，以获得经压缩的正电极。当仅1^0)02用作正电极时，典型地使用一 种使用约94重量％ LiCo02、约3%乙炔黑及约3% PVDF的混合物。在此具体实例中， 负电极可藉由混合约93重量％的作为负极活性材料的石墨、约3重量％乙炔黑及约4重 量％的作为黏合剂的PVDF制得。亦将负极混合物分散于作为溶剂的N-甲基-2-吡咯啶 酮中，以便制备浆料。随后将此负极混合物浆料均勻地涂覆至条状铜负极集电器箔的二 表面，具有约10微米的典型厚度。随后将经干燥的电极藉由辊式压制机压延以获得致密 的负电极。将负电极及正电极以及具有微孔的(例如)聚乙烯薄膜形成的分离器(例如25 微米厚)通常由层压及螺旋地缠绕以产生螺旋型电极组件。在一些具体实例中，一或多个具有舌片的正导线电流(positive leadcurrent)系附
接至正电极且焊接至馈通装置16 (参见图1和3)。负导线(由镍金属制造)将负电极连 接至电池密封外壳21的底部或盖(参见图1和3)。回到图1-3，术语“馈通”包括任何连接电池套管22及盖24所界定的内部空间 内的电极12与在所界定的内部空间外部的电池的组件的材料或装置。在一特殊具体实例 中，馈通装置16或52延伸通过盖24所界定的穿透孔。馈通装置16或52也可通过盖24 而不变形(诸如，弯曲、扭曲及/或折迭)，且可增加电池容量。任何此项技术中已知的 其它适当装置也可用于本发明中以连接电极12与在电池密封外壳21的外部的电池的组件 (例如，电池的端子)。通常，馈通装置16和52例如藉由一绝缘垫片(图1-2B中未显 示，图3的绝缘体56)与电池密封外壳21 (例如，盖24)电绝缘。绝缘垫片由适当绝缘 材料形成，诸如聚丙烯、聚氟乙烯(PVF)等等。馈通装置16的组件18、20和26，和馈 通装置52的组件54和58可由任何此项技术中已知的适当导电材料(例如，镍)制造。回到图1和3，在一特殊具体实例中，当第一导电组件30与第二导电组件32分 开时，在第一导电组件30中没有发生破裂，所以在电池10或50内的气体不会经过第一 导电组件30放出。当内部压力持续增加且达到一启动排气装置56的预定压力时，气体可 经由一或个排气装置56 (例如在电池壁或电池套管22的底部、或第一导电组件30)退出电池10或50。在一些具体实例中，用于排气装置56的启动的预定表压值(例如，介于 约10公斤/公分2和约20公斤/公分2之间)高于CID 28的启动的预定表压值(例如， 介于约5公斤/公分2和约10公斤/公分2之间)。此特性有助于防止过早气体泄漏， 而过早气体泄漏可损坏正常操作的相邻电池(battery或cell)。所以，当本发明的电池组 中的复数个电池的一者被损坏时，其它健全的电池并未被损坏。应注意，适合于CID28 的启动的表压值或子范围及适用于排气装置56的启动的表压值或子范围系选自预定表压 范围，使得在选择的压力值或子范围之间并无重迭。较佳地，用于CID 28的启动的表压 的值或范围及用于排气装置56的启动的表压的值或范围相差至少约2公斤/公分2压差， 更佳相差至少约4公斤/公分2，甚至较佳相差至少约6公斤/公分2，诸如，相差约7公 斤/公分2。第一导电组件30、第二导电组件32和端组件40可由任何此项技术中已知用于 电池的适当导电材料制成。适当材料的例子包括铝、镍及铜，较佳为铝。在一特殊具体 实例中，电池密封外壳21 (例如，电池套管22及盖24)、第一导电组件30及第二导导电 组件32由实质上相同的金属制成。当使用于本文中，术语“实质上相同的金属”意谓 在给定电压(例如，电池组的操作电压)下具有实质上相同化学及电化学稳定性的金属。 更佳地，电池密封外壳21、第一导电组件30和第二导电组件32由相同金属制成，例如铝 (例如，铝3003系列，例如铝3003H-14系列及/或铝3003H-0系列)。CID 28可由任何此项技术中(例如，在WO 2008/002487和美国临时申请案第 60/936,825号，该二者的完整教示以引用方式并入本文中)已知的适当材料制造。CID 28 附接至电池密封外壳21可藉由任何此项技术中已知的适当方法进行。在一特殊具体实例 中，CID 28经由焊接而附接至电池密封外壳21，和更佳地藉由将第一导电组件30焊接在 端组件40 (或盖24本身)上。电池套管22可由任何在电池(诸如，本发明的锂离子电池)的给定电压下基本 上电及化学稳定的适当导电材料制成。电池套管22的适当材料的例子包括铝、镍、铜、 钢、镀镍铁、不锈钢及其组合。在一特殊具体实例中，电池套管22具有或包括铝。盖24的适当材料的例子与该等电池套管22所列的材料相同。在一特殊具体实 例中，盖24系由与电池套管22相同的材料制成。在另一特殊具体实例中，电池套管22 和盖24 二者由铝形成或包括铝。盖24可藉由任何此项技术中已知的适当方法气密式密封电池套管22。在一特殊 具体实例中，盖24及电池套管22彼此焊接。在另一特殊具体实例中，当盖24和电池套 管22之间的表压大于约20公斤/公分2时，连接盖24和电池套管22的焊接部分破裂。回到图1和3，在一些较佳具体实例中，电池套管22包括至少一个排气装置 56，其作为当必要时(例如，当内部表压系在介于约10公斤/公分2和约20公斤/公分 2之间的范围，例如介于约12公斤/公分2和约20公斤/公分2之间或介于约10公斤/ 公分2和约18公斤/公分2之间时)排出内部气体的装置。应了解，可采用任何适当类 型的排气装置，只要该等装置在正常电池组运作条件下提供气密式密封便可。排气装置 的各种适当例子描述于2005年9月16日申请的美国临时申请案第60/717,898号中，其的 完整教示以引用方式并入本文中。排气装置的殊殊例子包括排气划痕(score)。当使用于本文中，术语“划痕”意谓电池套管(诸如，电池套管104)的区段的部分切口，其设计成允许电池压力及任何内 部电池组件在一界定的内部压力下被释出。更佳地，排气划痕经定向地定位以远离使用 者和/或邻近电池。本发明中可采用一个以上排气划痕。在一些具体实例中，可采用图 案排气划痕。排气划痕在产生电池套管的形状期间可与电池套管材料的主要拉伸(或抽 拉)方向平行、垂直、成对角线。亦考虑排气划痕性质，诸如，深度、形状及长度(尺 寸)。本发明的电池可进一步包括一与第一端子或第二端子电连通，较佳与第一端子 电连通的正热系数层(PTC)。适当PTC材料为该等此项技术中已知的材料。一般而 言，适当PTC材料为该等当暴露于超过设计阈值的电流时，其电导率随着温度升高而降 低若干数量级(例如，104至106或更大)的材料。一旦电流降低至低于一适当阈值， 通常，PTC材料实质上返回至其初始电阻率。在一适当具体实例中，PTC材料包括在 多晶陶瓷中的少量半导体材料，或嵌有碳粒的塑料或聚合片。当PTC材料的温度达到一 临界点时，半导体材料或具有嵌入碳粒的塑料或聚合物形成一电流障壁且使得电阻急速 增加。电阻率急速增加时的温度可藉由调整PTC材料的组份而改变，如此项技术中已知 的。PTC材料的“操作温度”为PTC显示在其最高电阻与最低电阻的间的约一半处的 电阻率时的温度。较佳地，本发明中所采用的PTC层的操作温度在约70°C与约150°C之 间。特定PTC材料的例子包括含有少量钛酸钡(BaTi03)的多晶陶瓷，及包括碳粒嵌 入于其中的聚烯烃。商业上可得的包括一夹置于两个导电金属层的间的PTC层的PTC迭 层的例子包括Raychem公司所制造的LTP及LR4系列。通常，PTC层具有在约50微米 至约300微米的范围内的厚度。较佳地，PTC层包括导电表面，其总面积为电池10或50的盖24或底部的总表 面积的至少约25%或至少约50% (例如，约48%或约56%)。PTC层的导电表面的总表 面积可为电池10或50的盖24或底部的总表面积的至少约56%。电池10或50的盖24 的总表面积的高达100%可由PTC层的导电表面占据。或者，电池10或50的底部的全 部或部分可由PTC层的导电表面占据。PTC层可位于电池密封外壳的外部，例如，覆盖在电池密封外壳的盖24上(例 如，图1和3的盖24)。在一特殊具体实例中，PTC层系介于第一导电层与第二导电层之间，且第二导 电层的至少一部分为第一端子的至少一组件，或电连接至第一端子。在另一特殊具体实 例中，第一导电层连接至馈通装置。夹置于第一与第二导电层的间的该类PTC层的适当 例子描述于WO 2007/149102中，其之完整教示以引用方式并入本文中。在一些特殊具体实例中，本发明的电池包括电池密封外壳21 (其包括电池套管 22和盖24)、至少一个CID (例如上述CID28)，其与任一电池的第一或第二电极电连 通、和在电池套管22上的至少一个排气装置56。如上所述，电池密封外壳21与第一端 子电绝缘，该第一端子与电池的第一电极电连通。至少一部分的电池密封外壳21为与电 池的第二电极电连通的第二端子的至少一组件。盖24系焊接在电池套管22上，以使焊 接盖在大于约20公斤/公分2的内部表压下与电池套管22分开。CID包括(较佳地可 藉由焊接)彼此电连通的第一导电组件(例如，第一导电组件30)和第二导电组件(例如，第二导电组件32)。此电连通在介于约4公斤/公分2和约10公斤/公分2之间， (例如，介于约5公斤/公分2和约9公斤/公分2之间或介于约7公斤/公分2和约9公 斤/公分2之间)的内部表压被中断。例如，第一和第二导电组件被彼此焊接(例如， 雷射焊接)，致使焊接部分在预定标准压力破裂。形成至少一个排气装置56，以当内部 压力在介于约10公斤/公分2和约20公斤/公分2之间或介于约12公斤/公分2和约20 公斤/公分2之间的范围时排出内部的气体种类。如上所述，应注意，适合于CID28的 启动的表压值或子范围及适用于排气装置56的启动的表压值或子范围系选自预定表压范 围，使得在选定压力值或子范围之间并无重迭。典型地，用于CID 28的启动的表压的值 或范围及用于排气装置56的启动的表压的值或范围相差至少约2公斤/公分2压差，更 佳相差至少约4公斤/公分2，甚至较佳相差至少约6公斤/公分2，诸如，相差约7公斤 /公分2。且，应注意，适合于焊接盖24从电池套管22破裂的表压的值或范围和排气装 置56的启动的表压的值或范围系选自致使在选定压力值或子范围之间并无重迭的预定表 压范围。通常，本发明的电池为可充电的。在一特殊具体实例中，本发明的电池为一种 可充电锂离子电池。在某一具体实例中，本发明的电池(例如锂离子电池)在正常工作条下具有小于 或等于约2公斤/公分2的内部表压。对于该类本发明的电池，活性电极材料可在电池 密封外壳的气密式密封的前先活化。图4为本发明中的示意电路图，其显示个别电池或电池(例如，图1的电池10 或图3的电池50)如何共同配置于电池组中。充电器70系用以将电池1、2和3充电。如图4中所显示，在本发明的一些具体实例中，复数个的本发明锂离子电池(例 如，2至5个电池)可连接于电池组中，其中电池(电池)中的每一者彼此串联、并联或 串联及并联连接。在本发明的一些电池组中，电池组之间并无并联连接。较佳地，至少一个电池具有一棱柱形电池套管，且更佳地，具有一长椭圆形电 池套管，如图1中所示。电池组中电池的容量典型地等于或大于约3.0Ah，更佳等于或大 于约4.0Ah。电池的内部阻抗较佳小于约50毫奥姆(milliohm)，且更佳小于30毫奥姆。本发明也包括一种制备上述本发明的锂离子电池(例如可充电电池锂离子电池) 的方法。该方法包括形成一种上述活性阴极材料。用活性阴极材料形成一正电极，和形 成经由电解质与正电极电接触的负电极，如上所述，藉此形成锂离子电池。仍在另一观点中，本发明也包括一种系统，其包括如上所述的携带式电子装置 和电池或电池(例如，锂离子电池)，和电池组。携带式电子装置的例子包括携带式计 算机、动力工具、玩具、携带型电话、摄录机、和混合动力车(hybrid-electric vehicles)。 在一具体实例中，该系统包括本发明的电池组。电池组的特征系如上所述。以引用方式并入WO 2006/071972 ； WO 2007/011661 ； WO 2007/149102 ； WO 2008/002486 ； WO 2008/002487 ； 2005年9月16日申请的美国临时申请案第60/717,898号；2007年6 月22日申请的美国临时申请案第60/936,825号；与本案同一日提出申请的美国临时申请 案，代理人档案号码为3853.1018-000，题为“Battery WithEnhanced Safety” ；和与本案 同一日提出申请的美国临时申请案，代理人档案号码为3853.1022-000，题为“PrismaticStorage Battery or Cell with FlexibleRecessed Portion” 全部以引用方式并入本文中。等效性尽管已参考本发明的较佳具体实例特定显示及描述本发明，但彼等熟习此项技 术者将了解可在不偏离所附申请专利范围所包含的本发明范畴的情况下进行形式及细 节上的改变。以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和 润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种锂离子电池，其特征在于，具有一包括活性阴极材料的阴极，该活性阴极材 料包含一包括钴酸锂和尖晶石型锰酸锂的阴极混合物，其中钴酸锂和锰酸锂的重量比系 在钴酸锂锰酸锂介于约0.95 0.05和约0.55 0.45之间，且其中钴酸锂的平均粒径对 锰酸锂的平均粒径的比率系在介于约1 0.35和约1 1.4之间的范围。
2.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，阴极材料包括一种以下列实验式表 示的钴酸锂Lix6M y6Co (ι-ζ6) M z602， 其中χ6大于0且小于1.2 ；y6大于0且小于0.1 ；z6等于或大于0且小于0.5 ；M’为镁(Mg)与钠(Na)当中至少一者，且M”为由锰、铝、硼、钛、镁、钙及锶所组成群组的至少一员。
3.如权利要求2所述的锂离子电池，其特征在于，M’与M”的至少一者为镁。
4.如权利要求2所述的锂离子电池，其特征在于，锰酸锂系以下列实验式表示 Li(i+xi) (MivylA,其中xl和χ2各自独立地等于或大于0.01且等于或小于0.3， yl和y2各自独立地等于或大于0.0且等于或小于0.3， zl系等于或大于3.9且等于或小于4.1 ；及 A’为由镁、铝、钴、镍和铬所组成群组的至少一员。
5.如权利要求4所述的锂离子电池，其特征在于，该锰酸锂为LiuMi^96Mgcui3CV
6.如权利要求2所述的锂离子电池，其特征在于，该锰酸锂以Li(1+xl)Mn2Ozim实验式 表示，其中xl等于或大于0且等于或小于0.3 ；及 zl等于或大于3.9且等于或小于4.2。
7.如权利要求6所述的锂离子电池，其特征在于，xl等于或大于0.01且等于或小于0.3。
8.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，该钴酸锂为Li(1+x8)CoOz8，其中x8 等于或大于0且等于或小于0.2，及其中z8等于或大于1.9且等于或小于2.1。
9.如权利要求8所述的锂离子电池，其特征在于，锰酸锂系以下列实验式表示Li(i+xi) (MivylA,其中xl和χ2各自独立地等于或大于0.01且等于或小于0.3， yl和y2各自独立地等于或大于0.0且等于或小于0.3， zl系等于或大于3.9且等于或小于4.1，及 A’为由镁、铝、钴、镍和铬所组成群组的至少一员。
10.如权利要求9所述的锂离子电池，其特征在于，该锰酸锂为LiuMi^96Mgcui3CV
11.如权利要求9所述的锂离子电池，其特征在于，该该钴酸锂为涂覆有ZrO2或 Al2 (PO4) 3 的 LiCoO2。
12.如权利要求9所述的锂离子电池，其特征在于，该钴酸锂为LiCo02。
13.如权利要求8所述的锂离子电池，其特征在于，该锰酸锂系以Li(1+xl)Mn2Ozl实验式表示，其中Xl等于或大于0且等于或小于0.3 ；及zl等于或大于3.9且等于或小于4.2。
14.如权利要求13所述的锂离子电池，其特征在于，xl等于或大于0.01且等于或小 于 0.3。
15.如权利要求13所述的锂离子电池，其特征在于，该该钴酸锂为涂覆有ZrO2或 Al2 (PO4) 3 的 LiCoO2。
16.如权利要求13所述的锂离子电池，其特征在于，该钴酸锂为LiCo02。
17.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，该锂离子电池具有大于约3.0Ah/ 电池的容量。
18.如权利要求17所述的锂离子电池，其特征在于，该锂离子电池具有大于约4.0Ah/ 电池的容量。
19.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，该电池具有棱柱形横剖面形状。
20.如权利要求19所述的锂离子电池，其特征在于，该电池具有长椭圆形横剖面形状。
21.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，该钴酸锂的平均粒径对锰酸锂的 平均粒径的比率系在介于约1 0.4和约1 1.2之间的范围。
22.如权利要求21所述的锂离子电池，其特征在于，该钴酸锂的平均粒径对锰酸锂的 平均粒径的比率系在介于约1 0.5和约1 1.0之间的范围。
23.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，该钴酸锂的平均粒径大于锰酸锂 的平均粒径。
24.如权利要求23所述的锂离子电池，其特征在于，该钴酸锂的平均粒径对锰酸锂的 平均粒径的比率系在介于约1 0.5和约1 0.9之间的范围。
25.如权利要求24所述的锂离子电池，其特征在于，该钴酸锂的平均粒径对锰酸锂的 平均粒径的比率系在介于约1 0.6和约1 0.9之间的范围。
26.如权利要求1-25项中任一所述的锂离子电池，其特征在于，该钴酸锂和锰酸盐尖 晶石的重量比系在钴酸锂锰酸盐尖晶石介于约0.95 0.05和约0.65 0.35的间。
27.如权利要求26所述的锂离子电池，其特征在于，该钴酸锂和锰酸盐尖晶石的重量 比系在钴酸锂锰酸盐尖晶石介于约0.95 0.05和约0.7 0.3之间。
28.如权利要求27所述的锂离子电池，其特征在于，该钴酸锂和锰酸盐尖晶石的重量 比系在钴酸锂锰酸盐尖晶石介于约0.85 0.15和约0.75 0.25之间。
29.—种形成锂离子电池的方法，其特征在于，包含a)形成一种包括阴极混合物的活性阴极材料，该阴极混合物包括钴酸锂和尖晶石 型锰酸锂，其中钴酸锂和锰酸锂的重量比系在钴酸锂锰酸锂介于约0.95 0.05和 约0.55 0.45之间，及其中钴酸锂的平均粒径对锰酸锂的平均粒径的比率系在介于约 1 0.35和约1 1.4之间的范围；b)用该活性阴极材料形成一阴极；以及c)形成一经由电解质与该阴极电接触的阳极，藉此形成该锂离子电池。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，该阴极材料包括以下列实验式表示的钴酸锂Lix6M y6Co (1-z6) M z602， 其中χ6大于O且小于1.2 ；y6大于O且小于0.1 ；z6等于或大于O且小于0.5 ；M’为镁(Mg)和钠(Na)的至少一者及M”为由锰、铝、硼、钛、镁、钙和锶所组成群组的至少一员。
31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，M’和M”的至少一者为镁。
32.如权利要求30所述的方法，其特征在于，该锰酸锂系以下列实验式表示 Li(i+xi) (MivylA,其中xl和χ2各自独立地等于或大于0.01且等于或小于0.3 ； yl和y2各自独立地等于或大于0.0且等于或小于0.3 ； zl等于或大于3.9且等于或小于4.1 ；及 A’为由镁、铝、钴、镍和铬所组成群组的至少一员。
33.如权利要求32所述的方法，其特征在于，该锰酸锂为LiuMi^96Mgcui3CV
34.如权利要求30所述的方法，其特征在于，该锰酸锂系以Li(1+xl)Mn2Ozl的实验式表 示，其中xl等于或大于0且等于或小于0.3 ；及 zl等于或大于3.9且等于或小于4.2。
35.如权利要求34所述的方法，其特征在于，xl等于或大于0.01且等于或小于0.3。
36.如权利要求29所述的方法，其特征在于，该钴酸锂为Li(1+x8)CoOz8，其中X8等于 或大于0且等于或小于0.2，及其中z8等于或大于1.9且等于或小于2.1。
37.如权利要求36所述的方法，其特征在于，该锰酸锂系以下列实验式表示Li(i+xi) (Mn1-ylA'y2)x-x2oz1其中xl和χ2各自独立地等于或大于0.01且等于或小于0.3 ； yl和y2各自独立地等于或大于0.0且等于或小于0.3 ； zl等于或大于3.9且等于或小于4.1 ；及 A’为由镁、铝、钴、镍和铬所组成群组的至少一员。
38.如权利要求37所述的方法，其特征在于，该锰酸锂为LiuMi^96Mgcui3CV
39.如权利要求37所述的方法，其特征在于，该钴酸锂为涂覆有ZrO2或Al2(PO4)3的 LiCoO2O
40.如权利要求37所述的方法，其特征在于，该钴酸锂为LiCo02。
41.如权利要求36所述的方法，其特征在于，该锰酸锂系以Li(1+xl)Mn2Ozl的实验式表 示，其中xl等于或大于0且等于或小于0.3 ；及 zl等于或大于3.9且等于或小于4.2。
42.如权利要求41所述的方法，其特征在于，xl等于或大于0.01且等于或小于0.3。
43.如权利要求41所述的方法，其特征在于，该钴酸锂为涂覆有ZrO2或Al2(PO4)3的 LiCoO2O
44.如权利要求41所述的方法，其特征在于，该钴酸锂为LiCo02。
45.如权利要求29所述的方法，其特征在于，该锂离子电池具有大于约3.0Ah/电池的容量。
46.如权利要求45所述的方法，其特征在于，该锂离子电池具有大于约4.0Ah/电池的容量。
47.如权利要求29所述的方法，其特征在于，该电池具有棱柱形横剖面形状。
48.如权利要求47所述的方法，其特征在于，该电池具有长椭圆形横剖面形状。
49.如权利要求29所述的方法，其特征在于，该钴酸锂的平均粒径对锰酸锂的平均粒 径的比率系在介于约1 0.4和约1 1.2之间的范围。
50.如权利要求49所述的方法，其特征在于，该钴酸锂的平均粒径对锰酸锂的平均粒 径的比率系在介于约1 0.5和约1 1.0之间的范围。
51.如权利要求29所述的方法，其特征在于，该钴酸锂的平均粒径大于锰酸锂的平均 粒径。
52.如权利要求51所述的方法，其特征在于，该钴酸锂的平均粒径对锰酸锂的平均粒 径的比率系在介于约1 0.5和约1 0.9之间的范围。
53.如权利要求52所述的方法，其特征在于，该钴酸锂的平均粒径对锰酸锂的平均粒 径的比率系在介于约1 0.6和约1 0.9之间的范围。
54.如权利要求29-53项中任一所述的方法，其特征在于，该钴酸锂和锰酸盐尖晶石 的重量比系在钴酸锂锰酸盐尖晶石介于约0.95 0.05和约0.7 0.3之间。
55.如权利要求54所述的方法，其特征在于，该钴酸锂和锰酸盐尖晶石的重量比系在 介于钴酸锂锰酸盐尖晶石约0.85 0.15和约0.75 0.25之间。
56.—种包含复数个电池的电池组，其特征在于，各电池系包括一包括阴极混合物的 活性阴极材料，该阴极混合物包括钴酸锂和尖晶石型锰酸锂，其中钴酸锂和锰酸锂的重 量比系在钴酸锂锰酸锂介于约0.95 0.05至约0.55 0.45之间，及其中钴酸锂的平均 粒径对锰酸锂的平均粒径的比率系在介于约1 0.35和约1 1.4之间的范围。
57.如权利要求56所述的电池组，其特征在于，该阴极材料包括一种以下列实验式表 示的钴酸锂Lix6M y6Co (ι-ζ6) M z602， 其中x6大于0.05且小于1.2 ；y6大于0且小于0.1 ；z6等于或大于0且小于0.5 ；M’为镁(Mg)和钠(Na)的至少一者及M”为由锰、铝、硼、钛、镁、钙和锶所组成群组的至少一员。
58.如权利要求57所述的电池组，其特征在于，M’和M”的至少一者为镁。
59.如权利要求57所述的电池组，其特征在于，该锰酸锂系以下列实验式表示 Li(i+xi) (MivylA,其中xl和χ2各自独立地等于或大于0.01且等于或小于0.3 ； yl和y2各自独立地等于或大于0.0且等于或小于0.3 ； zl等于或大于3.9且等于或小于4.1 ；及A’为由镁、铝、钴、镍和铬所组成群组的至少一员。
60.如权利要求59所述的电池组，其特征在于，该锰酸锂为LiuMi^96Mgcui3CV
61.如权利要求57所述的电池组，其特征在于，该锰酸锂系以Li(1+xl)Mn2Ozim实验式 表示，其中Xl等于或大于0且等于或小于0.3 ；及 zl等于或大于3.9且等于或小于4.2。
62.如权利要求61所述的电池组，其特征在于，xl等于或大于0.01且等于或小于0.3。
63.如权利要求56所述的电池组，其特征在于，该钴酸锂为Li(1+x8)CoOz8，其中x8等 于或大于0且等于或小于0.2，及其中z8等于或大于1.9且等于或小于2.1。
64.如权利要求63所述的电池组，其特征在于，该锰酸锂系以下列实验式表示Li(1+Xl) (MivylA,其中xl和χ2各自独立地等于或大于0.01且等于或小于0.3 ； yl和y2各自独立地等于或大于0.0且等于或小于0.3 ； zl等于或大于3.9且等于或小于4.1 ；及 A’为由镁、铝、钴、镍和铬所组成群组的至少一员。
65.如权利要求64所述的电池组，其特征在于，该锰酸锂为LiuMi^96Mgcui3CV
66.如权利要求64所述的电池组，其特征在于，该钴酸锂为涂覆有ZrO2或Al2(PO4)3 的 LiCoO2。
67.如权利要求64所述的电池组，其特征在于，该钴酸锂为LiCo02。
68.如权利要求63所述的电池组，其特征在于，该锰酸锂系以Li(1+xl)Mn2Ozim实验式 表示，其中xl等于或大于O且等于或小于0.3 ；及 zl等于或大于3.9且等于或小于4.2。
69.如权利要求68所述的电池组，其特征在于，xl等于或大于0.01且等于或小于0.3。
70.如权利要求68所述的电池组，其特征在于，该钴酸锂为涂覆有ZrO2或Al2(PO4)3 的 LiCoO2。
71.如权利要求68所述的电池组，其特征在于，该钴酸锂为LiCo02。
72.如权利要求56所述的电池组，其特征在于，各电池具有大于约3.0Ah/电池的容量。
73.如权利要求72所述的电池组，其特征在于，各电池具有大于约4.0Ah/电池的容量。
74.如权利要求56所述的电池组，其特征在于，各电池具有棱柱形横剖面形状。
75.如权利要求74所述的电池组，其特征在于，各电池具有长椭圆形横剖面形状。
76.如权利要求56所述的电池组，其特征在于，钴酸锂的平均粒径对锰酸锂的平均粒 径的比率系在介于约1 0.4和约1 1.2之间的范围。
77.如权利要求76所述的电池组，其特征在于，钴酸锂的平均粒径对锰酸锂的平均粒 径的比率系在介于约1 0.5和约1 1.0之间的范围。
78.如权利要求56所述的电池组，其特征在于，该钴酸锂的平均粒径大于锰酸锂的平 均粒径。
79.如权利要求78所述的电池组，其特征在于，钴酸锂的平均粒径对锰酸锂的平均粒 径的比率系在介于约1 0.5和约1 0.9之间的范围。
80.如权利要求79所述的电池组，其特征在于，钴酸锂的平均粒径对锰酸锂的平均粒 径的比率系在介于约1 0.6和约1 0.9之间的范围。
81.如权利要求56-80项中任一所述的电池组，其特征在于，该钴酸锂和锰酸盐尖晶 石的重量比系在钴酸锂锰酸盐尖晶石介于约0.95 0.05和约0.7 0.3之间。
82.如权利要求81所述的电池组，其特征在于，该钴酸锂和锰酸盐尖晶石的重量比系 在钴酸锂锰酸盐尖晶石介于约0.85 0.15和约0.75 0.25之间。
全文摘要
一种锂离子电池包含一包括活性阴极材料的阴极。该活性阴极材料包含一包括钴酸锂和尖晶石型锰酸锂的阴极混合物，其中钴酸锂和锰酸锂的重量比系在钴酸锂∶锰酸锂介于约0.95∶0.05至约0.55∶0.45之间，及其中钴酸锂的平均粒径对锰酸锂的平均粒径的比率系在介于约1∶0.35和约1∶1.4之间的范围。
文档编号H01M10/36GK102017245SQ200980114320
公开日2011年4月13日 申请日期2009年4月16日 优先权日2008年4月24日
发明者克丽斯缇娜·M.·朗普-欧娜鲁德, 宋彦宁, 普尔·欧娜鲁德, 里查·V.·香柏兰二世 申请人:波士顿电力公司