| 主权项 |
1.一种用于锂离子电池之阴极组合物,其含有具有以下通式之锂(a)Liy[M1(1-b)Mnb]O2或(b)Lix[M1(1-b)Mnb]O1.5+c,其中0≦y<1,0<b<1且0<c<0.5且M1系表示一或多种金属元素,其限制条件为(a)中之M1系为除铬以外之金属元素;该组合物系为具有O3结晶结构之单一相形式,在掺入锂离子电池且在30C及130mAh/g最终容量下使用30mA/g之放电电流进行100次满量充电-放电循环时,不会进行转变成尖晶石结晶结构之相位变换。2.一种用于锂离子电池之阴极组合物,具有通式Liy[Li(1-2x)/3M2xMn(2-x)/3]O1.5+x,其中0<y<1,0<x<0.5且M2系表示一或多种金属元素,其限制条件为在完全未充电状态下,所有M2之重量平均氧化态皆为2,在完全充电状态下为4。3.一种用于锂离子电池之阴极组合物,具有通式Liy+a[Li(1-2x)/3M2xMn(2-x)/3]O1.5+x+y/2,其中0<a<(1-y),0<y<(1-2x)且0<x<0.5且M2系表示一或多种金属元素,其限制条件为在完全未充电状态下,所有M2之重量平均氧化态皆为2,在完全充电状态下为4。4.一种用于锂离子电池之阴极组合物,具有通式Liy[Li(1-2x)/3M2xMn(2-x)/3]O2,其中(1-2x)≦y<1且0<x<0.5且M2系表示除铬以外之金属元素,其限制条件为在完全未充电状态下,所有M2之重量平均氧化态皆为2,在完全充电状态下为4。5.一种用于锂离子电池之阴极组合物,具有通式Liy[Li(1-2x)/3M2xMn(2-x)/3]O1.5+x+y/2,其中0<y<(1-2x)且0<x<0.5且M2系表示一或多种金属元素,其限制条件为在完全未充电状态下,所有M2之重量平均氧化态皆为2,在完全充电状态下为4。6.一种用于锂离子电池之阴极组合物,具有通式Liy[Li(1-x)/3M2xMn(2-2x)/3]O1.5+x/2,其中0<y<1且0<x<1且M2系表示一或多种金属元素,其限制条件为在完全未充电状态下,所有M之重量平均氧化态皆为3,在完全充电状态下为4。7.一种用于锂离子电池之阴极组合物,具有通式Liy+a[Li(1-x)/3M2xMn(2-2x)/3]O1.5+x/2+y/2,其中0<a<(1-y),0<y<(1-x)且0<x<1且M2系表示一或多种金属元素,其限制条件为在完全未充电状态下,所有M2之重量平均氧化态皆为3,在完全充电状态下为4。8.一种用于锂离子电池之阴极组合物,具有通式Liy[Li(1-x)/3M2xMn(2-2x)/3]O2,其中(1-x)≦y<1且0<x<1且M2系表示除铬以外之金属元素,其限制条件为在完全未充电状态下,所有M2之重量平均氧化态皆为3,在完全充电状态下为4。9.一种用于锂离子电池之阴极组合物,具有通式Liy[Li(1-x)/3M2xMn(2-2x)/3]O1.5+x/2+y2,其中0<y<(1-x)且0<x<1且M2系表示一或多种金属元素,其限制条件为在完全未充电状态下,所有M2之重量平均氧化态皆为3,在完全充电状态下为4。10.一种用于锂离子电池之阴极组合物,具有通式Liy[Li(1-x)/3M2xMn(2-2x)/3]O1.5+1.5x,其中0<y<1且0<x<0.33且M2系表示一或多种金属元素,其限制条件为在完全未充电状态下,所有M2之重量平均氧化态皆为3,在完全充电状态下为6。11.一种用于锂离子电池之阴极组合物,具有通式Liy+a[Li(1-x)/3M2xMn(2-2x)/3 ]O1.5+1.5x+y/2,其中0<a<(1-y),0<y<(1-3x)且0<x<0.33且M2系表示一或多种金属元素,其限制条件为在完全未充电状态下,所有M2之重量平均氧化态皆为3,在完全充电状态下为6。12.一种用于锂离子电池之阴极组合物,具有通式Liy[Li(1-x)/3M2xMn(2-2x)/3]O1.5+1.5x+y/2,其中0<y<(1-3x)且0<x<0.33且M2系表示一或多种金属元素,其限制条件为在完全未充电状态下,所有M2之重量平均氧化态皆为3,在完全充电状态下为4。13.一种锂离子电池,包括:(a)一阳极;(b)一阴极;及(c)一分隔该阳极与该阴极之电解质,该阴极系包含如申请专利范围第1.2.4.6.8及11项中任一项之阴极组合物。图式简单说明:图1a至e系为Li/Li[NixLi(1/3-2x/3)Mn(2/3-x/3)]O2电池之电压相对于电容量及电容量相对于循环次数之图,X =1/6.1/4.1/3.5/12及1/2。该循环系于5mA/g介于2.0及4.8V之间。图2a至e系为Li/Li[NixLi(1/3-2x/3)Mn(2/3-x/3)]O2电池之电压相对于电容量及电容量相对于循环次数之图,x =1/6.1/4.1/3.5/12及1/2。该循环系于10mA/g介于3.0及4.4V之间。图3系为比电容量相对于Li[Nix Li(1/3-2x/3)Mn(2/3-x/3)]O2中之x在各种不同电压范围内的图。所示之实线及虚线系产生预测电容量。圆点则产生4.45伏特之实验电容量,方格产生反常停滞期之实验电容量,而三角形系实验首次充电容量。图4a系为Li[NixLi(1/3-2x/3)Mn(2/3-x/3)]O2在x=5/12介于3.0及4.4伏特之间的首两个充电-放电周期的原位x-射线绕射结果。图4b显示起始粉末之绕射图型。该原位扫描系与图4c中之伏特-时间曲线同步。例如,第8个x-射线扫描系发生于所示之第一次充电的顶部。图5a至c系为Li[NixLi(1/3-2x/3)Mn(2/3-x/3)]O2在x=5/12之原位x-射线绕射结果。图5a系为伏特-时间曲线;图5b系为晶格常数a及c且图5c系为与伏特-时间曲线相关之单位电池体积。该电池系于3.0及4.4伏特之间循环。图6a至e系为差示电容量相对于具有所示之x的Li/Li[NixLi(1/3-2x/3)Mn(2/3-x/3)]O2的电压之图。该电池系于3.0及4.4伏特之间使用10mA/g之比电流充电及放电。图7a至c系为Li[NixLi(1/3-2x/3)Mn(2/3-x/3)]O2在x=5/12下之原位x-射线绕射结果。图7a系为伏特-时间曲线;图7b系为晶格常数a及c;且图7c系为与伏特-时间曲线有关之单位电池体积。该电池系于2.0及4.8伏特之间循环。图8a系为Li[NixLi(1/3-2x/3)Mn(2/3-x/3)]O2在x=1/6介于2.0及4.8伏特之间的首两个充电-放电周期的原位x-射线绕射结果。图8b显示起始粉末之绕射图型。该原位扫描系与图8c中之伏特-时间曲线同步。例如,第16个x-射线扫描系发生于第一次充电的顶部。图9a至c系为Li[NixLi(1/3-2x/3)Mn(2/3-x/3)]O2在x=1/6之原位X-射线绕射结果。图9a系为伏特-时间曲线;图9b系为晶格常数a及c;且图9c系为与伏特-时间曲线相关之单位电池体积。该电池系于2.0及4.8伏特之间循环。图10系为Li-M-O三元系统之吉布斯三角形(Gibbstriangle),M系表示NixMn(2/3-x/3)。出示相关相之组成。图11系为图10之Li-M-O吉布斯三角形显示使用于Li/Li[NixLi(1-2x)/3 Mn(2-x)/3]O2电池之充电及放电区域的延伸部分。图12a至e系为差示电容量相对于具有所示之x的Li/Li[NixLi(1/3-2x/3)Mn(2/3-x/3)]O2之电压的图。该电池系于2.0及4.8伏特之间使用5mA/g之比电流充电及放电。图13系为Li/Li[NixLi(1-2x)/3Mn(2-x)/3]O2电池(首次充电至4.8伏特)因为Mn还原所致之之放电容量部分的图。点系实验结果,实线系为由Li线(在Ni4+还原至Ni2+之后)之位置所致的电容量预测値,而虚线系为化合物中所有Mn4+皆还原成Mn3+之电容量。图14a至b系为Li[NixLi(1-2x)/3 Mn(2-x)/3]O2在x=1/3下充电至4.8伏特的非原位(ex-situ)x-射线绕射图型。试样于此以氧化态引数(参照表1)为主之电位上的预测理想配比系为[Ni0.33 Li0.113Mn0.556]O1.833。所计算之图型系以实线表示。图14c及14d出示配合之品质因数(G.O.F.)及Bragg-R因数相对于氧位置占用率的变化。图15a至g系为电压相对于Li/Li[CrxLi(1/3-x/3)Mn(2/3-2x/3)O2电池在x=1/6至1时之电容量的图。在5mA/g下介于2.0及4.8伏特之间循环。图16a至g系为图15a至g之材料在相同循环条件下的电容量相对于循环次数的图。图17a至g显示Li/Li[CrxLi(1/3-x/3)Mn(2/3-2x/3)]O2电池在x=1/6.1/4.1/3.1/2.2/3.5/6及1.0下于2.0及4.8伏特之间的差示电容量相对于电位之图。 |
