相關申請的交叉引用

本申請要求享有2012年3月27日提交的標題為“POLYSULFONE COATING FOR HIGH VOLTAGE LITHIUM-ION CELLS”的臨時專利申請號61/616,339的35 U.S.C.119(e)的權益，在此以參考方式引入以用于所有法律允許的目的。

背景技術

除非這里另有說明，在這部分中所描述的材料并不是本申請權利要求書的現有技術，并且并不承認包括在這部分中的內容為現有技術。這部分中描述的概念對于發明者來講是已知的，但是對于他人不一定是已知的或先前已被他人想到或尋求到的。

鋰離子電池的三個主要功能組件是負極、正極和電解質。傳統的鋰離子電池單元的負極或陽極包括能夠吸收或釋放鋰離子的物質，且通常由碳(例如石墨)制成。正極或陰極包括含鋰物質且通常由含鋰物質中的下列類型之一制成：層狀氧化物(例如鈷酸鋰)、聚陰離子(例如鋰鈷磷酸鹽)或尖晶石(例如鋰錳氧化物)。與電極連接的電解質是在有機溶劑中的鋰鹽。根據流經電池單元的電流方向，電極的電化學作用在陽極和陰極之間變化。通常，電池還包括隔膜，用于防止陽極和陰極之間接觸，該隔膜是微孔膜。

由于陰極活性物質的選取對于鋰離子電池的電壓、容量、壽命以及安全性具有重要的影響，所以陰極活性物質的化學性一直備受關注。目前，層-層富鋰陰極材料xLiMO₂·(1-x)Li₂MNO₃(其中M是過渡金屬，例如Ni、Mn、Co)已示出非常希望用于電動車輛的鋰離子電池中。實際上，層-層富鋰陰極材料具有高的比容量(250mAh/g)，其比市場上使用的鋰鎳錳鈷氧化物LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂高70％。然而，由于在形成時釋放的內在的氧以及與電解質溶劑的反應，層-層富鋰陰極材料的循環性能和倍率性能受到影響。因此，表面和散裝材料都具有高的阻抗。

因此，需要一種裝置來提高鋰離子陰極材料的性能，且尤其是層-層富鋰陰極材料。

由于在電解質中的主要溶劑是循環和線性碳酸鹽，它們與陰極表面的氧化反應導致不可逆的損失和嚴重的容量衰減。在現有技術中已嘗試控制電極/電解質反應。如J.Electrochem.Soc.第156卷第A483-A488頁(2009)Achiha等描述的一個方法已用能夠氟化的更加穩定的溶劑取代高反應性的含碳酸鹽的溶劑。如J.Power Sources第187卷第581-585頁(2009)Han等描述的第二方法已在電解質中使用能夠在氧化電極表面上形成保護層的添加劑。然而另一方法已通過將阻止氧化的電解質與電極表面的反應同時允許鋰離子傳導的材料涂覆陰極表面。

發明內容

在本發明的一個實施例中，用于鋰離子電池的電化學電池單元具有通常為石墨的負極(陽極)、具有含鋰離子的活性物質的正極(陰極)，以及與電極連接的電解質。陰極設置有含砜化合物的保護涂層，以阻止氧化的電解質在陰極表面處的反應。保護涂層不會干擾鋰離子傳導。

在本發明的應用中，陰極的活性物質可以是在大于4.2V vs Li/Li⁺的電壓下工作的任意含有鋰離子的物質，例如層狀金屬氧化物和尖晶石氧化物。然而，在本發明的特別優選的實施例中，活性物質是層-層富鋰陰極材料xLiMO₂(1-x)Li₂MNO₃，其中M是過渡金屬，并優選從由Co，Ni和Mn組成的群組中選取。在這里描述的特定示例性實施例中，層-層富鋰陰極材料是LiMO₂·Li₂MnO₃.

保護涂層是含砜化合物，例如形成粘附在陰極上的聚合涂層的聚砜，使得砜在任何情況下都不會與陽極反應。在特定實施例中，聚砜是從由聚苯砜和聚(1，4-亞苯基醚-醚-砜)組成的群組中選取的大分子。

本發明的鋰離子電池實施例具有多個電化學電池單元，其中，在陰極上含有鋰離子的活性物質具有在電解質接觸表面上的含砜化合物的保護涂層。當然，電池可以是本領域已知的任意結構，例如硬幣式或扣式、卷繞的或扁平的。