[發明專利]具有非水電解液的二次電池的陰極材料及其制備方法以及含有該陰極材料的鋰二次電池

有效

• 申請號: 200580049047.6
• 申請日: 2005-12-28
• 公開（公告）號: CN101142700A
• 公開（公告）日: 2008-03-12
• 發明（設計）人: 李榮基;郭東學;尹熙燦;金鐘涉
• 申請（專利權）人: 環保株式會社
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司
• 代理人: 周建秋;王鳳桐

技術領域

本發明涉及鋰二次電池的陰極活性材料及其制備方法，以及含有該陰極活性材料的鋰二次電池。更具體地說，本發明涉及具有優良的充/放電性能、高倍率(rate)性能和熱穩定性能的鋰二次電池的陰極活性材料，以及制備這種具有特定組成的陰極活性材料的方法。

根據本發明的非水電解液鋰二次電池的陰極活性材料為由Li_aNi_{l-(v+w+x+y+z)}Mn_vCo_wM_xM′_yM″_zO₂所表示的鋰/鎳/鈷/錳復合金屬氧化物，其中，M、M′和M″獨立地選自由Al、Mg、Sr、Ca、P、Pb、Y和Zr組成的組中，a為0.9-1.05，l-(v+w+x+y+z)為0.685-0.745，v為0.05-0.06，w為0.20-0.24，x+y+z為0.005-0.015。

背景技術

近來，諸如移動電話、筆記本電腦、掌上電腦等便攜式電子設備趨向于小型化和微小化，提升了實現用作這種便攜式設備電源的鋰二次電池高容量的需要。現在市售可得的鋰/鈷復合氧化物可以相對容易地合成，并顯示了優良的安全性和充/放電循環性能(cyclability)，但已經達到了容量的最高限，因此出現限制了獲得更高電池容量的問題。

因而，使用廉價錳(Mn)的鋰/錳復合氧化物(LiMnO₂或LiMn₂O₄)或者使用鎳(Ni)的鋰/鎳復合氧化物作為替換鋰/鈷復合氧化物得到了廣泛關注。其中，具有層狀結構的鋰/錳復合氧化物的優點在于具有比鋰/鈷復合氧化物更高的容量，然而由于結構不穩定而充/放電循環性能差。然而，尖晶石鋰/錳復合氧化物具有優異的熱穩定性，卻顯示了比鋰/鈷復合氧化物更低的容量，使其很難應用于高容量電池中。

同時，鋰/鎳復合氧化物是高容量材料，卻存在諸如很差的充/放電循環性能且難以制備的問題。為了克服這些缺點，日本專利公開文本No.Hei8-213015提出了Li_xNi_aCo_bM_cO₂作為具有優異的自放電性能和優異的充/放電循環性能、且在高溫條件下能保持電池良好的儲存和使用性能的陰極活性材料，其中，x為0.8-1.2，a為0.01-0.99，b為0.01-0.99，c為0.01-0.3，a、b、c之和為0.8-1.2，M為選自由Al、V、Mn、Fe、Cu和Zn所組成的組中的至少一種元素。使用上述日本專利公開的方法獲得的鋰/鎳復合氧化物顯示了比鋰/鈷復合氧化物相對較高的容量，并具有提高到一定程度的充/放電循環性能，然而當處于充電狀態時，仍然沒有令人滿意的高溫性能。其結果是，這種鋰/鎳復合氧化物引發了伴隨諸如氧氣的氣體釋放的分解，且由此釋放的諸如氧氣的氣體與電解液反應，或者鎳離子與電解液反應，因此引起電池內壓的升高，內壓升高導致電池膨脹或者在最壞的情況下電池有爆炸的危險。

另一方面，為了改進電池的熱穩定性，當需要使用部分鎳(Ni)用其它金屬來替換的鋰/鎳復合氧化物作為陰極活性材料時，用添加金屬部分替換鎳可以改進熱穩定性，但電池的容量隨著添加金屬量的增加而顯著降低。

因而，在本領域中需要開發用于制備高容量電池的具有高容量以及在高溫下還具有熱穩定性，因此能抑制與電解液反應的陰極活性材料。

發明內容

因此，考慮到上述問題產生了本發明，并且本發明的目的是通過提供具有特定組成的非水電解液鋰二次電池的陰極活性材料來實現了電池的高容量同時提高電池的熱穩定性。

也就是說，本發明提供了非水電解液鋰二次電池的陰極活性材料，該陰極活性材料能以特定組成提高電池的容量，同時由于高的熱穩定性而具有低的放熱峰，且在高溫下電解液與陰極活性材料之間具有低的反應性。

根據本發明的一個方面，上述和其它目的可以通過提供非水電解液鋰二次電池的陰極活性材料來完成，該陰極活性材料含有由以下式1所表示的鋰/鎳/鈷/錳復合金屬氧化物：

Li_aNi_{l-(v+w+x+y+z)}Mn_vCo_wM_xM′_yM″_zO₂????????????????(式1)