[發明專利]正極活性材料和使用其的鋰電池

有效

• 申請號: 200710147197.1
• 申請日: 2007-08-30
• 公開（公告）號: CN101150189A
• 公開（公告）日: 2008-03-26
• 發明（設計）人: 樸圭成;林東民;尹在久
• 申請（專利權）人: 三星SDI株式會社
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48;H01M4/58;H01M4/02;H01M10/40;H01M6/16
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 宋莉

技術領域

本發明涉及正極活性材料和使用其的鋰電池。

背景技術

鋰過渡金屬氧化物如LiNiO₂、LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄、LiNi_xCo_1-xO₂(0≤x≤1)和LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂(0≤x≤0.5，0≤y≤0.5)已用作用于鋰電池的正極活性材料。由于需要高容量正極活性材料，已提出復合氧化物體系作為常規正極活性材料的潛在替代物。

在這些復合氧化物體系中，過鋰化的(overlithiated)Li_1+xMe_1-xO₂(其中Me是過渡金屬且0＜x＜0.33)，其也可以yLi₂MO₃-(1-y)LiMeO₂(0＜y＜1)的復合氧化物形式表示，基本上具有Li₂MO₃和LiMeO₂(其中Me是過渡金屬)兩者的電化學特性。為了方便，下文中將使用復合氧化物記法。例如，當Li₂MnO₃用作xLi₂MO₃-(1-x)LiMeO₂復合氧化物體系的Li₂MO₃組分(如在以下反應圖式中所述)時，由于其4+氧化值，在充電過程中錳(Mn)未被進一步氧化。因此，氧(O)和鋰(Li)一起從Li₂MnO₃中脫出。在放電過程中，脫出的氧不能可逆地嵌入正極材料中，因此僅有鋰嵌入正極材料中。此時，錳從4+還原到3+。因此，當被認為是兩相復合物時，由于在初始充電過程中兩個鋰離子的脫出和在初始放電過程中一個鋰離子的嵌入，理論初始效率僅為50％。

(充電)Li₂Mn⁴⁺O₃-Li₂O→Mn⁴⁺O₂

(放電)Mn⁴⁺O₂+Li→LiMn³⁺O₂

而且，在該過鋰化的過渡金屬氧化物體系中，為了獲得高容量，Li_1+xMe_1-xO₂中的x增加至0.2或更大，由此導致不可逆容量的降低。

發明內容

根據本發明的一個實施方式，正極活性材料能夠使在初始充電過程中不可逆容量的降低最小化。

在本發明的另一實施方式中，鋰電池使用該正極活性材料。

根據本發明的一個實施方式，正極活性材料包括過渡金屬氧化物和由式1表示的化合物(復合物記法)。

式1

xLi₂MO₃-(1-x)LiMeO₂

在式1中，0＜x≤0.8，M是選自Mn、Ti、Zr及其組合的金屬，且Me是選自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Al、Mg、Zr、B及其組合的金屬。

根據本發明的實施方式，過渡金屬氧化物可為無鋰的過渡金屬氧化物。

根據本發明的另一實施方式，過渡金屬氧化物可選自含釩的氧化物、含錳的氧化物、含鐵的氧化物、含鈦的氧化物、含鈷的氧化物、含鎳的氧化物、含鉬的氧化物、含鎢的氧化物及其組合。

根據本發明的另一實施方式，過渡金屬氧化物可為含釩的氧化物或含錳的氧化物。

根據本發明的另一實施方式，過渡金屬氧化物可為VO_x或V₂O₅。

根據本發明的另一實施方式，基于正極活性材料的總重量，過渡金屬氧化物可以約50重量％或更小的量存在。例如，基于正極活性材料的總重量，過渡金屬氧化物可以約3-約20重量％的量存在。

根據本發明的另一實施方式，在上式1中，x可為約0.1-約0.6。

根據本發明的另一實施方式，鋰電池使用該正極活性材料。

附圖說明

通過參考當連同附圖一起考慮時的以下詳細描述，本發明的以上和其他特征和優點將變得更加明晰，其中：