[發明專利]正極活性材料及包含該正極活性材料的正極和鋰二次電池

有效

• 申請號: 201080023159.5
• 申請日: 2010-05-27
• 公開（公告）號: CN102449822A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 洪升澤;樸慧雄;全浩辰;樸成焌;崔大植;尹蘭智;金汝珍;崔丞惇
• 申請（專利權）人: 株式會社LG化學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;C01B25/45;H01M4/583;H01M4/64;H01M10/0525
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 陳海濤;樊衛民

技術領域

本申請要求在2009年5月27日提交的韓國專利申請10-2009-0046311和在2009年6月8日提交的韓國專利申請10-2009-0050404的優先權，特此通過參考以其完整的形式將其并入本申請中。

本文中所公開的本發明涉及正極活性材料以及包含所述正極活性材料的正極和鋰二次電池，更特別地，涉及正極活性材料以及包含所述正極活性材料的正極和鋰二次電池，其中所述正極活性材料使用具有優異熱穩定性的活性材料，其具有兩種不同的類型和粒徑以獲得高體積密度并由此提高了穩定性。

背景技術

與典型的鎳鎘二次電池相比，鋰二次電池具有更高的電壓和容量。特別地，當將典型的鋰過渡金屬如LiCoO₂、LiNiO₂或LiMn₂O₄用作正極活性材料，并將石墨或碳如碳纖維用作負極活性材料時，可產生超過約4V的高電壓且關于負效應如電短路的擔憂會變得更小。因此，其作為移動電子裝置如移動電話、筆記本個人電腦和數字照相機的便攜式電源的可用性高。

由于移動裝置在保持高性能和多功能的條件下變得越來越輕且更加緊湊，且還需要在高溫或低溫下運行，所以諸如高水平電容量、充放電和安全性的特性是必要的。

因此，簡單使用預定形式的LiCoO₂粉末作為正極活性材料的典型鋰電池可能不能提供上述電池特性。為了滿足上述電池特性，引入了多種典型技術。

例如，提出了用于涂布正極活性材料粒子的技術。然而，該技術因制造工藝復雜而難以實際應用。

作為另一種技術，提出了用于提高活性材料粒子的堆積密度的技術。在下述專利文獻中可以公開關于上述技術的相關技術。

日本特開2000-082466號公報公開了具有約0.1μm～約50μm平均粒徑的鋰鈷復合氧化物和在粒子分布中具有兩個峰的正極活性材料。

韓國專利公布2002-0057825公開了混合有具有約7μm～約25μm平均粒徑的正極活性材料和具有約2μm～約6μm平均粒徑的正極活性材料的正極活性材料。

日本特開2004-119218號公報公開了混合有具有約7μm～約20μm平均粒徑的正極活性材料和平均粒徑為前述平均粒徑的約10％～約30％的正極活性材料的正極活性材料。

發明內容

上述典型技術將兩種不同的正極活性材料進行混合或者使用具有至少兩個平均粒徑最大值的正極活性材料。鑒于此，將所述正極活性材料致密堆積，由此提高電池容量。

此外，當使用分別具有不同粒徑的兩種活性材料時，兩種活性材料之間的接觸電阻可能增大。另外，當使用具有小于約1μm的粒徑的活性材料時，活性材料之間的接觸電阻可能大大增大。

此外，當對活性材料和集電器進行壓延以制造電極時，可能因混合活性材料的粒徑而導致不能均勻施加輥壓。

因此，為了提高體積密度，需要應該將超過兩種的正極活性材料進行適當混合并堆積。

此外，還要求，應獲得具有改進的性能如高電壓穩定性、熱穩定性和高倍率放電的鋰電池用復合正極活性材料。特別地，具有優異熱穩定性的正極活性材料的電導率差，使得其可能劣化電池的總體性能。結果，通常不將正極活性材料用于制造電池。

因此，本發明提供一種正極材料，所述正極材料采用具有優異熱穩定性、通過以最佳比率將具有不同粒徑的兩種活性材料進行混合而解決活性材料之間的大接觸電阻的材料，且所述正極材料通過在用于對正極進行處理的輥壓期間使功率分布最小化而具有優異的堆積密度和輸出密度。

本發明的實施方案提供正極活性材料，其包含：具有約0.5μm的平均粒徑和小于約1μm的最大粒徑的小直徑活性材料；和具有約5μm～約20μm的平均粒徑和小于約100μm的最大粒徑的大直徑活性材料。

在一些實施方案中，小直徑活性材料可具有鋰金屬磷酸鹽(LiMPO₄)的橄欖石結構。

在其他實施方案中，小直徑活性材料可以為磷酸鐵鋰(LiFePO₄)。

在還另外的實施方案中，小直徑活性材料可具有碳包覆的LiMPO₄的橄欖石結構。

在還另外的實施方案中，小直徑活性材料與大直徑活性材料的重量比可以為7+x∶3-x(僅當0≤x＜3時)。

在還另外的實施方案中，小直徑活性材料與大直徑活性材料的重量比可以＝9∶1。