[發(fā)明專利]鋰二次電池用正極活性材料

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080026904.1
• 申請日: 2010-06-16
• 公開（公告）號: CN102804458A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張誠均;樸洪奎;樸信英;吉孝植;李蕙羅
• 申請（專利權(quán)）人: 株式會社LG化學(xué)
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48;H01M10/36;H01M4/02
• 代理公司: 中原信達知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219
• 代理人: 陳海濤;穆德駿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰二次電池用正極活性材料。更具體而言，本發(fā)明涉及一種正極活性材料，其為具有α-NaFeO₂層狀晶體結(jié)構(gòu)的鋰過渡金屬氧化物，其中所述過渡金屬包括Ni和Mn的組合，除鋰之外的過渡金屬的平均氧化值大于+3，并且鎳對錳的摩爾比(m(Ni)/m(Mn))和Ni²⁺對Mn⁴⁺的摩爾比(m(Ni²⁺)/m(Mn⁴⁺))滿足特定條件。所述鋰過渡金屬氧化物通過控制過渡金屬的氧化值而具有均勻且穩(wěn)定的層狀結(jié)構(gòu)，由此在高倍率充放電條件下展示了優(yōu)異的倍率特性以及提高的總體電化學(xué)特性。

背景技術(shù)

對移動設(shè)備的技術(shù)開發(fā)和需求增加導(dǎo)致了對作為能源的二次電池的需求急劇增加。在這些二次電池中，可商購獲得并廣泛使用具有高能量密度和電壓、長循環(huán)壽命和低自放電的鋰二次電池。

另外，在環(huán)境問題上的關(guān)注增加帶來了與代替使用化石燃料的車輛如汽油車輛和柴油車輛的電動車輛、混合動力車輛和插入式混合動力車輛相關(guān)的大量研究。這些電動車通常使用鎳金屬氫化物二次電池作為能源。然而，目前正進行與使用具有高能量密度和放電電壓的鋰二次電池相關(guān)的大量研究并且有些為商購可獲得的。

同時，鋰二次電池通常使用含鋰的鈷復(fù)合氧化物(LiCoO₂)作為正極活性材料。并且，已經(jīng)考慮使用鋰-錳復(fù)合氧化物如具有層狀晶體結(jié)構(gòu)的LiMnO₂和具有尖晶石晶體結(jié)構(gòu)的LiMn₂O₄以及鋰鎳復(fù)合氧化物(LiNiO₂)作為正極活性材料。

在這些正極活性材料中，LiCoO₂由于優(yōu)異的物理性能如長壽命和良好的充放電特性而最常使用，但其具有低結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性且由于作為原料使用的鈷的自然資源限制而昂貴，由此不利地具有有限的價格競爭性。

鋰錳氧化物如LiMnO₂和LiMn₂O₄具有熱穩(wěn)定性優(yōu)異和成本低的優(yōu)點，但具有容量低和低溫特性差的缺點。

另外，LiMnO₂-基正極活性材料相對便宜并顯示優(yōu)異放電容量的電池特性，但不利地難以合成且不穩(wěn)定。

為解了決上述問題，本發(fā)明提供一種低成本高功能的正極活性材料，其包含鋰過渡金屬復(fù)合氧化物，其中如下所述，構(gòu)成元素滿足包括預(yù)定組成和氧化值的要求。

就這點而言，美國專利6,964,828公開了一種具有Li(M1_(1-x)-Mn_x)O₂結(jié)構(gòu)的鋰過渡金屬氧化物，其中M1為除Cr之外的金屬，且假定M1為Ni或Co，則每個Ni具有+2的氧化值，每個Co具有+3的氧化值，每個Mn具有+4的氧化值。

另外，韓國專利公開申請2005-0047291提出了一種鋰過渡金屬氧化物，其中Ni和Mn以相等的量存在并且分別具有+2和+4的氧化值。

作為另一實例，韓國專利543,720公開了一種鋰過渡金屬氧化物，其中Ni和Mn以基本上相等的量存在，Ni具有2.0至2.5的氧化值且Mn具有3.5至4.0的氧化值。該專利公開了，Ni和Mn應(yīng)基本上分別具有+2和+4的氧化值，并且從實施例和比較例中顯而易見，除非Ni和Mn分別具有+2和+4的氧化值，否則鋰電池的性能變差。

并且，日本專利申請公開2001-0083610公開了一種鋰過渡金屬物，其由結(jié)構(gòu)Li((Li(Ni_1/2Mn_1/2)_(1-x))O₂或Li((Li_x(Ni_yMn_yCo_P)_(1-x))O₂表示并以相等的量包含Ni和Mn。根據(jù)所述申請，假定Ni和Mn以相同量存在，則Ni和Mn分別形成Ni²⁺和Mn⁴⁺，從而實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性并由此提供了期望的層狀結(jié)構(gòu)。