[發明專利]由兩種組分的組合制成的陰極以及使用該陰極的鋰二次電池

有效

• 申請號: 201080053439.0
• 申請日: 2010-08-18
• 公開（公告）號: CN102668178A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 張誠均;樸洪奎;樸信英;樸秀珉;李知恩
• 申請（專利權）人: 株式會社LG化學
• 主分類號: H01M4/02
• 分類號: H01M4/02;H01M10/05
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 陸弋;王偉

技術領域

本發明涉及用于鋰二次電池的陰極，其包含兩類特定化合物的組合，由此在環境溫度和高溫下表現出長使用壽命、長期儲存性質和優越的穩定性。

背景技術

移動設備的技術發展和增加的需求導致對作為能量源的二次電池的需求迅速增加。在這些二次電池中，具有高能量密度和電壓、長循環跨度和低自放電率的鋰二次電池是商業可得的并被廣泛使用。

此外，對環境問題的日益關切，促成了與電動車（EV）和混合動力電動車（HEV）相關的大量研究，來替代作為空氣污染主要原因的使用化石燃料的車輛例如汽油車和柴油車。通常將鎳-金屬氫化物（Ni-MH）二次電池用作電動車（EV）和混合動力電動車（HEV）的電源。然而，目前，大量與具有高能量密度、放電電壓和功率穩定性的鋰二次電池的使用相關的研究正在進行之中，并且其中一些是商業可得的。

具體來說，用于電動車的鋰二次電池應該具有高能量密度，在短時間內施加高功率，并可以在嚴苛條件下使用10年或更長，因此與常規的小型鋰二次電池相比需要相當優越的穩定性和長期使用壽命。

用于小型電池的常規鋰二次電池一般利用具有分層結構的鋰鈷復合氧化物作為陰極，石墨基材料作為陽極。然而，鋰鈷復合氧化物的缺點在于用作主要元素的鈷極是昂貴的，并且鋰鈷復合氧化物就穩定性來說不適合用在電動車中。因此，具有由錳構成的尖晶石晶體結構、成本低并表現出優越穩定性的鋰錳復合氧化物，作為電動車用鋰離子電池的陰極可能是適合的。

然而，當鋰錳復合氧化物在高溫下儲存時，錳被洗脫到電解質中，使電池性能變差。因此，需要能夠防止這種現象的措施。此外，鋰錳復合氧化物與常規的鋰鈷復合氧化物或鋰鎳復合氧化物相比，不利之處在于單位電池重量的容量小，從而限制了單位電池重量的容量的增加。為了使電池可實際用作電動車的電源，應該對電池進行設計以提高這種限度。

為了克服這些缺點，使用混合陰極活性材料進行了大量與電極制造相關的研究。例如，日本專利申請公開No.2002-110253和No.2004-134245公開了一種技術，其使用鋰錳復合氧化物與鋰鎳鈷錳復合氧化物的混合物以便增加回生功率（revitalization?power）等，但是仍存在鋰錳氧化物的不良循環壽命和穩定性提高有限的缺點。

此外，韓國專利No.0458584公開了一種陰極活性材料，其由具有平均直徑為7至25μ的鎳基大球形直徑的活性材料化合物和具有平均直徑為2至6μm的鎳基小球形直徑的活性材料化合物（例如LI_xMn₂O_4-zX_z，其中X表示F、S或P，0.90≤x≤1.1并且0≤z≤0.5）構成，以增加電極板的體積密度，從而提高電池容量。

此外，為了提高電池容量、使用壽命和高倍率放電性能，韓國專利No.0570417公開了使用具有尖晶石晶體結構的四氧化鋰二錳（Lithium?tetraoxide?dimanganese）作為陰極活性材料，日本專利申請公開No.2002-0080448公開了使用含鋰錳復合氧化物的陰極活性材料，日本專利申請公開2004-134245公開了使用含有具尖晶石晶體結構的鋰錳復合氧化物和鋰過渡金屬復合氧化物的陰極活性材料制造二次電池。

然而，盡管存在這些相關技術，但仍然必須開發具有適合的使用壽命和穩定性的二次電池。

發明內容

技術問題

因此，進行了本發明以解決上述問題以及尚未解決的其它技術問題。

作為為解決上述問題而進行的各種廣泛深入的研究和實驗的結果，本發明的發明人開發了包含兩類特殊化合物例如式1化合物和式2化合物的組合的用于二次電池的陰極，并發現當使用這樣的陰極制造二次電池時，可以提高電池的性能例如穩定性和使用壽命。基于該發現完成了本發明。

技術方案

因此，本發明的用于鋰二次電池的陰極包含選自式1的一種或多種化合物與選自式2的一種或多種化合物的組合：

(1-s-t)[Li(Li_aMn_(1-a-x-y)Ni_xCo_y)O₂]*s[Li₂CO₃]*t[LiOH]??（1）

Li(Li_bMn_(2-b))O₄???????????????????????????????????????（2）