[發明專利]陰極活性材料及包含該活性材料的鋰二次電池

有效

• 申請號: 201210004417.6
• 申請日: 2006-08-07
• 公開（公告）號: CN102522539A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 柳志憲;金旻修;玄晶銀;李在弼;李恩周;申榮埈
• 申請（專利權）人: 株式會社LG化學
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/131;H01M4/525
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 楊海榮;穆德駿

本申請是申請日為2006年8月7日、申請號為200680025431.7的中國國家專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及一種高效能鋰二次電池，在室溫或高溫下，即使反復以高電流充電及放電，該電池都具有長期使用壽命及優越的安全性。

背景技術

由于移動設備的技術發展及日增的需求已經使得利用二次電池作為能源的需求快速增加。近年來，二次電池被認為可應用在電動車(EVs)及混合電動車(HEVs)的電源上。為因應這一趨勢，大量的研究及開發聚焦于能滿足各種需求的二次電池上。其中，對于具有高能量密度、高放電電壓及功率輸出穩定性的鋰二次電池的需求也在增加。

特別地，用于EVs等的鋰二次電池不僅需要高能量密度和在短時間內產生大功率輸出的能力，而且需要在嚴苛條件下大于10年的長期使用壽命，所述二次電池在該嚴苛條件下在短時間內重復地經受高電流的充電/放電循環，因而與常規的小尺寸鋰二次電池相比，鋰二次電池需要顯著更優越的安全性和長期使用壽命。

用于常規小尺寸電池的鋰離子電池通常采用層狀結構的鋰鈷復合氧化物作為陰極材料，且采用石墨基材料作為其陽極材料。然而，鋰鈷復合氧化物中的主要構成元素鈷相當昂貴且基于安全性考量并不適于用于電動車。因此，就成本及安全性而言，以由錳構成、具有尖晶石結構的鋰錳復合氧化物作為電動車中鋰離子電池的陰極材料是理想的。

然而，鋰錳復合氧化物在高溫及高電流的充電及放電過程中，由于電解質的影響會發生錳離子溶出到電解質中，由此會降低電池的性能及效能。因此，需要采取措施防止這一問題的發生。除此之外，鋰錳復合氧化物具有例如單位重量的容量低的缺點，即，與常規的鋰鈷復合氧化物或者鋰鎳復合氧化物相比具有低充電密度。因此，該電池的充電密度存在局限，為了將其實際應用于電動車的電源，設計此種電池必須同時解決這一缺點。

為了減輕上文所提及的各種缺點，已經進行了各種研究及嘗試，目的在于制造使用混合陰極活性材料的電極。例如：已轉讓給Matsushita?Electric?Industrial?Co.，Ltd.(Japan)的韓國專利公開文獻No.2003-0096214，及日本專利公開文獻No.2003-092108公開了利用鋰/錳復合氧化物、鋰/鎳/鈷/錳復合氧化物和/或鋰/鎳/錳復合氧化物的混合物以提高電力恢復及功率輸出特性的技術。然而，這些技術仍存在鋰錳氧化物的壽命特性差及安全性的改善有限的問題。

發明內容

因此，本發明的目的在于解決上述問題及尚未解決的其他技術問題。

具體地，本發明的目的是提供一種二次電池用的陰極活性材料，此材料在室溫及高溫下即使反復以高電流充電和放電，仍確保優越的安全性及長時間的使用壽命。

而本發明的另一目的是提供一種鋰二次電池，其包括含有上述陰極活性材料的陰極。

具體實施方式

根據本發明的一方面，上述和其他目的可通過提供一種二次電池用的陰性活性材料來完成，該陰極活性材料包括如下式I所述鋰/錳尖晶石氧化物與如下式II所述鋰/鎳/鈷/錳復合氧化物的混合物，而這兩種氧化物中至少有一種的平均粒徑大于15μm：

[式I]

Li_1+xMn₂O₄

其中

0≤x≤0.2。

[式II]

Li_1+yNi_bMn_cCO_1-(b+c)O₂

其中

0≤y≤0.1；

0.2≤b≤0.7；

0.2≤c≤0.7；且

b+c＜1。

根據本發明的另一方面，提供了一種鋰二次電池，其包括含有上述陰極活性材料的陰極、陽極、隔板及電解質。

為了改善電池的壽命特性，本發明使用平均粒徑大于15μm的氧化物作為陰極活性材料。這是因為氧化物粒度的增加使得可抑制電解質的分解并可減少錳被溶解入電解質中。然而，增加氧化物的粒度會使氧化物的制造方法受到限制，且過大的氧化物粒度會導致因重量所造成的電池效能的減退。因此，氧化物的平均粒徑范圍介于15至30μm。