[發明專利]正極活性材料、正極和鋰可充電電池

在審

• 申請號: 201210061679.6
• 申請日: 2012-03-09
• 公開（公告）號: CN102683696A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 金俊植;李宗勛;金性洙;李棲宰;申政淳
• 申請（專利權）人: 三星SDI株式會社
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/525
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 王占杰

本申請要求于2011年3月9日在美國專利商標局提交的第61/451,017號美國臨時申請和于2011年9月24日在美國專利商標局提交的第13/244,392號美國專利申請的優先權和權益，這些申請的全部內容通過引用被并入本申請。

技術領域

本發明涉及正極活性材料、包括該正極活性材料的電極和包括該電極的鋰電池。

背景技術

近來，鋰二次電池作為用于小型和便攜式電子裝置的電源而備受關注。鋰二次電池使用有機電解液，由于有機電解液的使用，所以鋰二次電池的放電電壓是使用堿水溶液的傳統電池的放電電壓的兩倍。因此，鋰二次電池具有高的能量密度。

作為用在鋰二次電池中的正極活性材料，常使用嵌入鋰離子并包括鋰和過渡金屬的氧化物。這樣的氧化物的示例是LiCoO₂、LiMn₂O₄和LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂(0≤x≤0.5，0≤y≤0.5)。預計未來對中至大尺寸的鋰二次電池的需求將增加。在中至大尺寸的鋰二次電池中，穩定性是重要的因素。然而，雖然含鋰的過渡金屬氧化物具有良好的充電和放電特性以及高能量密度，但是它們具有低的熱穩定性，因此，不符合中至大尺寸的鋰二次電池的穩定性要求。

基于橄欖石的正極活性材料(例如，LiFePO₄)即使在高溫下也不產生氧，這是因為磷和氧彼此共價結合。因此，如果在電池中使用基于橄欖石的正極活性材料，則由于基于橄欖石的正極活性材料的穩定的晶體結構，所以電池可以具有良好的穩定性。因此，正在對使用基于橄欖石的正極活性材料的穩定的大尺寸鋰二次電池的制造進行研究。

然而，如果利用用于實現鋰離子的有效嵌入和脫嵌的納米粒子形式的基于橄欖石的正極活性材料來制造電極，則電極具有低的密度。為了克服低導電率，與其它活性材料相比，使用相對更多量的導電劑和粘結劑，使得電極制造過程中導電劑的均勻分散變得困難，并得到具有低能量密度的電極。

發明內容

本發明的一個或多個實施例包括一種能夠提高電池的導電率和電極密度的正極活性材料。

本發明的一個或多個實施例包括一種包括該正極活性材料的電極。

本發明的一個或多個實施例包括一種包括該電極的鋰電池。

根據本發明的一個或多個實施例，一種正極活性材料包括大約70重量(wt)％至大約99wt％的具有橄欖石結構的磷酸鹽化合物和大約1wt％至大約30wt％的鋰鎳復合氧化物。

根據本發明的一個或多個實施例，一種電極包括該正極活性材料。

根據本發明的一個或多個實施例，一種鋰電池包括作為正極的該電極、面對該正極的負極以及在正極和負極之間的分隔件。

根據本發明的一個或多個實施例的正極活性材料包括具有橄欖石結構的磷酸鹽化合物和鋰鎳復合氧化物。由于包括磷酸鹽化合物和鋰鎳復合氧化物，所以正極活性材料具有高的導電率和電極密度，因而得到包括該正極活性材料的具有高容量和良好的高倍率特性的鋰電池。

附圖說明

圖1是根據本發明實施例的鋰電池的示意性透視圖。

圖2是按照根據示例14制造的鋰二次電池的倍率的充電和放電結果的曲線圖。

圖3是將根據示例11至示例15和對比示例8至對比示例11制造的鋰二次電池的相對于LFP和NCA的混合物中的NCA的量的在2C倍率時的放電容量保持率進行比較的曲線圖。

圖4是根據示例14制造的鋰二次電池的相對于充電截止電壓變化的充電和放電結果的曲線圖。

具體實施方式

根據本發明實施例的正極活性材料包括大約70重量(wt)％至大約99wt％的具有橄欖石結構的磷酸鹽化合物和大約1wt％至大約30wt％的鋰鎳復合氧化物。

具有橄欖石結構的磷酸鹽化合物可以由下面的式1表示：

式1

LiMPO₄

在式1中，M包括從Fe、Mn、Ni、Co和V中選擇的至少一種元素。

具有橄欖石結構的磷酸鹽化合物可以是例如磷酸鋰鐵(LiFePO₄)。具有橄欖石結構的磷酸鹽化合物還可以包括與磷酸鋰鐵(LiFePO₄)一起的作為摻雜劑的異質元素，例如Mn、Ni、Co、V或它們的組合。