[發明專利]具有增強的壽命特性的二次電池用正極活性材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201380023896.9
• 申請日: 2013-06-04
• 公開（公告）號: CN104412424B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 申先植;全惠林;李珤琳;樸洪奎
• 申請（專利權）人: 株式會社LG化學
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M4/505;H01M4/485;H01M4/131
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 龐東成;解延雷

本發明公開了一種正極活性材料及其制備方法，在所述正極活性材料中鋰鈷氧化物粒子和含錳(Mn)或鈦(Ti)的鋰過渡金屬氧化物粒子共存。

技術領域

本發明涉及一種具有增強的壽命特性的二次電池用正極活性材料及其制備方法。

背景技術

隨著對移動裝置技術的持續開發和對其需求的日益增加，對作為電源的二次電池的需求急劇增加。在這些二次電池中，具有高能量密度和運行電壓并具有長循環壽命和低自放電速率的鋰二次電池可商購獲得并被廣泛使用。

另外，隨著對環境問題的日益關注，正在積極地對電動車輛(EV)、混合電動車輛(HEV)等進行研究，所述電動車輛和混合電動車輛等能夠代替使用化石燃料的車輛如汽油車輛、柴油車輛等，所述使用化石燃料的車輛是造成空氣污染的一個主要原因。

作為EV、HEV等的電源，主要使用鎳金屬-氫化物二次電池。然而，對具有高能量密度、高放電電壓和高輸出穩定性的鋰二次電池進行了積極研究，且一部分這種鋰二次電池可商購獲得。

特別地，用于EV中的鋰二次電池要求高能量密度，高短期功率輸出，并在苛刻條件下使用10年以上，由此需要比現有小鋰二次電池具有高得多的安全性和長得多的壽命。

在用于常規小電池中的鋰離子二次電池中，通常正極由具有層狀結構的鋰鈷氧化物如LiCoO₂形成，且負極由石墨基材料形成。

目前鋰鈷氧化物由于比LiNiO₂和LiMn₂O₄更優異的物理性質如優異的循環特性而被廣泛使用。然而，這種鋰鈷氧化物的劣勢在于鈷(Co)在高電壓下或在高溫條件下被洗脫。

為了解決這些問題，已知的是利用Al、Mg、B等對Co進行部分置換的技術或利用金屬氧化物如Al₂O₃、Mg₂O、TiO₂等對鋰鈷氧化物進行表面處理的技術。

然而，當Co被上述金屬部分置換時，或當鋰鈷氧化物的表面涂布有金屬氧化物時，由于添加不直接參與充電和放電反應的涂布材料而會導致比容量下降，且主要由具有非常低電導率的金屬氧化物來構成所述涂布材料，這導致電導率下降。

另外，涂布過程降低活性反應區域，由此界面電阻會升高，且高倍率充電和放電特性會劣化。

因此，迫切需要開發技術以從根本上解決這些問題并增強鋰鈷氧化物的高電壓壽命特性。

發明內容

技術問題

本發明的目的是解決相關領域的上述問題并實現長期探求的技術目標。

本發明的目的是提供一種正極活性材料及其制備方法，所述正極活性材料具有增強的高電壓壽命特性并包含鋰鈷氧化物粒子。

技術方案

根據本發明的一個方面，提供一種正極活性材料，其中鋰鈷氧化物粒子和含錳(Mn)或鈦(Ti)的鋰過渡金屬氧化物粒子共存。

所述含Mn或Ti的鋰過渡金屬氧化物粒子可以插入到鋰鈷氧化物粒子中或鋰鈷氧化物粒子的晶界中。如本文中所使用的術語“晶界”是指鋰鈷氧化物粒子之間的邊界表面。

同樣地，在根據本發明的正極活性材料中，含Mn或Ti的鋰過渡金屬氧化物粒子與鋰鈷氧化物粒子共存，由此在高倍率充電和放電期間不發生相轉變，且因為由Mn或Ti與鋰(Li)構成的化合物充當固體電解質，所以功率輸出特性增強。

在一個非限制性實施方案中，含Mn的鋰過渡金屬氧化物粒子可以為Li₂MnO₃粒子。