[發(fā)明專利]鋰二次電池

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380048065.7
• 申請日: 2013-11-21
• 公開（公告）號: CN104718657A
• 公開（公告）日: 2015-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 崔寧根;鄭根昌;尹柔琳;尹勝哉;鄭鐘模;蔡宗鉉
• 申請（專利權(quán)）人: 株式會社LG化學(xué)
• 主分類號: H01M10/052
• 分類號: H01M10/052;H01M4/58;H01M4/583;H01M2/10
• 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: 楊海榮;穆德駿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰二次電池，所述鋰二次電池包含正極活性材料和負極活性材料。更特別地，本發(fā)明涉及一種鋰二次電池，所述鋰二次電池包含：(i)正極活性材料，其包含根據(jù)下式1的鋰金屬磷酸化物；和(ii)負極活性材料，其包含無定形碳，

Li_1+aM(PO_4-b)X_b??(1)

其中M是選自II～XII族金屬中的至少一種，X是選自F、S和N中的至少一種，-0.5≤a≤+0.5，且0≤b≤0.1。

背景技術(shù)

因為移動裝置技術(shù)繼續(xù)開發(fā)且對其的需要繼續(xù)增加，對作為能源的鋰二次電池的需要正在快速增加。最近，已經(jīng)實現(xiàn)了將鋰二次電池用作電動車輛(EV)和混合動力車輛(HEV)的電源。因此，正在積極進行對可以滿足各種要求的二次電池的研究。特別地，對具有高能量密度、高放電電壓和輸出穩(wěn)定性的鋰二次電池存在高需求。

特別地，用于混合動力車輛的鋰二次電池必須在短時間內(nèi)顯示大的輸出并且可以在每天重復(fù)充放電的嚴苛條件下使用10年以上。因此，必然需要相比于現(xiàn)有的小型鋰二次電池顯示更優(yōu)異的穩(wěn)定性和輸出特性的鋰二次電池。

在這點上，現(xiàn)有的鋰二次電池通常使用具有層狀結(jié)構(gòu)的鋰鈷復(fù)合氧化物作為正極并使用石墨基材料作為負極。然而，LiCoO₂具有諸如能量密度和高溫特性優(yōu)異的優(yōu)點，但同時具有諸如輸出特性差的缺點。由于這種缺點，在突然驅(qū)動和快速加速時臨時需要的高輸出是由電池提供，由此LiCoO₂不適合用于需要高輸出的混合動力車輛(HEV)。另外，由于制備LiNiO₂的方法的特性，難以以合理的成本將LiNiO₂應(yīng)用于實際的制造過程。此外，鋰錳氧化物如LiMnO₂、LiMn₂O₄等顯示諸如循環(huán)特性差等的缺點。

因此，正在研究使用鋰過渡金屬磷酸化物作為正極活性材料的方法。鋰過渡金屬磷酸化物大致分為具有NaSICON結(jié)構(gòu)的LixM₂(PO₄)₃和具有橄欖石結(jié)構(gòu)的LiMPO₄，并且在與現(xiàn)有的LiCoO₂相比時，被看作是具有優(yōu)異穩(wěn)定性的材料。目前，具有NaSICON結(jié)構(gòu)的Li₃V₂(PO₄)₃是已知的，并且作為具有橄欖石結(jié)構(gòu)的化合物，最廣泛研究了LiFePO₄和Li(Mn,Fe)PO₄。然而，由于LiFePO₄的低電子傳導(dǎo)率，當(dāng)將LiFePO₄用作正極活性材料時，電池的內(nèi)阻增加，由此當(dāng)電池電路封閉時，極化電位增加，從而導(dǎo)致電池容量減少。

同時，主要將碳基活性材料用作負極活性材料。碳基活性材料具有約-3V的非常低的放電電位，并由于石墨烯層的單軸取向而顯示非常可逆的充放電行為，從而顯示優(yōu)異的電極循環(huán)壽命。

碳基活性材料在Li離子的充電期間的電極電位為0V(Li/Li+)，并由此可以顯示與純鋰金屬類似的電位。因此，當(dāng)形成包含鋰過渡金屬氧化物的正極和電池時，可以獲得更高的能量。

碳基活性材料的實例包括結(jié)晶石墨如天然石墨、人造石墨等，以及無定形碳如軟碳、硬碳等。結(jié)晶石墨具有高能量密度，但是具有比較差的輸出特性，從而不適合于需要高輸出的混合動力車輛(HEV)的能源。

因此，作為用于混合動力車輛(HEV)的二次電池，優(yōu)選滿足諸如如下的所有特性的鋰二次電池：高輸出、長循環(huán)壽命和保存壽命、高穩(wěn)定性等。然而，這種鋰二次電池仍在開發(fā)中。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題

本發(fā)明旨在解決相關(guān)技術(shù)的上述問題并實現(xiàn)長期尋求的技術(shù)目的。

由于各種深入研究和各種實驗的結(jié)果，本發(fā)明的發(fā)明人確認，當(dāng)使用包含預(yù)定的鋰金屬磷酸化物作為正極活性材料并包含無定形碳作為負極活性材料的鋰二次電池時，可以達到期望的效果，由此完成本發(fā)明。

技術(shù)方案

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種鋰二次電池，所述鋰二次電池包含：

(i)正極活性材料，其包含根據(jù)下式1的鋰金屬磷酸化物；和

(ii)負極活性材料，其包含無定形碳，

Li_1+aM(PO_4-b)X_b??(1)