[发明专利]一种正极活性物质以及正极和电池

说明书

技术领域

本发明是关于一种正极活性物质以及包括该正极活性物质的正极和包括该正极的电池，尤其是关于一种锂二次电池的正极活性物质以及包括该正极活性物质的正极和包括该正极的电池。

背景技术

锂二次电池因其具有比容量大、自放电小、循环寿命长、重量轻和环境友好等优点而成为便携式电子产品的理想电源，也是未来电动汽车和混合电动汽车的首选电源。因此锂二次电池及其相关材料已经成为世界各国科研人员的研究热点之一。其中正极活性物质由于价格偏高、比容量偏低而成为制约锂二次电池被大规模应用的瓶颈。目前无机金属化合物材料已经由第一代的金属硫化物，发展到第二代的金属氧化物，但是上述两类作为正极活性物质的材料各自具有一些难以克服的缺点，如比容量偏低、价格较高、循环性能不十分理想以及安全隐患因素比较突出等。聚阴离子型化合物作为锂二次电池正极活性物质具有良好的性能，极有可能被推动为第三代锂二次电池正极活性物质。

聚阴离子型化合物是一系列含有四面体或者八面体阴离子结构单元(XO_m)^n-(X＝P、S、As、Mo和W)的化合物的总称。这些结构单元通过强共价键连成三维网络结构并形成更高配位的由其它金属离子占据的空隙，使得聚阴离子型化合物材料具有和金属化合物材料不同的晶相结构以及由结构决定的各种突出的性能。目前报道比较多的是具有橄榄石和NASICON两种结构类型的聚阴离子型材料。该系列材料有两个突出优点：第一，材料的晶体框架结构稳定，能进行大量锂二次脱嵌，这一点与第二代的金属氧化物 有较大的不同；第二，易于调变材料的放电电位平台。但是，聚阴离子型材料的缺点是导电率比较低，材料的大电流放电性能较差。目前对材料改性的方法大都是对材料进行碳包覆或者掺杂高价金属等方法来改善其电子电导率，但改善效果都不太理想。

为此，US 2007/0207385A1中公开了一种正极活性物质，包括化合物一和化合物二，化合物一用通式A_3xM1_2y(PO₄)₃来表示，化合物二为选自SiC、BN和通式M2_aO_b表示的金属氧化物组成的组中的至少一种化合物且包覆在化合物一的表面，其中，A为选自IA、IIA、IIIA中至少一种原子，M1和M2各自为选自由IIA、IIIA、IVA和VA以及过渡金属元素所组成的组中的至少一种元素，各自优选为由Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Be、Mg、Ca、Sr、B、Al、Sn、Ga、In、Si和Ge所组成的组中的至少一种元素。并且在实施例中举出了LiFePO₄/ZnO/C、LiFePO₄/ZnAlO₂/C、LiFePO₄/CuO/C和LiFePO₄/ZnAlO/C。

虽然上述通过在化合物一的表面包覆化合物二而得到的正极活性物质的电子电导率有所提高，但是其电子电导率仍然较低，一般仅为10^-5S/cm，而且由该正极活性物质制得的电池的质量比容量较低、循环性能较差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的正极活性物质的电子电导率较低、由该正极活性物质制得的电池的质量比容量较低、循环性能较差的缺陷，提供一种电子电导率较高的正极活性物质以及包括该正极活性物质的正极和包括该正极的电池，该正极活性物质能显著提高电池的质量比容量和循环性能。