[发明专利]具有混晶结构的复合化合物

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子二次电池，更具体地说，本发明涉及一种能够作为锂离子二次电池用正极材料的具有混晶结构的复合化合物。

背景技术

锂离子二次电池被广泛地应用于各种设备中，例如，笔记本电脑、照相机、可携式摄像机、掌上电脑(PDA)、手机、iPods和其它便携式电子设备。由于这些电池具有高能量密度，因此，它们也与日俱增地普遍在国防、汽车和航空航天等领域被应用。

用于二次电池的磷酸锂系正极材料早已在电池工业中被公知。人们曾经使用金属层间化合物(metal intercalation compound)改进磷酸锂盐的电性能。一种很普遍的层间化合物就是磷酸亚铁锂(LiFePO₄)。由于它具有无毒性、优良的热稳定性、安全性和良好的电化学性能，因此，对使用LiFePO₄作为正极材料的可充电锂离子二次电池的要求也在日益增加。

然而，LiFePO₄作为正极材料时也存在它的问题。与其它正极材料，例如，与钴酸锂(lithium cobaltate)、镍酸锂(lithium nicklate)和锰酸锂(lithiummagnate)相比，LiFePO₄的电导率和电密度要低得多。本发明通过制备具有混晶结构的LiFePO₄而解决了上述问题，从而显著提高了LiFePO₄的电性能。

一般可以认为混晶是一种固溶体。它是一种含有第二成分的晶体，该第二成分能够进入并分布于基质晶体的晶格中。参见IUPAC化学术语总目录第二版(1997)。混晶已经被用于半导体中以提高在发光二极管(LEDs)中的发光效率。它还可以被应用于生产用于原电池的钠系电解液。本发明为首次成功制备了用于锂金属层间化合物(如LiFePO₄)的混晶，也是首次将混晶结构用作锂离子二次电池的正极材料。本发明公开的新型正极材料比传统的LiFePO₄正极材料具有优越得多的电性能。

发明内容

因此，本发明的第一实施方式中公开了一种物质，该物质含有至少一种锂化合物和至少一种金属化合物，其中，所述金属化合物被分布于所述锂化合物中而形成具有增强的电性能的复合化合物。在一种优选的实施方式中，所述复合化合物具有混晶结构。在本发明的一种具体实施例中，所述锂化合物为金属层间化合物，它的通式为LiM_aN_bXO_c，其中，M为选自包括Fe、Mn、Ni、V、Co和Ti在内的元素周期表中的第一行过渡金属，N为选自由Fe、Mn、Ni、V、Co、Ti、Mg、Ca、Cu、Nb、Zr和稀土金属所组成的组中的金属；X为选自P、Si、S、V和Ge中的元素；且a、b和c各自的值能够使该金属层间化合物呈电中性。在一种实施方式中，所述金属化合物的通式为M_cN_d，其中，M为选自元素周期表中的IA族、IIA族、IIIA族、IVA族、VA族、IIIB族、IVB族和VB族中的金属；N选自O、N、H、S、SO₄、PO₄、OH、Cl和F；且0＜c≤4，0＜d≤6。在另一种实施方式中，所述金属化合物还可以包括选自由MgO、SrO、Al₂O₃、SnO₂、Sb₂O₃、Y₂O₃、TiO₂和V₂O₅所组成的组中的一种或多种。