[发明专利]具有高能量密度的正极材料和含有所述正极材料的锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及具有高能量密度的正极材料和包含所述正极材料的锂二次电池。更具体地，本发明涉及一种正极材料，所述正极材料包含具有特定组成的氧化物粉末(a)与具有特定组成的氧化物粉末(b)的混合物，其中所述两种氧化物粉末的混合比(氧化物粉末(a)∶氧化物粉末(b))为50∶50～90∶10。

背景技术

近年来，广泛地将可充放电的二次电池用作无线移动设备的能源。其中，锂二次电池通常由于诸如高能量密度、放电电压和功率稳定性而得到使用。

锂二次电池使用金属氧化物如LiCoO₂作为正极材料并使用碳作为负极材料，且通过在负极与正极之间插入聚烯烃基多孔膜并使含有锂盐如LiPF₆的非水电解质发生溶胀来制造所述锂二次电池。通常将LiCoO₂用作锂二次电池用正极材料。LiCoO₂具有如下几个劣势：相对昂贵、在4.3V以上的电压下具有约150mAh/g的低充/放电容量和不稳定的晶体结构、且具有与电解质发生反应而引起燃烧的危险。此外，LiCoO₂的劣势在于，其物理性能随制备方法中参数的变化而大大变化。特别地，在高电位下的循环性能和高温储存性能会随工艺参数的部分变化而大大变化。

在这点上，已经提出了使含有LiCoO₂的电池在高电位下运行的方法如利用金属(诸如铝)对LiCoO₂的外表面进行包覆、对LiCoO₂进行热处理或将LiCoO₂与其他材料混合。包含这种正极材料的二次电池在高电位下显示了低稳定性或对大规模制造具有应用局限性。

近年来，二次电池作为电动车辆(EV)、混合电动车辆(HEV)等的电源引起了极大的关注，已有建议使用所述车辆作为使用化石燃料的常规汽油车辆、柴油车辆等的替代品以解决由此造成的大气污染。预期二次电池的使用会进一步增多，并引发上述问题以及与在高电位下电池的稳定性和高温储存性能相关的问题。

在为了解决LiCoO₂的问题而进行的尝试中，提出了使用两种以上不同的锂过渡金属氧化物的混合物作为正极材料的方法。这些方法解决了其中单独使用各种锂过渡金属氧化物的正极材料的缺点。

然而，常规的混合物型正极材料具有对将两种成分简单组合的情况难以获得优异协同效应的局限性。

发明内容

技术问题

因此，为了解决上述问题和至今尚未解决的其他技术问题而完成了本发明。

本发明的一个目的是提供一种显示高能量密度和优异容量性能的正极材料。

本发明的另一个目的是提供一种二次电池，所述二次电池使用显示高能量密度并由此发挥优异倍率性能的正极材料。

技术方案

根据本发明的一方面，通过提供包含如下定义的氧化物粉末(a)和氧化物粉末(b)的混合物的正极材料，能够实现上述和其他目的，其中所述两种氧化物粉末的混合比(氧化物粉末(a)∶氧化物粉末(b))为50∶50～90∶10，所述氧化物粉末(b)选自如下定义的氧化物粉末(b1)、如下定义的氧化物粉末(b2)及其组合。

氧化物粉末(a)

由下式1表示的氧化物粉末：

Li_x(Co_yA_mD_z)O_t(1)

其中0.8≤x≤1.2、D≤z≤0.3、1.8≤t≤4.2、(0.8-m-z)≤y≤(2.2-m-z)、0≤m≤0.3，A为选自Mg和Ca中的至少一种，D为选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta；Cr、Mo、W、Mn、Tc、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Au、Ag、Zn、Cd、Hg、B、Al、Ga、In、TI、C、Si、Ge、Sn、Pb、N、P、As、Sb和Bi中的至少一种；

氧化物粉末(b1)

由下式2a表示的氧化物粉末：

Li_x(Ni_1-a-bMn_aCo_b)_yO₂(2a)

其中0.05≤a≤0.4、0.1≤b≤0.4、0.4≤1-a-b≤0.7、0.95≤x≤1.05、1.9≤x+y≤2.3；

氧化物粉末(b2)