[发明专利]正极活性材料和包含其的锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及包含特定的三种不同化合物的组合的正极活性材料，所述正极活性材料具有多种优势如长寿命和在室温和/或高温下的储存特性、以及优异的安全性、倍率性能和功率特性。

背景技术

移动装置的技术开发和需求的增加，导致对二次电池的需求急剧增加。在这些二次电池中，具有高能量密度和输出电压、长循环寿命和低自放电比率的锂二次电池可商购获得并被广泛使用。

近来，对环境问题的增加的关注导致了与作为使用化石燃料的车辆如汽油车辆和柴油车辆的替代品的电动车辆(EV)和混合电动车辆(HEV)有关的大量研究，所述使用化石燃料的车辆是空气污染的主要因素。尽管主要将镍金属氢化物(Ni-MH)二次电池用作这种EV和/或HEV的电源，但是正在对具有高能量密度和高放电电压的锂二次电池的使用进行大量研究且其中的一些已经可商购获得。

具体地，用于EV的锂二次电池必须具有高能量密度并在短时间内具有高输出功率，另外即使在苛刻的环境条件下仍可使用至少10年。因此，与现有的小型锂二次电池相比，需要上述二次电池具有优异的安全性和长寿命。

用作常规小型电池的锂离子二次电池包含正极中的具有层状结构的锂钴复合氧化物和负极中的石墨材料。然而，关于这种锂钴复合氧化物，尽管广泛将钴用作主要成分，但是这种材料存在包括例如因钴稀少而成本高、安全性低等的缺点，由此在用作EV应用等中的电源方面存在限制。作为用于EV用锂离子电池中的正极，可适当使用包含锰的尖晶石结构的锂锰复合氧化物，其相对廉价并具有优异的安全性。

然而，关于锂锰复合氧化物，当将电解质储存在高温下时，锰溶于电解质中，从而劣化电池的特性。因此，要求改进技术以防止电池特性的这种劣化。另外，与典型的锂钴复合氧化物或锂镍复合氧化物相比，锂锰复合氧化物的单位质量的容量低，因此在单位质量电池的容量的提高方面造成限制。因此，还需要开发和/或设计新型电池以解决上述问题，从而最终能够将其用作EV用电源。

为了解决上述各种弱点，近来对使用混合正极活性材料的电极的制造进行了大量研究。例如，日本未审查专利公开2002-110253和2004-134245公开了使用锂锰复合氧化物和锂镍钴锰复合氧化物的混合物以提高再生输出等的技术。然而，所述锂锰氧化物仍伴有某些缺点如循环寿命差和安全性的提高受到限制。

同时，为了提高电池的容量和寿命和/或改进电池的高倍率放功率特性，韩国专利0570417公开了使用尖晶石锂锰氧化物(LiMn₂O₄)作为正极活性材料；日本特开2002-0080448公开了使用含有锂锰复合氧化物的正极活性材料；且日本特开2004-134245公开了使用包含尖晶石锂锰复合氧化物以及锂过渡金属复合氧化物的正极活性材料，另外，分别使用上述正极活性材料制造了二次电池。

用于EV、HEV等的二次电池通常根据车辆运行条件而需要优异的倍率性能和功率特性。

然而，在现有技术中的常规技术尚未提出具有足够寿命和安全性的二次电池的具体构造。

发明内容

技术问题

因此，进行了本发明以解决尚未解决的上述和其他技术问题。

作为为了解决上述问题而进行的大量广泛和细致的研究和实验的结果，本发明的发明人已经开发了包含分别由式1、2和3表示的三种不同化合物的组合的二次电池用正极活性材料，并发现，当使用这种正极活性材料制造二次电池时，可适当提高电池的安全性和寿命且电池可还具有优异的倍率性能和功率特性。基于这种发现而完成了本发明。

技术方案

因此，在本发明的方面中，提供了一种二次电池用正极活性材料，其包含如下物质的组合：选自由式1表示的化合物中的一种或多种化合物；选自由式2表示的化合物中的一种或多种化合物；和选自由式3表示的化合物中的一种或多种化合物，如下所示：

(1-s-t)[Li(Li_aMn_(1-a-x-y)Ni_xCo_y)O₂]*s[Li₂CO₃]*t[LiOH]    (1)

Li(Li_bMn_(2-b))O₄    (2)

(1-u)LiFePO₄*uC    (3)