[发明专利]正极活性材料和包含所述正极活性材料的锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及二次电池用正极活性材料。更具体地，本发明涉及一种二次电池用正极活性材料，所述二次电池在室温和高温下具有长寿命并具有优异的稳定性，因为其包含具有特定组成的化合物。

背景技术

移动装置的技术开发和增加的需求，导致对作为能源的二次电池的需求急剧增加。在这些二次电池中，具有高能量密度和电压、长寿命和低自放电的锂二次电池可商购获得并被广泛使用。

另外，对环境问题的增加的关注导致了大量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)有关的研究，所述使用化石燃料的车辆是空气污染的主要因素。这些电动车辆通常使用镍金属氢化物(Ni-MH)二次电池作为电动车辆(EV)、混合电动车辆(HEV)等的电源。然而，正在进行与具有高能量密度和放电电压的锂二次电池的使用相关的大量研究且其中的一些已经可商购获得。

特别地，用于电动车辆的锂二次电池应具有高能量密度，在短时间内展示大功率并在短时间内重复基于高电流的充放电的苛刻条件下可使用10年以上，由此与常规的小型锂二次电池相比，需要显著优异的稳定性和长寿命。

作为用于小型电池的锂离子二次电池的正极活性材料，可使用具有层状结构的含锂的钴氧化物如LiCoO₂。另外，已经考虑了使用含锂的锰氧化物如具有层状晶体结构的LiMnO₂和具有尖晶石晶体结构的LiMnO₂以及含锂的镍氧化物(LiNiO₂)。

在这些正极活性材料中，LiCoO₂由于其寿命性能和高充放电效率而最常用，但其具有如下劣势：结构稳定性低且由于用作原料的钴的来源限制而造成成本高，由此在价格竞争性方面存在限制。

锂锰氧化物如LiMnO₂和LiMn₂O₄具有热稳定性优异且成本低的优势，但具有容量小且高温性能差的劣势。

另外，LiNiO₂正极活性材料展示优异充电容量的更好性能，但由于Li与过渡金属之间的阳离子混合问题而导致非常难以合成，由此具有与倍率特性相关的严重问题。

发明内容

技术问题

因此，为了解决尚未解决的上述和其他技术问题而完成了本发明。

作为为了解决上述问题而进行的各种广泛和细致的研究和实验的结果，本发明的发明人开发了包含式1的化合物的二次电池用正极活性材料，并发现，当使用所述正极活性材料制造二次电池时，所述活性材料有助于提高电池稳定性并能够提高诸如寿命特性的性能。基于这种发现而完成了本发明。

技术方案

根据本发明的一方面，提供一种二次电池用正极活性材料，其包含选自下式1的至少一种化合物：

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

其中0<a<0.2，0<x<0.9，0<y<0.5，a+x+y<1；0<s<0.03，且0<t<0.03；以及

a、x和y表示摩尔比，且s和t表示重量比。

根据上述能够看出，本发明使用具有层状结构、特定元素和化合物组成的锂镍锰钴复合氧化物作为正极活性材料。

式1中的a为如上所限定的大于0且小于0.2，并优选为0.01～0.19。式1中的x为如上所限定的大于0且小于0.9，并优选为0.2～0.8。

碳酸锂和氢氧化锂会将可能存在于电池中的强酸HF吸引至所述式的化合物处并由此抑制HF的副反应，从而有助于提高电池的稳定性并提高诸如寿命性能的性能。

如上所限定的，碳酸锂和氢氧化锂以相对于活性材料的总重量为低于0.03重量比的量存在。当碳酸锂和氢氧化锂的含量过高时，它们会不利地造成电池容量的劣化。碳酸锂对氢氧化锂之比也是重要的，作为本发明人进行重复研究的结果，通过控制合成程序、合成之后的控制等能够获得所述比例。这种原理由式1的活性材料表示，但不简单限制为所述化合物。

通常，在式1的化合物中，过渡金属如Mn、Ni和Co中的至少一种可以被可布置在六配位结构中的其他元素置换。置换量为过渡金属总量的约10%以下。