[发明专利]阴极活性材料及包含该活性材料的锂二次电池

说明书

本申请是申请日为2006年8月7日、申请号为200680025431.7的中国国家专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种高效能锂二次电池，在室温或高温下，即使反复以高电流充电及放电，该电池都具有长期使用寿命及优越的安全性。

背景技术

由于移动设备的技术发展及日增的需求已经使得利用二次电池作为能源的需求快速增加。近年来，二次电池被认为可应用在电动车(EVs)及混合电动车(HEVs)的电源上。为因应这一趋势，大量的研究及开发聚焦于能满足各种需求的二次电池上。其中，对于具有高能量密度、高放电电压及功率输出稳定性的锂二次电池的需求也在增加。

特别地，用于EVs等的锂二次电池不仅需要高能量密度和在短时间内产生大功率输出的能力，而且需要在严苛条件下大于10年的长期使用寿命，所述二次电池在该严苛条件下在短时间内重复地经受高电流的充电/放电循环，因而与常规的小尺寸锂二次电池相比，锂二次电池需要显著更优越的安全性和长期使用寿命。

用于常规小尺寸电池的锂离子电池通常采用层状结构的锂钴复合氧化物作为阴极材料，且采用石墨基材料作为其阳极材料。然而，锂钴复合氧化物中的主要构成元素钴相当昂贵且基于安全性考量并不适于用于电动车。因此，就成本及安全性而言，以由锰构成、具有尖晶石结构的锂锰复合氧化物作为电动车中锂离子电池的阴极材料是理想的。

然而，锂锰复合氧化物在高温及高电流的充电及放电过程中，由于电解质的影响会发生锰离子溶出到电解质中，由此会降低电池的性能及效能。因此，需要采取措施防止这一问题的发生。除此之外，锂锰复合氧化物具有例如单位重量的容量低的缺点，即，与常规的锂钴复合氧化物或者锂镍复合氧化物相比具有低充电密度。因此，该电池的充电密度存在局限，为了将其实际应用于电动车的电源，设计此种电池必须同时解决这一缺点。

为了减轻上文所提及的各种缺点，已经进行了各种研究及尝试，目的在于制造使用混合阴极活性材料的电极。例如：已转让给Matsushita Electric Industrial Co.，Ltd.(Japan)的韩国专利公开文献No.2003-0096214，及日本专利公开文献No.2003-092108公开了利用锂/锰复合氧化物、锂/镍/钴/锰复合氧化物和/或锂/镍/锰复合氧化物的混合物以提高电力恢复及功率输出特性的技术。然而，这些技术仍存在锂锰氧化物的寿命特性差及安全性的改善有限的问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于解决上述问题及尚未解决的其他技术问题。

具体地，本发明的目的是提供一种二次电池用的阴极活性材料，此材料在室温及高温下即使反复以高电流充电和放电，仍确保优越的安全性及长时间的使用寿命。

而本发明的另一目的是提供一种锂二次电池，其包括含有上述阴极活性材料的阴极。

具体实施方式

根据本发明的一方面，上述和其他目的可通过提供一种二次电池用的阴性活性材料来完成，该阴极活性材料包括如下式I所述锂/锰尖晶石氧化物与如下式II所述锂/镍/钴/锰复合氧化物的混合物，而这两种氧化物中至少有一种的平均粒径大于15μm：

[式I]

Li_1+xMn₂O₄

其中

0≤x≤0.2。

[式II]

Li_1+yNi_bMn_cCO_1-(b+c)O₂

其中

0≤y≤0.1；

0.2≤b≤0.7；

0.2≤c≤0.7；且

b+c＜1。

根据本发明的另一方面，提供了一种锂二次电池，其包括含有上述阴极活性材料的阴极、阳极、隔板及电解质。

为了改善电池的寿命特性，本发明使用平均粒径大于15μm的氧化物作为阴极活性材料。这是因为氧化物粒度的增加使得可抑制电解质的分解并可减少锰被溶解入电解质中。然而，增加氧化物的粒度会使氧化物的制造方法受到限制，且过大的氧化物粒度会导致因重量所造成的电池效能的减退。因此，氧化物的平均粒径范围介于15至30μm。