[发明专利]具有增强的功率密度特性的高输出锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及具有增强的功率密度特性的高输出锂二次电池。更具体地，本发明涉及高输出锂二次电池，包含：正极，所述正极包含由下式1表示并具有层状结构的第一正极活性材料和由下式2表示并具有尖晶石结构的第二正极活性材料作为正极活性材料，其中基于所述正极活性材料的总重量，所述第二正极活性材料的量为40～100重量%；负极，所述负极包含结晶性石墨和无定形碳作为负极活性材料，其中基于所述负极活性材料的总重量，所述无定形碳的量为40～100重量%；以及隔膜。

背景技术

随着移动装置技术的持续发展和由其造成的需求的持续升高，对作为能源的二次电池的需求急剧增加。另外，近来已经将二次电池用作电动车辆(EV)、混合电动车辆(HEV)等的电源。因此，正在对能满足各种需求的二次电池进行研究，特别地，对具有高能量密度、高放电电压和高输出稳定性的锂二次电池的需求增多。

特别地，用作EV和HEV的电源的锂二次电池需要在短时间周期内展示高输出的高输出特性。

常规地，通常将具有层状结构的锂钴复合氧化物用作锂二次电池的正极活性材料。然而，当将这种锂钴复合氧化物用作正极活性材料时，作为主要组分的钴非常昂贵且其输出特性差。由此，包含这种正极活性材料的锂二次电池不适合用于需要高输出的HEV中，这是因为HEV要求从电池输出高功率，特别是当从静止启动、急剧加速等时尤其如此。

同时，主要将石墨用作负极活性材料，其相对于标准氢电极电位具有约-3V的非常低的放电电位，并由于石墨烯层的单轴取向而展示非常可逆的充放电行为，由此具有优异的循环寿命。

然而，这种石墨的输出性能差，由此包含这种负极活性材料的二次电池不适合用作需要高输出的HEV的能源。由此，对用作负极活性材料的无定形碳进行了研究，但常规无定形碳具有小于300mAh/g的能量密度。

发明内容

技术问题

本发明的目的是解决相关领域的上述问题，并实现长期以来需要解决的技术目标。

由此，本发明的目的是提供一种锂二次电池，所述锂二次电池展示与使用常规无定形碳的锂二次电池相同的能量密度特性和良好适用于EV和HEV的增强的高输出特性和低温特性。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供一种高输出锂二次电池，其包含：

正极，所述正极包含由下式1表示并具有层状结构的第一正极活性材料和由下式2表示并具有尖晶石结构的第二正极活性材料作为正极活性材料，其中基于所述正极活性材料的总重量，所述第二正极活性材料的量为40～100重量%；

负极，所述负极包含结晶性石墨和无定形碳作为负极活性材料，其中基于所述负极活性材料的总重量，所述无定形碳的量为40～100重量%；以及

隔膜。

Li_x(Ni_vMn_wCo_yM_z)O_2-tA_t    (1)

在式1中，

0.8＜x≤1.3，0≤v≤0.9，0≤w≤0.9，0≤y≤0.9，0≤z≤0.9，x+v+w+y+z=2，且0≤t＜0.2；

M是指具有+2～+4氧化数的至少一种金属或过渡金属的阳离子；且A为单价或二价阴离子。

Li_aMn_2-bM'_bO_4-cA'_c    (2)

在式2中，0.8＜a≤1.3，0≤b≤0.5，且0≤c≤0.3；M'是指具有+2～+4氧化数的至少一种金属或过渡金属的阳离子；且A'为单价或二价阴离子。

所述结晶性石墨可以为选自(相对于容量)具有0.007～0.011m²/mAh的比表面积的第一种石墨和(相对于容量)具有0.005～0.013m²/mAh的比表面积的第二种石墨中的一种或它们的混合物。当组合使用所述第一种石墨和第二种石墨时，所述第一种石墨对所述第二种石墨的混合比可以为1:9～9:1。

特别地，第一种石墨可以为表面改性的石墨，其在1.4～1.6g/cc的粉末密度下具有100S/cm以上且小于1000S/cm的粉末电导率，并基于XRD数据在2θ=43°下具有可识别为(101)面的菱形峰(rhombohedral peak)的3R和2H峰。