[发明专利]正极活性物质、包括其的正极和锂电池、及其制备方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年1月7日提交的韩国专利申请No.10-2013-0001784的优先权和权益、以及由其产生的全部权益，其内容通过参考全部引入本文。

技术领域

本公开内容涉及正极活性物质、包括所述正极活性物质的正极、包括所述正极活性物质的锂电池、和制备所述正极活性物质的方法，和更具体地，涉及提供改善的放电电压容量和循环寿命特性的正极活性物质。

背景技术

锂电池例如锂离子电池(“LIB”)由于其高的能量密度和其简单的设计已被用作用于许多便携式装置的电源。近年来，除用于便携式信息技术(“IT”)装置的电源之外，LIB还已被用作用于电动车和电力存储的电源，且因此关于用于实现LIB的高的能量密度或长的寿命的研究正在发展。

作为用于锂电池的正极活性物质，使用过渡金属d氧化物例如LiNiO₂、LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄、LiNi_xCo_1-xO₂(其中0≤x≤1)、和LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂(其中0≤x≤0.5和0≤y≤0.5)、或过渡金属和锂的氧化物。

然而，LiCoO₂是相对昂贵的且其比容量为约140毫安时/克(mAh/g)，且因此LiCoO₂具有有限的电容量。当LiCoO₂在最高达4.2V或更大的增加的充电电压下使用时，50%或更多的锂被除去以提供Li_1-xCoO₂(其中x>0.5)。Li_1-xCoO₂(其中x>0.5)形式的氧化物是结构上不稳定的，且其容量随着随后的充电和放电循环快速降低。

正极活性物质例如LiNi_xCo_1-xO₂(其中x<1)或LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂(其中0≤x≤0.5和0≤y≤0.5)在高的电压下具有降低的结构稳定性。

Li[Li_xM'_1-x]O₂(其中x>0和M'表示多种过渡金属)形式的锂金属氧化物理论上具有约250～280mAh/g的比容量，且可提供增加的电容量。然而，包括过量的锂的锂金属氧化物在高的电压下具有降低的结构稳定性，使得放电电压快速降低且其循环寿命特性变差。

因此，仍然存在对于具有高的容量、抑制放电电压下降、在高的电压下具有改善的结构稳定性并具有改善的循环寿命特性的正极活性物质和制备所述新的正极活性物质的方法的需要。

发明内容

提供具有高的容量、抑制放电电压下降并具有改善的循环寿命特性的正极活性物质。

提供包括所述正极活性物质的正极。

提供包括所述正极活性物质的锂电池。

提供制备所述具有高的容量、抑制放电电压下降并具有改善的循环寿命特性的正极活性物质的方法。

另外的方面将部分地在以下的描述中阐明，和部分地将从所述描述明晰。

根据一个方面，正极活性物质包括包含第一域(畴，domain)和第二域且由式1表示的锂金属氧化物复合物：

式1

x[Li_2-y(M1)_1-z(M2)_y+zO₃]-(1-x)[LiMeO₂]

其中

0<x<1，

0≤y<1，

0≤z<1，

0<y+z<1,

M1包括至少一种过渡金属，

M2包括选自如下的至少一种金属：镁(Mg)、铝(Al)、钒(V)、锌(Zn)、钼(Mo)、铌(Nb)、镧(La)、和钌(Ru)，和