[发明专利]阴极活性材料及包含该阴极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200680026514.8的中国国家专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种基于非水性电解质的高效能锂二次电池，在室温和高温下，即使反复进行高电流充电及放电，该电池仍具有长期使用寿命和优越的安全性。

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)及混合动力车(HEVs)的电力来源上。鉴于这一发展趋势，大量的研究及开发聚集于二次电池是否可以符合各种的需求。除此之外，对于具有高能量密度、高放电电压及电力输出稳定性的锂二次电池的需求也有所增加。

特别地，用于电动车的锂二次电池不仅需要高能量密度及在短时间内产生强大电力输出的能力，而且需要即便在短时间内进行高电流充电及放电循环的严苛条件下仍具有超过十年的长期使用寿命，因此相比较于常规小尺寸的锂二次电池，显然需要优越的安全性及长期使用寿命。

用于常规小尺寸电池中的锂离子二次电池通常采用锂钴复合氧化物的层状结构当作阴极材料，采用石墨基材料为其阳极材料。然而，在锂钴复合氧化物中的主要构成元素钴，是相当昂贵且基于安全性考量是不适于用于电动车的。因此，基于成本及安全性上的考量，可将由锰所制成具有尖晶石结构的锂锰氧化复合物作为电动车当中锂离子电池的阴极材料。

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，如此一来便会降低电池的性质及效能。因此，需要采取措施来防止这一问题的发生。除此之外，锂锰复合氧化物具有的缺点是例如单位重量具有低容量，换句话说，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，为了将该电池实际用于EV、HEV的动力来源，对该电池的设计必须同时解决该缺点。

为了减少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：日本专利公开文献Nos.2002-110253及2004-134245公开了一种利用锂/锰复合氧化物、锂/镍/钴/锰复合氧化物和/或锂/镍/钴/锰复合氧化物的混合物的技术，用以增加电力恢复及电力输出等等。然而这些技术仍存在与锂锰氧化物的循环寿命差及安全性改善有限相关的问题。

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。

具体而言，本发明的目的是提供一种二次电池用的阴极活性材料，其包含锰(Mn)位被某些金属元素取代的锰尖晶石氧化物和锂/镍/钴/锰复合氧化物的混合物，其由于减缓了锂/锰氧化物缺点而确保了该电池的安全性，在室温或高温下即便反复以高电流充电及放电，所述电池仍具有长期使用寿命。

本发明的另一目的是提供一种锂二次电池，其在制造阴极时包含上述阴极活性材料。

具体实施方式

根据本发明的一方面，通过提供如下锂二次电池用阴极活性材料可完成上述和其他目的，所述锂二次电池包含如下式I所示的锂/锰尖晶石氧化物及如下式II所示的锂/镍/钴/锰复合氧化物的混合物：

[式I]

Li_1+xMn_2-yM_yO₄

其中，

M是氧化值为2至3的金属；

0≤x≤0.2；且

0<y≤0.2。

[式II]

Li_1+zNi_bMn_cCo_1-(b+c)O₂

其中

0≤z≤0.1；

0.2≤b≤0.7；

0.2≤c≤0.7；且

b+c<1。

根据本发明的其他方面，提供了一种锂二次电池，其包括含上述阴极活性材料的阴极、阳极、隔板及非水性电解质。

下文将更详细地描述本发明。

如上文所讨论，本发明的特征在于使用锂/镍/钴/锰氧化物和部分锰(Mn)被其他金属元素所取代的锂/锰尖晶石氧化物的混合物，以当作阴极活性材料。

在式I中的锂/锰尖晶石氧化物中，锰(Mn)被金属(M)所取代，所述金属(M)的氧化值为预定范围内的2或3。在此，该金属(M)可优选为铝(Al)、镁(Mg)或是二者皆有。