[发明专利]具有增强的寿命特性的二次电池用正极活性材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种正极活性材料及其制备方法，在所述正极活性材料中锂钴氧化物粒子和含锰(Mn)或钛(Ti)的锂过渡金属氧化物粒子共存。

技术领域

本发明涉及一种具有增强的寿命特性的二次电池用正极活性材料及其制备方法。

背景技术

随着对移动装置技术的持续开发和对其需求的日益增加，对作为电源的二次电池的需求急剧增加。在这些二次电池中，具有高能量密度和运行电压并具有长循环寿命和低自放电速率的锂二次电池可商购获得并被广泛使用。

另外，随着对环境问题的日益关注，正在积极地对电动车辆(EV)、混合电动车辆(HEV)等进行研究，所述电动车辆和混合电动车辆等能够代替使用化石燃料的车辆如汽油车辆、柴油车辆等，所述使用化石燃料的车辆是造成空气污染的一个主要原因。

作为EV、HEV等的电源，主要使用镍金属-氢化物二次电池。然而，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进行了积极研究，且一部分这种锂二次电池可商购获得。

特别地，用于EV中的锂二次电池要求高能量密度，高短期功率输出，并在苛刻条件下使用10年以上，由此需要比现有小锂二次电池具有高得多的安全性和长得多的寿命。

在用于常规小电池中的锂离子二次电池中，通常正极由具有层状结构的锂钴氧化物如LiCoO₂形成，且负极由石墨基材料形成。

目前锂钴氧化物由于比LiNiO₂和LiMn₂O₄更优异的物理性质如优异的循环特性而被广泛使用。然而，这种锂钴氧化物的劣势在于钴(Co)在高电压下或在高温条件下被洗脱。

为了解决这些问题，已知的是利用Al、Mg、B等对Co进行部分置换的技术或利用金属氧化物如Al₂O₃、Mg₂O、TiO₂等对锂钴氧化物进行表面处理的技术。

然而，当Co被上述金属部分置换时，或当锂钴氧化物的表面涂布有金属氧化物时，由于添加不直接参与充电和放电反应的涂布材料而会导致比容量下降，且主要由具有非常低电导率的金属氧化物来构成所述涂布材料，这导致电导率下降。

另外，涂布过程降低活性反应区域，由此界面电阻会升高，且高倍率充电和放电特性会劣化。

因此，迫切需要开发技术以从根本上解决这些问题并增强锂钴氧化物的高电压寿命特性。

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探求的技术目标。

本发明的目的是提供一种正极活性材料及其制备方法，所述正极活性材料具有增强的高电压寿命特性并包含锂钴氧化物粒子。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供一种正极活性材料，其中锂钴氧化物粒子和含锰(Mn)或钛(Ti)的锂过渡金属氧化物粒子共存。

所述含Mn或Ti的锂过渡金属氧化物粒子可以插入到锂钴氧化物粒子中或锂钴氧化物粒子的晶界中。如本文中所使用的术语“晶界”是指锂钴氧化物粒子之间的边界表面。

同样地，在根据本发明的正极活性材料中，含Mn或Ti的锂过渡金属氧化物粒子与锂钴氧化物粒子共存，由此在高倍率充电和放电期间不发生相转变，且因为由Mn或Ti与锂(Li)构成的化合物充当固体电解质，所以功率输出特性增强。

在一个非限制性实施方案中，含Mn的锂过渡金属氧化物粒子可以为Li₂MnO₃粒子。