[发明专利]复合正极活性材料、含其的正极和锂电池、及其制备方法

说明书

本申请是中国发明申请(发明名称：复合正极活性材料、含其的正极和锂电池、及其制备方法，申请日：2012年5月18日；申请号：201210156419.7)的分案申请。

技术领域

本公开内容涉及复合正极活性材料、以及包括所述复合正极活性材料的正极和锂电池、和制备所述复合正极活性材料的方法。

背景技术

随着朝着小型、高性能器件的趋势，制造小型、轻质并且具有高能量密度的锂电池已经变成关键问题。对于在电动车中的应用，锂电池在室温和高温下的循环特性具有重要关系。锂电池作为储能设备的功能性正变得更重要。

为了将锂电池用于这些用途，已经对多种正极活性材料进行了研究。

与LiCoO₂相比，作为磷氧化物的具有橄榄石结构的正极活性材料在高温下呈现更好的稳定性。

例如，作为具有橄榄石结构的正极活性材料，LiFePO₄在充电和放电期间保持稳定而没有结构变化，未导致产生氧的副作用，并且成本小。同时，LiFePO₄的电导率和能量容量低。

因此，需要改进橄榄石正极活性材料的电导率的方法。

发明内容

提供新型的复合正极活性材料。

提供包括所述复合正极活性材料的正极。

提供使用所述正极的锂电池。

提供制备所述复合正极活性材料的方法。

另外的方面将在以下描述中部分地阐述，并且部分地将由所述描述明晰，或者可通过所呈现的实施方式的实践获知。

根据本公开内容的一个方面，复合正极活性材料包括：具有橄榄石结构的化合物；和无机材料，其中所述无机材料包括来自元素周期表第2族和第13～15族的至少一种元素的氮化物或碳化物。

根据本公开内容的另一方面，正极包括所述复合正极活性材料。

根据本公开内容的另一方面，锂电池包括所述正极。

根据本公开内容的另一方面，制备复合正极活性材料的方法包括将具有橄榄石结构的化合物的前体与无机材料的混合物在惰性气氛中烧结，其中所述无机材料可包括来自元素周期表第2族和第13～15族的至少一种元素的氮化物或碳化物。

附图说明

由结合附图考虑的实施方式的以下描述，这些和/或其它方面将变得明晰和更容易理解，其中：

图1是对实施例7-9和对比例3中制造的锂电池的充电/放电试验的结果的图；和

图2为根据本公开内容的实施方式的锂电池的示意图。

具体实施方式

现在将详细介绍实施方式，其实例示于附图中，其中相同的附图标记始终是指相同的元件。在这点上，本实施方式可具有不同的形式并且不应解释为限于本文中阐述的描述。因此，以下仅通过参照附图描述实施方式以解释本发明的各方面。

下文中，将更详细地描述复合正极活性材料、各自包括所述复合活性材料的正极和锂电池、以及制备所述复合活性材料的方法的一个或多个实施方式。

根据本公开内容的一个方面，提供复合正极活性材料，其包括具有橄榄石结构的化合物以及无机材料，其中所述无机材料包括来自元素周期表第2族和第13～15族的至少一种元素的氮化物或碳化物。

在制备所述复合正极活性材料时，无机材料例如热和化学稳定的非过渡金属氮化物和/或碳化物可充当分散剂。这可改善所述具有橄榄石结构的化合物的分散性，并且因此改善所述复合正极活性材料的电导率和包括所述复合正极活性材料的锂电池的高倍率性能。

所述复合正极活性材料的无机材料排除过渡金属的氮化物。例如，所述无机材料可排除所述具有橄榄石结构的化合物中包括的过渡金属的氮化物或氮氧化物。在一些实施方式中，所述无机材料可排除Fe、Mn或V的氮化物或氮氧化物。

所述具有橄榄石结构的化合物可具有低达小于10^-7S/cm的电导率。例如，LiFePO₄和LiMnPO₄可分别具有约10^-9S/cm和约10^-10S/cm的低电导率，使得可加入这样的无机材料以改善所述复合正极活性材料的电导率。所述无机材料可通过分散在所述复合正极活性材料中而改善所述橄榄石结构的化合物的电导率。

所述复合正极活性材料的所述具有橄榄石结构的化合物可由下式1表示。

式1