[发明专利]锂离子电池及其阴极活性材料

说明书

本公开的一些实施例涉及用于锂离子电池的双峰型阴极活性材料。阴极活性材料包括层状LiCoO₂大粒子与锰基橄榄石结构小粒子的混合物。锰基橄榄石结构小粒子可以由化学式LiCo_xMn_yFe_zPO₄(0≤x≤1，0y≤1，0≤z≤1，x+y+z＝1)表示。大粒子的平均粒径可以为16μm至25μm，并且小粒子的平均粒径可以为1μm至3μm。本公开的阴极活性材料可以实现高能量密度和高电压稳定性。

相关申请的交叉引用

本申请是基于并要求2018年6月27日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2018-0073936的优先权，该韩国申请的全部公开内容以引用的方式合并于本申请中。

技术领域

本公开总体上涉及锂离子电池及其阴极活性材料。特别地，本公开涉及利用层状LiCoO₂大粒子与锰基橄榄石结构LiCo_xMn_yFe_zPO₄小粒子的混合物而具有高能量密度和高电压稳定性的双峰型阴极活性材料。

背景技术

具有层状结构的钴酸锂(LiCoO₂)被广泛用作锂离子电池的阴极材料，而锂离子电池又用于小型(例如手持式或移动式)电子设备。因为LiCoO₂可以合成相对较大(数十微米大小)的单晶粒子，所以其具有许多优点，例如高电导率、锂离子的快速扩散速率和单位体积的高能量。

发明内容

技术问题

LiCoO₂的理论容量约为274mAh/g，但实际电池容量约为145mAh/g，或者约为一半。当升高上限电压以增加容量时，发生相变并且寿命特性劣化。因此，在使用LiCoO₂时，难以同时制造具有高容量和高电压稳定性的电池。另外，在高压充电期间钴(Co)被洗脱，或者在电极表面上局部形成二氧化钴(CoO₂)层，这也被认为是降低寿命的原因。

近来，对用于小型移动设备的更高容量和更高能量密度的锂离子电池的需求已经增加。为了满足该需求，已经研究了通过混合具有不同粒子尺寸的阴极材料来构造具有高质量密度的阴极的方法。这些方法之一是引入双峰或三峰结构。特别是，在该技术中，为了增加能量密度，LiCoO₂小粒子和具有几十微米大小的LiCoO₂大粒子被混合以填充LiCoO₂的大粒子之间的LiCoO₂小粒子。然而，由于LiCoO₂小粒子具有相对大的表面积，因此由于增加的表面反应性，其稳定性可能成为问题。

另外，为了抑制在高压或高温下不可逆的相变、Co洗脱、氧的释放等，已使用金属氧化物代替各种金属或涂层。但是，在高压充电状态下，电池寿命和稳定性可能会出现问题。

因此，有必要开发一种具有更高能量密度，即使在高电压或过充电状态下也安全并且具有更长的电池寿命的阴极活性材料。

如上所述，层状锂钴氧化物或其双峰型混合物通常已被用作用于小型电子设备的锂离子电池的阴极材料。然而，典型的阴极活性材料不能同时实现高能量密度和高电压稳定性。

问题的解决方案

其它方面将部分地在随后的描述中进行阐述，并且部分地从随后的描述中显而易见，或者可以通过实践所示的实施例而获知。