[发明专利]用于锂二次电池的正极活性材料及其制造方法

说明书

本发明涉及锂二次电池。特别是涉及用于锂二次电池的正极活性材料及其制造方法，其中活性材料的结构和热稳定性得到改善，从而极大地提高了电池的总体安全性。

随着近来便携式电子设备的使用激增，伴随这些设备的大小和重量不断减少而得以改进，正积极从事研究以改善锂二次电池的能量密度容量。

锂二次电池使用能分别进行用于负极和正极的锂离子嵌入和去除的材料，并装有能迁移电池内的锂离子(即以离子电流形式返回负极)的有机电解质或聚合物电解质。通过当锂离子在负极和正极分别进行嵌入和去除时发生的氧化和还原过程，锂二次电池产生电能。

以前，锂金属用作锂二次电池的负极活性材料，充放电期间造成锂金属表面上形成枝晶的严重问题。这可能引起短路，或更严重地引起电池爆炸。为防止此问题，碳素物现广泛用作负极活性材料。碳素物能交替接受或供给锂离子而保持其结构完整性和电性能，电池电位的一半等于离子嵌入和去除期间锂金属的电位。

至于二次电池的正极活性材料，通常使用能使锂离子嵌入和去除的金属硫属化合物即复合金属氧化物如LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNiO₂、LiNi_1-xCo_xO₂(0＜X＜1)和LiMnO₂。关于这些不同材料的优缺点：LiMn₂O₄和LiMnO₂的Mn基活性材料易合成，比其它材料便宜并产生最小环境负面影响，但这些材料的容量低；广泛应用的LiCoO₂室温下其导电率约10^-2至1S/cm，提供高水平的电池电压，具有优越的电极性能，但以高速率充放电时不稳定，而且比其它材料要贵；LiNiO₂具有高放电和充电容量，是上面的正极活性材料中最便宜的，但合成不易。

通常，通过混合固体原材料粉末并将该混合物进行固相反应以对混合物提供塑性，从而制备此复合金属氧化物。例如，日本特开No.Heisei 8-153513(Sony Corp.)公开了制备LiNi_1-xCo_xO₂(0＜X＜1)的方法，混合含有Ni(OH)₂和Co(OH)₂或Ni和Co的氢氧化物并热处理之后，磨细氢氧化物并对颗粒粒径进行分级。另一方法中，LiOH、Ni氧化物和Co氧化物反应，在400-580℃进行第一烧结以形成氧化物之后，在600-780℃进行第二烧结以制备晶态良好的活性材料。

然而，在此传统方法中，所得的活性材料具有低程度的结构和热稳定性，降低了电池的安全性。

本发明试图满足上面需要。

本发明的一个目的是提供用于锂二次电池的正极活性材料，该活性材料具有高的结构和热稳定性。

本发明的另一目的是提供制备具有上面性能的活性材料的方法。

为完成上面的目的，本发明提供了下面结构式1的用于锂二次电池的正极活性材料，制备结构式1的晶态粉末和半晶态粉末，并在用金属醇盐溶胶涂覆晶态粉末或半晶态粉末之后，加热涂覆过的粉末，从而得到在其表面涂覆有金属氧化物的活性材料。

[结构式1]

LiA_1-x-yB_xC_yO₂

其中0＜x≤0.3，和0≤y≤0.01

上面结构式1中，A是从Ni、Co和Mn组成的组中选择的一种元素；B是从Ni、Co、Mn、B、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、V、Cr、Fe、Cu和Al组成的组中选择的一种元素；C是从Ni、Co、Mn、B、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、V、Cr、Fe、Cu和Al组成的组中选择的一种元素。

结合附图，从下面描述可了解本发明的其它目的和优点。其中：

图1a和1b是按本发明第一例子的用于锂二次电池的正极活性材料的扫描电子显微(SEM)图；

图2a和2b是按本发明第一比较例的用于锂二次电池的正极活性材料的SEM图；

图3是说明按本发明第二例子和第二比较例的用于锂二次电池的正极活性材料的X射线衍射分析(XRD)图样的图表。

图4是说明采用按本发明第一例子、第一比较例和第三例子正极材料的电池充放电性能的图表；