[发明专利]改进能量密度的锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种改进了能量密度的锂二次电池，具体地，通过使用多种锂混合过渡金属氧化物作为阴极活性材料、或混合使用基于锂钴氧化物(LCO)的阴极材料而降低最终放电电压，从而改进能量密度和容量的锂二次电池。

本申请要求2009年2月13日提交的第10-2009-0011697号韩国专利申请和2010年2月16日提交的第10-2010-0013759号韩国专利申请的优先权，所述专利申请全部以引用的方式纳入本说明书。

背景技术

随着科技发展和对机动设备增长的需求，将二次电池作为能源的需求急剧增加。在多种二次电池中，已进行了很多关于具有高能量密度和放电电压的锂二次电池的研究，且锂二次电池已商业化并被广泛使用。

通常，不同于不可再充电的原电池，随着现有技术如数码相机、便携式电话、笔记本电脑和混合动力车的发展，对可充电和放电的二次电池的研究非常活跃。二次电池的实例可包括镍-镉电池、镍-金属氢化物电池、镍-氢电池、锂二次电池等。

总的来说，二次电池的规定性能可包括高能量密度、高输出密度、低自放电率、高能量效率和长循环寿命。因此，在众多二次电池中，锂二次电池为已知的高能量密度电池，因为锂二次电池具有多种优势如宽范围的工作温度、稳定的放电电压和低自放电率。

此外，由于锂二次电池的工作电压为3.6V或更高，其用作携带式电子设备的电源或以多个锂二次电池串联的形式用于高输出混合动力车。锂二次电池的工作电压与镍-镉电池或镍-金属氢化物电池相比高三倍且具有出色的每单位重量能量密度，因此易于广泛使用。不仅如此，随着移动通信和电子信息工业的发展，对具有高容量且轻便的锂二次电池的需求继续增加。

因此，为了开发具有上述性能的二次电池而对许多阳极和阴极材料进行了研究。其中，对以LiCoO₂表示的阴极活性材料做了代表性的研究。

目前主要使用的大部分阴极活性材料是锂钴氧化物(以下称为“基于LCO的阴极材料”)，图1是显示基于LCO的阴极材料的放电曲线的图。可以发现在阴极材料放电末端的斜率(slop)非常陡，其表明容量上微小的差异也会导致电压上非常大的差异。

可以理解基于LCO的阴极材料的最终放电电压为3.0V左右；然而，即使最终放电电压低于3.0V，所述阴极材料也几乎没有容量和能量密度的变化。此外，基于LCO的阴极材料还具有小放电容量的局限性。

另外，进行研究的技术有，用另一种过渡金属部分地替代LiCoO₂中的Co。然而，这些活性材料也具有低能量密度和较差的循环性能，因此那些技术不足以获得二次电池市场上所需的具有高能量密度的锂二次电池。因此，需要开发容量和能量密度得到改进的阴极材料。

发明内容

发明要解决的课题

由此，本发明是为了解决上述问题而提出的。如，在使用现有基于LCO的阴极材料的二次电池时发生的能量密度和容量降低等各种问题。

解决课题的方法

本发明的发明者将现有技术中作为阴极活性材料使用的全部基于LCO的阴极材料以多种锂混合过渡金属氧化物取代，或与锂混合过渡金属氧化物混合使用基于LCO的阴极材料而解决了如上所述的问题。

由此，本发明的目的在于提供一种锂二次电池，其能够降低最终放电电压而改进电池容量和能量密度。

有益效果

如本发明，作为阴极活性材料以多种锂混合过渡金属氧化物进行取代，或与上述的基于LCO的阴极材料混合使用，从而将最终放电电压能够从现有的3.0V降低到1.5V-2.75V。现有基于LOC阴极材料中即使降低最终放电电压，容量或能量密度也不会出现变化，与此相比，使用本发明的阴极材料时随着降低最终放电电压而能够额外改进10-20％的容量。

附图说明

图1是示出实施例1、2和对比实施例1的放电曲线的图。

优选实施方式

用于达到上述目的的本发明锂二次电池，其特征在于，阴极使用包括锂混合过渡金属氧化物的阴极活性材料，该锂混合过渡金属氧化物吸收和释放锂离子，且最终放电电压为1.5V-2.75V。

下面，对本发明进行更加详细的说明。

本发明提供一种锂二次电池，其单独使用多种锂混合过渡金属氧化物作为阴极活性材料或将其与现有的基于LCO的阴极材料混合使用，从而改进电池容量和能量密度。