[发明专利]二次电池用正极活性材料

说明书

技术领域

本发明涉及二次电池用正极活性材料。更具体地，本发明涉及一种二次电池用正极活性材料，其基于特定组成而在高电压下展示高容量和优异的稳定性。

背景技术

移动装置的技术开发和需求的增加，导致对作为能源的二次电池的需求快速增加。在这些二次电池中，具有高能量密度和驱动电压、长寿命和低自放电的锂二次电池可商购获得并被广泛使用。

另外，对环境问题的关注的增加，引起了与电动车辆(EV)和混合动力车辆(HEV)相关的大量研究，所述电动车辆(EV)和混合动力车辆(HEV)作为使用化石燃料的车辆如汽油车辆和柴油车辆的替代品，所述使用化石燃料的车辆是空气污染的主要原因。通常将镍金属氢化物(Ni-MH)二次电池用作电动车辆(EV)、混合动力车辆(HEV)等的电源。然而，目前正在进行与锂二次电池的使用、高能量密度高放电电压和功率稳定性相关的大量研究且一部分可商购获得。

特别地，用于电动车辆的锂二次电池应具有高能量密度，在短时间内发挥高功率并在苛刻条件下可使用10年以上，由此与常规小锂二次电池相比，需要显著优异的稳定性和长寿命。另外，用于电动车辆(EV)、混合动力车辆(HEV)等的二次电池根据车辆的驱动条件而要求倍率特性和功率特性。

常规锂二次电池通常将具有层状结构的锂钴复合氧化物用于正极并将石墨基材料用于负极。然而，从存在极昂贵的钴作为主要元素和安全性低方面来说，这种锂钴复合氧化物不利地不适用于电动车辆。因此，包含廉价且非常稳定的锰的具有尖晶石结构的锂锰复合氧化物适用于电动车辆用锂离子电池的正极。

然而，在锂锰复合氧化物的情况中，在高温和高电流下充放电期间，锰溶出到电解质中，从而导致电池特性劣化。因此，需要防止这种现象的方案。此外，与常规锂钴复合氧化物或锂镍复合氧化物相比，锂锰复合氧化物不利地具有更小的每单位重量的容量，由此在每单位重量的容量的提高方面存在限制。需要克服这种限制的电池设计，从而能够将锂锰复合氧化物商业应用于电动车辆用电源。

为了解决这些缺点，使用诸如Li(Ni_xMn_yCo_zO₂)(x+y+z=1)的材料。为了确保这种层状结构正极活性材料的结构稳定性，已经对包含Li₂MnO₃的具有层状结构的正极活性材料进行了许多研究。

包含Li₂MnO₃的具有层状结构的正极活性材料的特征在于，在由LiMO₂(M：过渡金属)制成的普通过渡金属层中含有Li且其具有由Li₂MnO₃结构造成的超晶格峰。这种材料含有大量Mn，由此有利地显著便宜并在高电压下展示显著高的容量和优异的稳定性。所述材料具有4.4～4.6V的宽电压范围。在宽区域中发生活化之后，容量增大。已知这种容量的增大是由因产生氧而导致Li从过渡金属层中脱嵌造成的，但与所述原因相关的选项仍存在争议。

显然，在活化区域之后，结构变化严重并由此使得电性能劣化。已知为此的原因在于，结构变化使得从层状结构转变为尖晶石结构，由此使得区域之间的接触松散。鉴于此，目前不可能将这种物质实际应用于电池。

为了解决相关领域中的这些问题，已经尝试了其中在合成之后对活性材料的粒子进行包覆的方法，但该方法不利地造成制备成本的增加。此外，由于该方法采用后处理方式且基本不有助于内部结构的变化和改善，所以大部分结构变化是由在合成工艺的高温下形成结晶而造成的。

发明内容

技术问题

因此，为了解决上述问题和尚未解决的其他技术问题而完成了本发明。

作为大量广泛且细致的研究和实验的结果，本发明人开发了一种具有式1的组成的二次电池用正极活性材料以作为二次电池用正极活性材料，并发现，使用这种正极活性材料制造的二次电池在活化区域通过之后展示容量的增大以及优异的倍率特性。基于该发现，完成了本发明。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供一种由下式1表示的二次电池用正极活性材料：

wLi₂MO₃*xLiM'O₂*yLiM₂O₄*zLi₃PO₄(1)