[发明专利]阴极活性材料，制造其的方法和包括其的锂二次电池

说明书

相关申请的交叉引用

这一申请要求2012年11月22日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2012-0133278号的优先权和权益。 

技术领域

本发明涉及用于锂二次电池的阴极活性材料，制备其的方法和包括其的锂二次电池，并且更具体地，涉及显示90%或更长寿命特性和80%或更高倍率性能同时能够展现出高容量阴极活性材料的制备，所述制备通过将含有过量锂的包括具有分层结构的Li₂MnO₃的锂金属复合氧化物与氟化合物掺杂并且将氧化物在低温烧结。 

背景技术

随着IT技术逐渐发展，锂离子二次电池的电池容量和寿命也正随之一起发展，但是所述发展是基于既有材料LCO的电池设计上的发展。 

然而，已经基于元件设计开发的高容量电池被用于近年的智能设备和电动交通工具以及类似物时同样显示了容量上的限制。因此，存在对新的锂二次电池材料的需要。二次电池的容量显著依赖于阴极活性材料，并且因此近来，已经对含有具有含有过量锂的分层结构的Li₂MnO₃的锂金属复合化合物进行了研究。 

近来非常突出的基于高容量NCM的具有Li₂MnO₃-LiMO₂（M是Ni、Co或Mn）混合结构的阴极活性材料可表现出比现有阴极活性材料更高的容量并且可以在高压下使用，并且因此，当使用所述材料时制造具有高能量密度的锂离子二次电池是可能的。 

然而，包括具有分层结构的Li₂MnO₃的阴极活性材料在锂嵌出之后结构上不稳定并且因此显示出寿命特性上的劣化，并且具有所述材料由于由充电和放电期间电阻（阻抗）增大导致的高倍率性能上的劣化而难以适用于电动交通工 具和类似物的问题。 

在式Li_1+αNi_xCo_yMn_zO₂所表示的化合物中，α≤0.1的化合物是其中Li₂MnO₃的量少于20%的材料，并且是其中Li₂MnO₃以非常少的量存在的材料，或者对应于现有的基于NCM的材料。在这一情况下，高压区域中的容量是200mAh/s或更高而倍率性能是85%或更高，这是非常高的。然而，高压时的寿命特性非常低。 

同时，0.1<α≤1的材料，其是本发明的目的，是其中Li₂MnO₃的量是20%或更多的材料，并且Li₂MnO₃是参与4.5V或更高的充电和放电的材料，并且作为用于电动交通工具和类似物的阴极材料因高压时增加的容量和寿命特性已经很突出。然而，因为归因于Li₂MnO₃的低导电性的倍率性能劣化而存在问题。 

直到目前，为了同时确保容量和寿命特性，正常的阴极活性材料（包括0.1<α≤1）已经在由800℃至950℃的温度范围内被热结压。 

当在800℃或更低进行烧结时，例如在低温诸如700℃，容量增加至240mAh/g或更多，但是寿命特性和倍率性能因降低的结晶性显著降低约70%。 

因此，在现有技术水平上非常难以制备能够表现出高容量并且同时显示90%或更高寿命特性和80%或更高倍率性能的阴极活性材料。 

同时，专利文件1提出了包括基于阴极活性材料总重的50%或更多的量的由式Li₂MnO_3-xA_x（此处A是具有-1氧化数的元素和卤素原子例如氟和氯或者过渡金属元素，并且0<x<1）表示的锂镁氧化物的阴极活性材料，通过用具有-1价的元素部分取代便宜并且在结构稳定性上优良的Li₂MnO₃中的氧元素