[发明专利]正极活性材料、正极和锂可充电电池

说明书

本申请是申请日为2012年3月9日、申请号为201210061679.6、题为“正极活性材料、正极和锂可充电电池”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及正极活性材料、包括该正极活性材料的电极和包括该电极的锂电池。

背景技术

近来，锂二次电池作为用于小型和便携式电子装置的电源而备受关注。锂二次电池使用有机电解液，由于有机电解液的使用，所以锂二次电池的放电电压是使用碱水溶液的传统电池的放电电压的两倍。因此，锂二次电池具有高的能量密度。

作为用在锂二次电池中的正极活性材料，常使用嵌入锂离子并包括锂和过渡金属的氧化物。这样的氧化物的示例是LiCoO₂、LiMn₂O₄和LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂(0≤x≤0.5，0≤y≤0.5)。预计未来对中至大尺寸的锂二次电池的需求将增加。在中至大尺寸的锂二次电池中，稳定性是重要的因素。然而，虽然含锂的过渡金属氧化物具有良好的充电和放电特性以及高能量密度，但是它们具有低的热稳定性，因此，不符合中至大尺寸的锂二次电池的稳定性要求。

基于橄榄石的正极活性材料(例如，LiFePO₄)即使在高温下也不产生氧，这是因为磷和氧彼此共价结合。因此，如果在电池中使用基于橄榄石的正极活性材料，则由于基于橄榄石的正极活性材料的稳定的晶体结构，所以电池可以具有良好的稳定性。因此，正在对使用基于橄榄石的正极活性材料的稳定的大尺寸锂二次电池的制造进行研究。

然而，如果利用用于实现锂离子的有效嵌入和脱嵌的纳米粒子形式的基于橄榄石的正极活性材料来制造电极，则电极具有低的密度。为了克服低导电率，与其它活性材料相比，使用相对更多量的导电剂和粘结剂，使得电极制造过程中导电剂的均匀分散变得困难，并得到具有低能量密度的电极。

发明内容

本发明的一个或多个实施例包括一种能够提高电池的导电率和电极密度的正极活性材料。

本发明的一个或多个实施例包括一种包括该正极活性材料的电极。

本发明的一个或多个实施例包括一种包括该电极的锂电池。

根据本发明的一个或多个实施例，一种正极活性材料包括大约70重量(wt)％至大约99wt％的具有橄榄石结构的磷酸盐化合物和大约1wt％至大约30wt％的锂镍复合氧化物。

根据本发明的一个或多个实施例，一种电极包括该正极活性材料。

根据本发明的一个或多个实施例，一种锂电池包括作为正极的该电极、面对该正极的负极以及在正极和负极之间的分隔件。

根据本发明的一个或多个实施例的正极活性材料包括具有橄榄石结构的磷酸盐化合物和锂镍复合氧化物。由于包括磷酸盐化合物和锂镍复合氧化物，所以正极活性材料具有高的导电率和电极密度，因而得到包括该正极活性材料的具有高容量和良好的高倍率特性的锂电池。

附图说明

图1是根据本发明实施例的锂电池的示意性透视图。

图2是按照根据示例14制造的锂二次电池的倍率的充电和放电结果的曲线图。

图3是将根据示例11至示例15和对比示例8至对比示例11制造的锂二次电池的相对于LFP和NCA的混合物中的NCA的量的在2C倍率时的放电容量保持率进行比较的曲线图。

图4是根据示例14制造的锂二次电池的相对于充电截止电压变化的充电和放电结果的曲线图。

具体实施方式

根据本发明实施例的正极活性材料包括大约70重量(wt)％至大约99wt％的具有橄榄石结构的磷酸盐化合物和大约1wt％至大约30wt％的锂镍复合氧化物。

具有橄榄石结构的磷酸盐化合物可以由下面的式1表示：

式1

LiMPO₄

在式1中，M包括从Fe、Mn、Ni、Co和V中选择的至少一种元素。

具有橄榄石结构的磷酸盐化合物可以是例如磷酸锂铁(LiFePO₄)。具有橄榄石结构的磷酸盐化合物还可以包括与磷酸锂铁(LiFePO₄)一起的作为掺杂剂的异质元素，例如Mn、Ni、Co、V或它们的组合。