[发明专利]锂二次电池用正极活性材料及包含该材料的锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂二次电池用正极活性材料和包含该材料的锂二次电池，更具体地是涉及包含芯碳材料和部分或完全地形成在该芯碳材料边缘的碳化物层的正极活性材料及包含该材料的锂二次电池。

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年4月30日于韩国递交的韩国专利申请第10-2009-0038362号的优先权，其全部内容通过援引方式并入本说明书中。

背景技术

如今，随着诸如手机、笔记本电脑、电动车辆等使用电池的电器的迅速普及，对于尺寸小、重量轻和容量较高的二次电池的需求也在快速增加。特别是，锂二次电池重量轻并且能量密度高，因而被广泛地用作便携式电器的电源。因此，为改善锂二次电池的性能，人们积极地进行着研究与开发。

锂二次电池包含正极和负极以及于此二者之间填充的有机电解质溶液或聚合物电解质溶液，所述正极和负极各自含有能够嵌入和脱出锂离子的活性材料。锂二次电池通过锂离子在正极和负极的嵌入和脱出过程中的氧化和还原反应产生电能。

锂二次电池主要使用过渡金属化合物作为负极活性材料，如氧化锂钴(LiCoO₂)、氧化锂镍(LiNiO₂)和氧化锂锰(LiMnO₂)等。

并且，锂二次电池使用具有高度柔软性的结晶碳材料(例如天然石墨或人造石墨)作为正极活性材料，或者使用通过在1000℃～1500℃的低温碳化烃或聚合物而获得的具有类石墨(pseudo-graphite)结构或湍层结构的低结晶碳材料作为正极活性材料。

结晶碳材料具有有利于填塞活性材料的高水平的真密度，并具有优异的电位平稳度(electric potential flatness)、初始容量和充/放电可逆性。然而，由于该电池随时间而消耗，因此充/放电效率和循环能力降低。根据分析，其原因在于，随着电池的充/放电循环的增加，在结晶碳材料的边缘会发生电解质溶液的分解反应。

日本专利第2002-348109号公报公开了一种碳材料类正极活性材料，其中，结晶碳材料涂覆有碳化物层以防止在结晶碳材料的边缘发生电解质溶液的分解反应。在碳材料类正极活性材料中，通过在碳材料的表面上涂覆涂层材料(煤或石油衍生的原油，包括沥青)并在1000℃以上进行热处理来形成碳化物层。此处，使用碳化物层涂覆碳材料会略微降低二次电池的初始容量，但可改善二次电池的充/放电效率和循环能力。特别是，高温热处理使得涂层类似人造石墨，由此降低了初始容量的减少量，并有效地抑制了电解质溶液的分解反应。

然而，为制造正极，正极活性材料以细粉的形式涂布在集电器上。在此状态下，正极活性材料将与电解质溶液反应。微孔之间或微粒之间的反应会影响电池性能。基于此原因，需要考虑微粒的性质，然而到目前为止，关于微粒的性质的任何研究尚未得到充分的开展。

发明内容

本发明的发明人发现了以下事实，即，在用于正极的正极活性材料中，微粒的平均粒径和含量对于锂二次电池的电学性质和化学性质具有显著的影响。

因此，本发明的一个目的是提供具有特定含量范围的微粒的正极活性材料，从而确保优异的电池性能。

此外，本发明的另一个目的是提供使用所述正极活性材料制造的锂二次电池用正极，和包含所述正极的锂二次电池。

为实现这些目的，本发明的锂二次电池用正极活性材料包含芯碳材料；和通过部分或完全地涂布芯碳材料的边缘而形成的碳化物层，其中，所述正极活性材料具有由以下方程1表示的并且在5～40范围内的K：

[方程1]

K=A-BA×100]]>

式中，A为通过激光衍射测量的正极活性材料的平均粒径D₅₀，B为通过库尔特粒度仪测量的正极活性材料的平均粒径D₅₀。

当正极活性材料被压缩从而使电极密度为1.6g/cc时，压缩后的孔体积与压缩前的孔体积的比例可以为0.3～0.9，不过关于这一点，本发明不作限制。

在本发明的正极活性材料中，芯碳材料为高结晶度的天然石墨。优选的是，芯碳材料为具有球形形状的天然石墨。