[发明专利]基于两种组分的正极以及包含其的锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂二次电池用正极，其包含两种特定化合物的组合，由此在环境温度和高温下显示长寿命、长期储存性能和优异的稳定性。

背景技术

对于移动设备的技术发展和增加的需求导致对作为能源的二次电池的需求快速增长。在这些二次电池中，具有高能量密度和电压、长循环跨度和低自放电率的锂二次电池已经可商购获得并广泛使用。

此外，对环境问题的增加的关注导致与电动车辆(EV)和混合动力车辆(HEV)相关的大量研究，所述电动车(EV)和混合动力车(HEV)为用于作为空气污染主要原因的使用化石燃料的车辆如汽油车辆和柴油车辆的替代物。通常将镍-金属氢化物(Ni-MH)二次电池用作电动车辆(EV)和混合动力车辆(HEV)的电源。然而，目前正在进行与具有高能量密度、放电电压和功率稳定性的锂二次电池的使用相关的大量研究，并且一些已经可商购获得。

特别地，用于电动车辆的锂二次电池应该具有高能量密度，在短时间内发挥高功率，并可以在严苛条件下使用10年以上，因此与常规的小型锂二次电池相比，需要相当优异的稳定性和长期寿命。

用于小型电池的常规锂二次电池一般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，锂钴复合氧化物的缺点在于用作主要元素的钴非常昂贵，并且锂钴复合氧化物就稳定性而言不适合用于电动车辆中。因此，作为用于电动车辆的锂离子电池的正极，具有由锰构成的尖晶石晶体结构、成本低并显示优异稳定性的锂锰复合氧化物可以是适合的。

然而，当在高温下储存锂锰复合氧化物时，锰溶出到电解质中，从而劣化电池性能。因此，需要用于防止这种现象的措施。此外，与常规的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小的单位电池重量的容量，从而限制了单位电池重量的容量增加。为了将电池实际用作电动车辆的电源，应该设计用于改善这种限制的电池。

为了解决这些缺点，进行了与使用混合正极活性材料的电极的制造相关的大量研究。例如，日本专利申请公开2002-110253和2004-134245公开一种技术，其使用锂锰复合氧化物与锂镍钴锰复合氧化物的混合物以增加回生功率等，但是仍具有锂锰氧化物的循环寿命差和稳定性提高有限的缺点。

此外，韩国专利0458584公开了一种正极活性材料，其由具有平均直径为7至25μm的镍基大球径的活性材料化合物和具有平均直径为2至6μm的镍基小球径的活性材料化合物(例如LI_xMn₂O_4-zX_z，其中X表示F、S或P，0.90≤x≤1.1并且0≤X≤0.5)构成，以增加电极板的体积密度，从而提高电池容量。

此外，为了提高电池容量、寿命和高倍率放电性能，韩国专利0570417公开了使用具有尖晶石晶体结构的四氧化锂二锰作为正极活性材料，日本专利申请公开2002-0080448公开了使用含锂锰复合氧化物的正极活性材料，日本专利申请公开2004-134245公开了使用含有具尖晶石晶体结构的锂锰复合氧化物以及锂过渡金属复合氧化物的正极活性材料制造二次电池。

根据车辆的运行条件，用于电动车辆(EV)、混合动力车辆(HEV)等的二次电池需要优异的倍率和功率性能。

然而，尽管存在到目前为止已知的相关技术，但尚未开发显示期望的寿命和稳定性的二次电池。

公开内容

技术问题

因此，进行了本发明以解决尚未解决的上述问题和其他技术问题。

作为为了解决上述问题的各种广泛深入的研究和实验的结果，本发明的发明人开发了包含两种特定化合物如式1的化合物和式2的化合物的组合的二次电池用正极，并发现在使用这种正极制造二次电池的情况下，可以提高电池的性能如稳定性和寿命，并且倍率性能和功率性能优异。基于该发现完成了本发明。

解决问题的手段

因此，本发明的锂二次电池用正极包含选自式1的一种或多种化合物与选自式2的一种或多种化合物的组合：

(1-s-t)[Li(Li_aMn_(1-a-x-y)Ni_xCo_y)O₂]*s[Li₂CO₃]*t[LiOH]  (1)

(1-u)LiFePO₄*uC    (2)