[发明专利]锂二次电池的正电极活性材料、其生产方法和包含其的锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂二次电池的正电极活性材料、生产该材料的方法和包含该材料的锂二次电池，且更具体地，涉及具有改进的电化学性能的锂二次电池的正电极活性材料、生产该材料的方法和包含该材料的锂二次电池。

背景技术

主要使用LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNi_xCo_yMn_zO₂等作为锂二次电池的正电极活性材料。然而，随着中等和大尺寸电池（混合电动汽车（HEV）、插电式混合电动汽车（PHEV）、电动汽车（EV））的发展，比如电池安全的问题已受到关注。在目前正电极活性材料已商业化的情况下，由于正电极活性材料昂贵或者在安全方面存在问题等，已经开始了对新的正电极活性材料的研究。

在各种候选材料中，已积极地进行了对既经济又安全的橄榄石型LiMPO₄（M=Fe、Mn、Co和Ni）正电极活性材料的研究。特别地，通过使LiFePO₄具有纳米尺度的颗粒尺寸并用碳涂覆Li Fe PO₄从而解决低导电率的问题，LiFePO₄目前已被开发为混合汽车和电动汽车的能源（参见公开号为特开2002-015735和2004-259470的日本专利）。

然而，在LiFePO₄的情况下，由于平均工作电压大约为3.5V，所以存在能量密度小于其它的正电极活性材料能量密度的问题。能量密度低意味着，有限体积中电池单元的数量未达到所需数量。即，为了具有相同的容量，必须增大体积。为了解决该问题，已经进行了对具有比Fe^2+/3+（3.5V）更高的放电电压的Mn^3+/4+（4.1V）的研究。

发明内容

技术问题

本发明的目的是，提供通过具有低的碳含量而具有出色的电化学性能的锂二次电池的正电极活性材料，以及提供生产该材料的方法。

本发明的另一个目的是，提供含有该正电极活性材料的锂二次电池。

本发明的技术目的并不局限于上述技术目的，且通过下面的描述，本领域技术人员会清楚地了解未提到的其它技术目的。

技术方案

从一个总的方面而言，锂二次电池的正电极活性材料包括由以下化学式1表示的并具有200nm至1μm的平均粒度的颗粒，其中，所述颗粒表面涂有碳涂层。

[化学式1]

Li_aMn_1-xM_xPO₄

(其中，M为选自Mg、Fe、Co、Cr、Ti、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb和Mo中的任何一个或者为选自其中的至少两个的混合物，且a和x满足以下等式：0.9≤a≤1.1和0≤x<0.5)。

从另一个总的方面而言，锂二次电池的正电极活性材料包括由以下化学式2表示的并具有200nm至1μm的平均粒度的颗粒，其中，所述颗粒表面涂有碳涂层。

[化学式2]

Li_aMnPO₄

(其中，a满足以下等式：0.9≤a≤1.1)。

从另一个总的方面而言，锂二次电池的正电极活性材料包括由以下化学式3表示的并具有200nm至1μm的平均粒度的颗粒，其中，所述颗粒表面涂有碳涂层。

[化学式3]

Li_aMn_1-xM_xPO₄

(其中，M为Fe，且a和x满足以下等式：0.9≤a≤1.1和0.1≤x≤0.2)。

碳涂层可具有5至10nm的厚度。

从另一个总的方面而言，用于生产锂二次电池的正电极活性材料的方法，所述方法包括：

将锂原材料、锰原材料和磷原材料添加到乙醇中，以制备金属混合溶液；

研磨金属混合溶液，从而将金属混合溶液雾化；

将碳原材料添加至雾化溶液，从而将其均匀混合；以及

在惰性环境下对所述混合物进行热处理。

另外，在制备所述金属混合溶液时，还可以含有其它金属原材料，其中，所述金属原材料为选自Mg、Fe、Co、Cr、Ti、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb和Mo中的任何一个或者为选自其中两个以上的混合物。