[发明专利]锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂二次电池，所述锂二次电池包含正极活性材料和负极活性材料。更特别地，本发明涉及一种锂二次电池，所述锂二次电池包含：(i)正极活性材料，其包含根据下式1的锂金属磷酸化物；和(ii)负极活性材料，其包含无定形碳，

Li_1+aM(PO_4-b)X_b  (1)

其中M是选自II～XII族金属中的至少一种，X是选自F、S和N中的至少一种，-0.5≤a≤+0.5，且0≤b≤0.1。

背景技术

因为移动装置技术继续开发且对其的需要继续增加，对作为能源的锂二次电池的需要正在快速增加。最近，已经实现了将锂二次电池用作电动车辆(EV)和混合动力车辆(HEV)的电源。因此，正在积极进行对可以满足各种要求的二次电池的研究。特别地，对具有高能量密度、高放电电压和输出稳定性的锂二次电池存在高需求。

特别地，用于混合动力车辆的锂二次电池必须在短时间内显示大的输出并且可以在每天重复充放电的严苛条件下使用10年以上。因此，必然需要相比于现有的小型锂二次电池显示更优异的稳定性和输出特性的锂二次电池。

在这点上，现有的锂二次电池通常使用具有层状结构的锂钴复合氧化物作为正极并使用石墨基材料作为负极。然而，LiCoO₂具有诸如能量密度和高温特性优异的优点，但同时具有诸如输出特性差的缺点。由于这种缺点，在突然驱动和快速加速时临时需要的高输出是由电池提供，由此LiCoO₂不适合用于需要高输出的混合动力车辆(HEV)。另外，由于制备LiNiO₂的方法的特性，难以以合理的成本将LiNiO₂应用于实际的制造过程。此外，锂锰氧化物如LiMnO₂、LiMn₂O₄等显示诸如循环特性差等的缺点。

因此，正在研究使用锂过渡金属磷酸化物作为正极活性材料的方法。锂过渡金属磷酸化物大致分为具有NaSICON结构的LixM₂(PO₄)₃和具有橄榄石结构的LiMPO₄，并且在与现有的LiCoO₂相比时，被看作是具有优异稳定性的材料。目前，具有NaSICON结构的Li₃V₂(PO₄)₃是已知的，并且作为具有橄榄石结构的化合物，最广泛研究了LiFePO₄和Li(Mn,Fe)PO₄。然而，由于LiFePO₄的低电子传导率，当将LiFePO₄用作正极活性材料时，电池的内阻增加，由此当电池电路封闭时，极化电位增加，从而导致电池容量减少。

同时，主要将碳基活性材料用作负极活性材料。碳基活性材料具有约-3V的非常低的放电电位，并由于石墨烯层的单轴取向而显示非常可逆的充放电行为，从而显示优异的电极循环寿命。

碳基活性材料在Li离子的充电期间的电极电位为0V(Li/Li+)，并由此可以显示与纯锂金属类似的电位。因此，当形成包含锂过渡金属氧化物的正极和电池时，可以获得更高的能量。

碳基活性材料的实例包括结晶石墨如天然石墨、人造石墨等，以及无定形碳如软碳、硬碳等。结晶石墨具有高能量密度，但是具有比较差的输出特性，从而不适合于需要高输出的混合动力车辆(HEV)的能源。

因此，作为用于混合动力车辆(HEV)的二次电池，优选满足诸如如下的所有特性的锂二次电池：高输出、长循环寿命和保存寿命、高稳定性等。然而，这种锂二次电池仍在开发中。

发明内容

技术问题

本发明旨在解决相关技术的上述问题并实现长期寻求的技术目的。

由于各种深入研究和各种实验的结果，本发明的发明人确认，当使用包含预定的锂金属磷酸化物作为正极活性材料并包含无定形碳作为负极活性材料的锂二次电池时，可以达到期望的效果，由此完成本发明。

技术方案

根据本发明的一方面，提供一种锂二次电池，所述锂二次电池包含：

(i)正极活性材料，其包含根据下式1的锂金属磷酸化物；和

(ii)负极活性材料，其包含无定形碳，

Li_1+aM(PO_4-b)X_b  (1)