[发明专利]锂二次电池用正极材料

说明书

提供了一种车载应用中的具有高输出、高能量密度和/或长循环寿命的正极材料。所述正极材料用于制备锂二次电池的正极，该正极材料是一种复合锂材料，其包括第一锂化合物和第二锂化合物。具体地，所述第一锂化合物是颗粒状，并且包括至少一种选自层状锂化合物和尖晶石型锂化合物的化合物。优选地，第二锂化合物包括至少一种选自含锂磷酸盐化合物和含锂硅酸盐化合物的化合物。无定形碳材料层和/或石墨烯结构碳材料层在第一锂化合物和第二锂化合物的全部表面上。所述第二锂化合物在第一锂化合物的颗粒的表面上的碳材料层的部分或者全部表面上形成薄膜层。

相关申请

本申请要求2013年8月21日提交的申请号为61/868,296的美国临时 申请的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本申请。

技术领域

本申请涉及锂二次电池用正极材料。特别地，本申请涉及用作车辆蓄 电池的锂二次电池用正极材料。

背景技术

近年来，包括使用能够嵌入和脱嵌锂离子的材料形成的正极和负极的 锂二次电池被研究用于车载应用领域。目前面临的挑战是使锂二次电池具 有高能量密度、高输出(大充/放电电流)、长寿命和高安全性。

目前已提出了多种实现这种锂二次电池的方案，例如：(1)改进正极/ 负极材料(日本专利No.3867030，Sei KK)；(2)改进集电体箔 (WO2011/049153，SEI公司)；和(3)改进分隔体(PCT/JP2012/056998)。上 述三件申请的全部内容通过引用并入本申请。

锂二次电池的能量密度和输出已得到了改进，例如，通过减小正极/ 负极活性材料颗粒的粒度，通过表面改性或者类似方法提高正极/负极活性 材料颗粒的比表面积，或者通过改善电极设计来提高电极面积。尽管上述 方式可能已经打开了着眼于车载应用领域的锂二次电池的研究的大门，但 能量密度、安全性以及使用寿命方面现在仍然不足。

为获得高能量密度，目前已经开展了大量的研究和开发。例如，提高 富Ni的LNMC(Li(Ni/Mn/Co)O₂)正极材料的充电电压，使用具有高理论能 量密度的硫化合物作为正极材料，和使用具有半导体性能的合金基负极材 料(或者其氧化物)。也建议了锂-空气电池作为新型锂电池。

在日本召开的第53届电池研讨会摘要(p.40，Nov.2012)上公开了一种 Li(Ni/Mn/Co)O₂/LiFePO₄混合电池，电池技术委员会，日本电化学会，其 全部内容并入本申请作为参考。

通过上述方法，锂电池的初始能量密度能够得到暂时性的提高。但是， 难以应用到要求循环次数为5000-10,000(10年)的车辆应用中，其需要保持 高能量密度。

富Ni的LNMC正极材料具有较长的恒定电流放电，但不具有恒定电 压(flatvoltage characteristics)性能(即，通常表现为从高电压区降低的电压 性能)。从质量、高输出和高能量密度的角度考虑，车载电池应具有恒定电 压性能，这些性能在使用富Ni的LNMC正极材料时实际上是得不到的。 更特别地，由于车载电池在恒定功率下使用，不可能使用车载电池到相当 的放电深度。

混合电池由于混合电势能够阻止初始时输出的降低，但由于反应位点 集中于具有低电阻的活性材料区域，所以随着充电-放电循环次数的增加， 输出表现出降低。

需要一种避免上述缺陷、同时具有改进的性能的用于车载电池的锂电 池。

发明概述

本发明的目的是提供一种锂二次电池正极材料，其可获得车载应用要 求的高能量密度和高输出，而且可用于大规模生产。