本发明专利技术涉及功率特性得到提高的混合正极活性物质及包含该混合正极活性物质的锂二次电池，更具体地，涉及在将层状结构的锂过渡金属氧化物和橄榄石结构的锂氧化物(例如，LFP)进行混合的情况下，为了防止在过渡(transient)区中的电压的急剧下降，使用由Mn等其他元素取代LFP中的Fe的一部分的LFP(LMFP)，从而减少与层状结构的锂过渡金属氧化物之间的工作电压的差异，最终能够将在过渡区中的功率减少最小化的混合正极活性物质及包含该混合正极活性物质的锂二次电池。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】功率特性得到提高的混合正极活性物质及包含该物质的锂二次电池
本专利技术涉及功率特性得到提高的混合正极活性物质及包含该混合正极活性物质的锂二次电池，更具体地，涉及在将层状结构的锂过渡金属氧化物和橄榄石结构的锂氧化物(例如，LFP)进行混合的情况下，为了防止在过渡(transient)区中的电压的急剧下降，使用由Mn等其他元素取代LFP中的Fe的一部分的LFP，从而减少与层状结构的锂过渡金属氧化物之间的工作电压的差异，最终能够将在过渡区中的功率减少最小化的混合正极活性物质及包含该混合正极活性物质的锂二次电池。
技术介绍
目前，在包括手机、PDA及笔记本电脑等便携式电子设备的多个方面使用锂二次电池。尤其，随着对环境问题的关注增加，作为能够代替成为大气污染的主要原因的汽油车、柴油车等化石燃料的车辆的电动汽车的驱动源，对具有高能量密度和放电电压的锂二次电池的研究正活跃地进行着，且有一部分已处于商用化阶段。为了将锂二次电池使用为这种电动汽车的驱动源，需要高的功率，同时需要维持使用SOC(StateofCharge，荷电状态)区间中的稳定的功率。根据驱动源的种类，电动汽车分为典型的电动汽车(ElectricVehicle，EV)、电池式电动汽车(BatteryElectricVehicle，BEV)、混合动力汽车(HybridElectricVehicle，HEV)及插电式混合动力汽车(Plug-inHybridElectricVehicle，PHEV)等。其中，混合动力汽车(HEV，HybridElectricVehicle)是从现有的内燃机(引擎)和电池的结合中获得驱动力的汽车，其驱动主要通过引擎来实现，并只有在上坡行驶等需要比通常的情况更多的功率的情况下，电池补充引擎的不足功率，而当汽车停止时，通过电池的充电来重新恢复SOC。即，在混合动力汽车中，主要的驱动源为引擎，电池作为补充性的驱动源，只以间歇性的方式使用。插电式混合动力汽车(PHEV，Plug-inHybridElectricVehicle)作为与引擎和外部电源相连接，从能够进行重新充电的电池的结合中获得驱动力的汽车，大致分为并联式(paralleltype)PHEV和串联式(seriestype)PHEV。其中，在并联式PHEV中，引擎和电池作为驱动源处于对等的关系，因此，根据情况，引擎或电池交替地作用为主要驱动源。即，以在引擎成为主要驱动源的情况下，由电池补充引擎的不足功率，在电池成为主要驱动源的情况下，由引擎补充电池的不足功率的方式相互并列运行。但串联式PHEV是基本上只利用电池来驱动的汽车，引擎只起到对电池进行充电的作用。因此，与所述PHEV或并联式PHEV不同，在汽车的驱动方面，与引擎相比，更依赖于电池，因而为了行使的稳定性，相对于其他种类的电动汽车，在所使用的SOC区间中基于电池的特性的稳定的功率维持成为非常重要的因素。另一方面，在使用现有的代表性正极物质LiCoO2作为高容量锂二次电池的正极材料的情况下，能够达到能量密度的增加和功率特性的实用极值，尤其在使用于高能量密度应用领域的情况下，因其结构的不稳定性而在高温充电状态下，与结构的变性一同放出结构内的氧，与电池内的电解质引发发热反应，从而成为电池爆炸的主要原因。为了改善这种LiCoO2的安全性问题，考虑了层状结晶结构的LiMnO2、尖晶石结晶结构的LiMn2O4等含锂锰氧化物和含锂镍氧化物(LiNiO2)的使用，而在最近，广泛进行着对使用Ni、Co、Mn的层状结构的三组分系金属氧化物(以下，简称为“NMC”)的研究。所述层状结构的三组分系金属氧化物(例如，Li1+aNixCoyMn1-x-yO2)在高SOC区间显示大功率，但在低SOC区间(例如，SOC30％以下)中，功率急剧下降(电阻在NMC下端区域急剧上升)，从而具有能够使用的SOC区间大大受限的缺点。这在为了电池的安全性而将三组分系与锂锰尖晶石相混合的情况下也相同，这是因为锂锰尖晶石的工作电压比NMC高，因而在低SOC区间中，只有NMC单独运行。这种问题在将NMC适用于电动汽车等功率特性尤其受重视的领域方面只能成为绊脚石。尤其，与使用引擎作为主要驱动源的混合动力汽车或引擎与电池起到对等的驱动源作用的并联式PHEV不同，在汽车的驱动方面全权依赖于电池的串联式PHEV的情况下，只能在维持所需的功率以上的SOC区间使用，而在单独使用所述NMC作为正极活性物质的情况下，在低SOC区间中的功率下降，从而只能使可用SOC区间大大变小。为此，为了提高安全性及在SOC的下端中的功率的补充，可以考虑混合层状结构的锂过渡金属氧化物，例如，NMC和橄榄石结构的锂氧化物，例如，LiFePO4(以下，简称为“LFP”)的方法。但在将所述LFP与NMC相混合的情况下，存在随着由两种材料的工作电压的差异引起的过渡(transient)区(虽然根据混合比率而有所不同，但例如，在NMC:LFP的重量比为7:3的情况下的SOC30％附近)中电压急剧下降而使功率减少的问题。为此，在混合使用层状结构的锂过渡金属氧化物和橄榄石结构的锂氧化物的正极材料中，正急需研发能够确保安全性，又能实现在SOC的下端的功率补充，并能最小化随着混合而发生的过渡区中的功率减少的新的正极材料。
技术实现思路
专利技术要解决的技术问题本专利技术为了解决如上所述的要求及现有的问题而提出，本申请的专利技术人员在经历无数次的深入研究和多种实验之后，研发出了能够以减少与层状结构里过渡金属氧化物之间的工作电压的差异的方式将过渡区中的功率减少最小化的混合正极活性物质。因此，本专利技术的第一目的在于，提供一种混合正极活性物质，该混合正极活性物质使过渡区中的功率减少最小化，从而使功率特性大大提高。本专利技术的另一目的在于，提供包含上述混合正极活性物质的锂二次电池。解决技术问题的手段为了解决如上所述的问题，本专利技术提供一种混合正极活性物质，包含：第一正极活性物质，其为具有层状结构的锂过渡金属氧化物；以及第二正极活性物质，具有由以下化学式2表示的橄榄石结构，化学式2：LiFe1-xMxM'yXO4，在上述化学式2中，M是属于7族、9族至12族的元素中的一种或同时适用两种以上的元素，必须包含Mn；M'是过渡金属元素中的一种或同时适用两种以上的过渡金属元素的元素，必须包含Mn；X为选自由P、Si、S、As及Sb组成的组中的一种以上；0＜x＜1，0≤y＜0.5。并且，本专利技术的另一实施方式提供一种包含上述混合正极活性物质的正极及包括这种正极的锂二次电池。专利技术的效果本专利技术的混合正极活性物质是由作为层状结构的锂过渡金属氧化物的第一正极活性物质(例如，NMC)和在纯LFP中由Mn等其他元素取代Fe的一部分的第二正极活性物质(也能命名为LMFP)相混合的物质，与在将层状结构的锂过渡金属氧化物与纯LFP相混合时，因两种材料的工作电压的差异而在过渡区中发生急剧的电压下降的问题相比，由于适用被取代的上述LFP，使得两种材料的工作电压的差异变小，最终能够提供将在过渡区中的功率减少最小化的锂二次电池。附图说明图1表示实施例及比较例的电流-电压曲线图。图2为表示实施例及比较例的锂二次电池的各SOC的功率变化的图表。具体实施方式以下，对本专利技术进行详细说明。本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种混合正极活性物质，其特征在于，包含：第一正极活性物质，其为具有层状结构的锂过渡金属氧化物；以及第二正极活性物质，具有由以下化学式2表示的橄榄石结构，化学式2：LiFe1‑xMxM'yXO4，在上述化学式2中，M是属于7族、9族至12族的元素中的一种或同时适用两种以上的元素，必须包含Mn；M'是过渡金属元素中的一种或同时适用两种以上的过渡金属元素的元素，必须包含Mn；X为选自由P、Si、S、As及Sb组成的组中的一种以上；0＜x＜1，0≤y＜0.5。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.08.02 KR 10-2012-00847571.一种用于锂二次电池的混合正极活性物质，其特征在于，包含：第一正极活性物质，其为由以下化学式1表示的层状结构的三组分系含锂金属氧化物；以及第二正极活性物质，其为由以下化学式2a表示的橄榄石结构的锂磷酸氧化物，化学式1：Li1+aNixMnyCozO2，在上述化学式1中，0≤a≤0.2，0.4≤x≤0.6，0.2≤y≤0.5，0.1≤z≤0.3，x+y+z＝1，化学式2a：LiFe1-xMnxPO4，在所述化学式2a中，0.1≤x≤0.5，其中基于100重量份的所述混合正极活性物质，所述第二正极活性物质的含量为5-50重量份。2.根据权利要求1所述的混合正极活性物质，其特征在于，在所述化学式2a中，0.1≤x≤0.3。3.根据权利要求1所述的混合正极活性物质，其特征在于，除了所述第一正极活性物质和第二正极活性物质之外，所述混合正极活性物质还包含导电材料。4.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴松泽，李常旭，金镒弘，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR
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