正極活性物質、其制備方法和包括其的可再充電的鋰電池技術

提供了正極活性物質、其制備方法和包括其的可再充電的鋰電池。正極活性物質包括：第一正極活性物質，該第一正極活性物質包括鋰鎳類復合氧化物并且包括通過聚集多個初級顆粒而形成的次級顆粒和在次級顆粒的表面上的鈷涂層部分；和第二正極活性物質，該第二正極活性物質包括鋰鎳類復合氧化物并且包括單個顆粒和在單個顆粒的表面上的鈷涂層部分，其中第二正極活性物質具備具有凹凸的不平坦表面和沒有凹凸的平坦表面。有凹凸的平坦表面。有凹凸的平坦表面。

【技術實現步驟摘要】
正極活性物質、其制備方法和包括其的可再充電的鋰電池


[0001]本公開的示例實施方式涉及用于可再充電的鋰電池的正極活性物質、其制備方法和包括其的可再充電的鋰電池。

技術介紹

[0002]便攜式信息裝置比如蜂窩電話、膝上型計算機和智能電話等，或電動汽車已使用具有高能量密度和易攜帶性的可再充電的鋰電池作為驅動電源。最近，已經積極地進行研究，以使用具有高能量密度的可再充電的鋰電池作為用于混合動力或電動汽車的驅動電源或儲能電源。
[0003]已經對各種正極活性物質進行了研究，以實現可再充電的鋰電池的應用。其中，鋰鎳類氧化物、鋰鎳錳鈷復合氧化物、鋰鎳鈷鋁復合氧化物和氧化鋰鈷等主要用作正極活性物質。然而，這些正極活性物質在重復充電和放電期間具有結構坍塌或裂紋，并且因此存在可再充電的鋰電池的長期循環壽命劣化以及電阻增加并且因此展示出無法令人滿意的容量特點的問題。相應地，需要開發確保長期循環壽命特點以及實現高容量和高能量密度的新正極活性物質。

技術實現思路

[0004]提供了具有改善的循環壽命特點和安全性同時實現高容量的用于可再充電的鋰電池的正極活性物質，其制備方法和包括其的可再充電的鋰電池。
[0005]在實施方式中，用于可再充電的鋰電池的正極活性物質包括：第一正極活性物質，該第一正極活性物質包括鋰鎳類復合氧化物并且包括通過聚集多個初級顆粒而形成的次級顆粒和在次級顆粒的表面上的鈷涂層部分；和第二正極活性物質，該第二正極活性物質包括鋰鎳類復合氧化物并且包括單個顆粒和在單個顆粒的表面上的鈷涂層部分，其中第二正極活性物質具備具有凹凸的不平坦表面和沒有凹凸的平坦表面。
[0006]在另一實施方式中，制備用于可再充電的鋰電池的正極活性物質的方法包括：將第一鎳類氫氧化物和鋰原料混合并且進行第一熱處理，以制備作為通過聚集多個初級顆粒而形成的次級顆粒的形式的第一鎳類氧化物；將第二鎳類氫氧化物和鋰原料混合并且進行第二熱處理，以制備作為單個顆粒的形式的第二鎳類氧化物；將第一鎳類氧化物、第二鎳類氧化物和鈷原料混合并且進行第三熱處理。
[0007]在另一實施方式中，提供了可再充電的鋰電池，包括：包括正極活性物質的正電極、負電極和電解質。
[0008]根據實施方式制備的用于可再充電的鋰電池的正極活性物質和包括其的可再充電的鋰電池可展示出卓越的充電/放電效率、循環壽命特點和安全性，同時實現了高容量和高能量密度。
附圖說明
[0009]圖1為闡釋根據實施方式的可再充電的鋰電池的示意圖。
[0010]圖2為實施例1的第二正極活性物質的掃描電子顯微鏡照片。
[0011]圖3為實施例2中鈷涂布之后第三熱處理之前第二正極活性物質的掃描電子顯微鏡照片。
[0012]圖4為實施例2中的第二正極活性物質的掃描電子顯微鏡照片。
[0013]圖5為比較例1的第二正極活性物質的掃描電子顯微鏡照片。
[0014]圖6為比較例2的第二正極活性物質的掃描電子顯微鏡照片。
[0015]圖7為根據實施例1的第二正極活性物質的通過SEM
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EDS(掃描電子顯微鏡
?
能量分散光譜學)分析而繪制的鈷元素的照片。
[0016]圖8為根據比較例1的第二正極活性物質的通過SEM
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EDS分析而繪制的鈷元素的照片。
[0017]<符號描述>
[0018]100：可再充電的鋰電池
???
112：負電極
[0019]113：隔板
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114：正電極
[0020]120：電池殼體
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140：密封構件
具體實施方式
[0021]下文，將詳細地描述具體的實施方式，以便本領域普通技術人員可容易地實施它們。然而，本公開可具體化為許多不同的形式并且不解釋為限于在本文中陳述的示例實施方式。
[0022]在本文中使用的術語僅用于描述實施方式，并且不旨在限制本公開。除非上下文另外清楚地指示，否則單數表述包括復數表述。
[0023]如在本文中使用的，“其組合”指組成的混合物、層壓板、復合材料、共聚物、合金、摻混物和反應產物等。
[0024]在本文中，應理解，術語比如“包括(comprises)”、“包含(includes)”或“具有”旨在指明存在具體化的特征、數量、步驟、元件或其組合，但是不排除存在或添加一個或多個其他特征、數量、步驟、元件或其組合的可能性。
[0025]在附圖中，為了清楚起見，放大了層、膜、面板、區等的厚度，并且遍及說明書，相同的附圖標記標注相同的元件。將理解，當元件比如層、膜、區或基板稱為“在”另一元件“上”時，其可直接在另一元件上，或也可存在居間元件。相比之下，當元件稱為“直接在”另一元件“上”時，不存在居間元件。
[0026]另外，在本文中的“層”不僅包括當從平面圖中觀察時在整個表面上形成的形狀，而且也包括在部分表面上形成的形狀。
[0027]另外，可通過本領域技術人員熟知的方法測量平均粒徑，例如，可通過顆粒尺寸分析儀測量，或可通過透射電子顯微照片或掃描電子顯微照片測量。可選地，可通過使用動態光散射方法進行測量，進行數據分析，對每個顆粒尺寸范圍的顆粒的數量進行計數并且由此進行計算來獲得平均粒徑值。除非以其他方式限定，否則平均粒徑可意指在顆粒尺寸分布中累積體積為50體積％的顆粒的直徑(D50)。
[0028]在本文中，“或”不解釋為排他性的意思，例如，“A或B”解釋為包括A、B和A+B等。
[0029]正極活性物質
[0030]在實施方式中，第一正極活性物質包括作為通過聚集多個初級顆粒而形成的次級顆粒的形式的鋰鎳類復合氧化物，并且包括在次級顆粒的表面上的鈷涂層部分，并且第二正極活性物質包括作為單個顆粒的形式的鋰鎳類復合氧化物，并且包括在單個顆粒的表面上的鈷涂層部分，其中第二正極活性物質具備具有凹凸的不平坦表面和沒有凹凸的平坦表面。這種正極活性物質可展示出改善的循環壽命特點同時實現了高容量和高能量密度。
[0031]第一正極活性物質
[0032]第一正極活性物質具有多晶形式，并且包括通過聚集兩個或更多個初級顆粒而形成的次級顆粒。
[0033]根據實施方式的第一正極活性物質包括在次級顆粒的表面上的鈷涂層部分。鈷涂層部分可設置在次級顆粒的整個表面上或至少一部分表面上。第一正極活性物質涂布有鈷，并且因此有效地抑制由于重復的充電和放電造成的結構坍塌，并且相應地，可改善室溫和高溫循環壽命特點。
[0034]鈷涂層部分包括含鈷化合物。含鈷化合物可為，例如，氧化鈷、氫氧化鈷、碳酸鈷、其復合材料或其混合物，并且這些可進一步包括鋰和/或鎳。例如，含鈷化合物可為氧化鋰鈷。
[0035]基于第一正極活性物質的總量，第一正極活性物質中的鈷涂層部分的量可為約0.01mol％至約7mol％，例如，約0.0本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種用于可再充電的鋰電池的正極活性物質，包括：第一正極活性物質，所述第一正極活性物質包括鋰鎳類復合氧化物并且包括通過聚集多個初級顆粒而形成的次級顆粒和在所述次級顆粒的表面上的鈷涂層部分，和第二正極活性物質，所述第二正極活性物質包括鋰鎳類復合氧化物并且包括單個顆粒和在所述單個顆粒的表面上的鈷涂層部分，其中所述第二正極活性物質具備具有凹凸的不平坦表面和沒有凹凸的平坦表面。2.根據權利要求1所述的用于可再充電的鋰電池的正極活性物質，其中所述第二正極活性物質的所述不平坦表面具有大于或等于18nm的最大粗糙度。3.根據權利要求1所述的用于可再充電的鋰電池的正極活性物質，其中所述第二正極活性物質的所述不平坦表面具有大于或等于1.9nm的平均粗糙度和大于或等于2.3nm的均方根粗糙度。4.根據權利要求1所述的用于可再充電的鋰電池的正極活性物質，其中所述第二正極活性物質的所述平坦表面具有小于或等于15nm的最大粗糙度。5.根據權利要求1所述的用于可再充電的鋰電池的正極活性物質，其中所述第二正極活性物質的所述平坦表面具有小于或等于1.8nm的平均粗糙度和小于或等于2.2nm的均方根粗糙度。6.根據權利要求1所述的用于可再充電的鋰電池的正極活性物質，其中所述第二正極活性物質的所述不平坦表面與所述第二正極活性物質的總表面積的比率為40％至80％。7.根據權利要求1所述的用于可再充電的鋰電池的正極活性物質，其中包括所述第一正極活性物質和所述第二正極活性物質的所述用于可再充電的鋰電池的正極活性物質具有0.2m2/g至0.6m2/g的BET比表面積。8.根據權利要求1所述的用于可再充電的鋰電池的正極活性物質，其中所述第一正極活性物質具有7μm至25μm的平均粒徑，并且所述第二正極活性物質具有0.05μm至10μm的平均粒徑。9.根據權利要求1所述的用于可再充電的鋰電池的正極活性物質，其中基于所述第一正極活性物質和所述第二正極活性物質的總量，包括的所述第一正極活性物質的量為50wt％至90wt％并且包括的所述第二正極活性物質的量為10wt％至50wt％。10.根據權利要求1所述的用于可再充電的鋰電池的正極活性物質，其中所述第一正極活性物質包括由化學式1表示的鋰鎳類復合氧化物，并且所述第二正極活性物質包括由化學式11表示的鋰鎳類復合氧化物：[化學式1]Li
a1
Ni
x1
M
1y1
M
21
?
x1
?
y1
O2其中，在化學式1中，0.9≤a1≤1.8，0.3≤x1≤1，0≤y1≤0.7，并且M1和M2各自獨立地為Al、B、Ba、Ca、Ce、Co、Cr、Cu、F、Fe、Mg、Mn、Mo、Nb、P、S、Si、Sr、Ti、V、W、Zr或其組合，[化學式11]Li
a11
Ni
x11
M
11y11
M
121
?
x11
?
y11
O2其中，在化學式11中，0.9≤a11≤1.8，0.3≤x11≤1，0≤y1...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張錠洙，吉桐玄，金真永，沈載賀，
申請(專利權)人：三星SDI株式會社，
類型：發明
國別省市：