正极活性物质、包括其的正极和锂电池、及其制备方法技术

本发明专利技术涉及正极活性物质、包括其的正极和锂电池、及其制备方法。正极活性物质，其包括具有第一域和第二域且由式1表示的锂金属氧化物复合物，其中0<x<1，0≤y<1，0≤z<1，0<y+z<1，M1包括至少一种过渡金属，M2包括选自如下的至少一种：镁(Mg)、铝(Al)、钒(V)、锌(Zn)、钼(Mo)、铌(Nb)、镧(La)、和钌(Ru)，和Me包括选自如下的至少一种金属：镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)、铁(Fe)、铬(Cr)、钛(Ti)、铜(Cu)、铝(Al)、镁(Mg)、锆(Zr)、和硼(B)。式1x[Li2-y(M1)1-z(M2)y+zO3]-(1-x)[LiMeO2]。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请要求2013年1月7日提交的韩国专利申请N0.10-2013-0001784的优先权和权益、以及由其产生的全部权益，其内容通过参考全部引入本文。
本公开内容涉及正极活性物质、包括所述正极活性物质的正极、包括所述正极活性物质的锂电池、和制备所述正极活性物质的方法，和更具体地，涉及提供改善的放电电压容量和循环寿命特性的正极活性物质。
技术介绍
锂电池例如锂离子电池(“LIB”)由于其高的能量密度和其简单的设计已被用作用于许多便携式装置的电源。近年来，除用于便携式信息技术(“IT”)装置的电源之外，LIB还已被用作用于电动车和电力存储的电源，且因此关于用于实现LIB的高的能量密度或长的寿命的研究正在发展。作为用于锂电池的正极活性物质，使用过渡金属d氧化物例如LiNi02、LiCoO2,LiMn2O4'LiFePO4'LiNixCcvxO2 (其中 O ≤ x ≤ 1)、和 LiNinyCoxMnyO2 (其中 O ≤ x ≤0.5 和O ^ y ^ 0.5)、或过渡金属和锂的氧化物。然而，LiCoO2是相对昂贵的且其比容量为约140毫安时/克(mAh/g)，且因此LiCoO2具有有限的电容量。当LiCoO2在最高达4.2V或更大的增加的充电电压下使用时，50%或更多的锂被除去以提供Li^CoO2 (其中x>0.5)。Li^CoO2 (其中x>0.5)形式的氧化物是结构上不稳定的，且其容量随着随后的充电和放电循环快速降低。正极活性物质例如LiNixCcvxO2 (其中x〈l)或LiNinyCoxMnyO2 (其中O≤x≤0.5和O ≤ y ≤0.5)在高的电压下具有降低的结构稳定性。Li [LixMYJ O2 (其中x>0和M’表示多种过渡金属)形式的锂金属氧化物理论上具有约250~280mAh/g的比容量，且可提供增加的电容量。然而，包括过量的锂的锂金属氧化物在高的电压下具有降低的结构稳定性，使得放电电压快速降低且其循环寿命特性变差。因此，仍然存在对于具有高的容量、抑制放电电压下降、在高的电压下具有改善的结构稳定性并具有改善的循环寿命特性的正极活性物质和制备所述新的正极活性物质的方法的需要。
技术实现思路
提供具有高的容量、抑制放电电压下降并具有改善的循环寿命特性的正极活性物质。提供包括所述正极活性物质的正极。提供包括所述正极活性物质的锂电池。提供制备所述具有高的容量、抑制放电电压下降并具有改善的循环寿命特性的正极活性物质的方法。另外的方面将部分地在以下的描述中阐明，和部分地将从所述描述明晰。根据一个方面，正极活性物质包括包含第一域(畴，domain)和第二域且由式I表示的锂金属氧化物复合物:式IX [Li2_y (Ml) (M2) y+z03] _ (l_x) [LiMeO2]其中0〈χ〈1，0 ≤ y<l,0 ≤ z<l,0<y+z<l,Ml包括至少一种过渡金属，M2包括选自如下的至少一种金属:镁(Mg)、铝(Al)、钒(V)、锌(Zn)、钥(Mo)、铌(Nb)、镧(La)、和钌(Ru),和Me包括选自如下的至少一种:镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)、铁(Fe)、铬(Cr)、钛(Ti)、铜(Cu)、招(Al)、镁(Mg)、错(Zr)、和硼(B)。根据另一方面，正极包括上述正极活性物质。根据另一方面，锂电池包括:正极；负极；以及设置在所述正极和所述负极之间的电解质；其中所述正极包括上述正极活性物质。根据另一方面，制备包含第一域和第二域的锂金属氧化物复合物的方法包括:使第一锂前体、过渡金属前体和金属掺杂剂前体接触以制备第一混合物；第一热处理所述第一混合物以制备第一域锂金属氧化物；使所述第一域锂金属氧化物与第二锂前体和金属前体接触以制备第二混合物；和第二热处理所述第二混合物以制备第二域锂金属氧化物从而制备所述锂金属氧化物复合物，其中所述锂金属氧化物复合物由式I表示:式IX [Li2_y (Ml) (M2) y+z03] _ (l_x) [LiMeO2]其中0〈χ〈1，0 ≤y<l,0 ≤z<l,0<y+z<l,Ml包括至少一种过渡金属，M2包括选自如下的至少一种金属:镁(Mg)、铝(Al)、钒(V)、锌(Zn)、钥(Mo)、铌(Nb)、镧(La)、和钌(Ru)，和Me包括选自如下的至少一种:镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)、铁(Fe)、铬(Cr)、钛(Ti)、铜(Cu)、招(Al)、镁(Mg)、错(Zr)、和硼(B)。【附图说明】由结合附图考虑的实施方式的以下描述，这些和/或其它方面将变得明晰和更容易理解，其中:图1为强度(任意单位，a.u.)对衍射角(度，2Θ)的图，且为显示根据实施例1和2以及对比例I制备的正极活性物质的晶体结构的X-射线衍射(“XRD”)结果的图解视图；图2为强度(任意单位，a.u.)对衍射角(度，2 Θ )的图，且为对应于图1的XRD结果中在约64.5° ±0.5°至约65.5° ±0.5°的衍射角处108面和110面的峰的放大图解视图；图3为强度(任意单位，a.u.)对结合能(电子伏，eV)的图，且为通过X-射线光电子能谱法(“XPS”)的根据实施例2和对比例3制备的正极活性物质的A12p表面谱(71-78eV)的图解视图；图4为强度(任意单位，a.u.)对化学位移(百万分率，ppm)的图，且为根据实施例2和对比例3制备的正极活性物质的27Al-NMR谱的图解视图；图5为电压变化(伏，V)对循环次数的图，且为显示根据实施例8、9和12以及对比例5和6制备的锂电池的放电电压特性的图解视图；图6为能量保持力(百分数，％)对循环次数的图，且为显示根据实施例7-10和12以及对比例4和5制备的锂电池取决于各循环次数的电极的重量能量密度的图解视图；图7为保持力(百分数，%)对循环次数的图，且为显示根据实施例7-10和12以及对比例4和5制备的锂电池取决于各循环次数的容量保持率的图解视图；和图8为锂电池的实施方式的分解透视图。【具体实施方式】现在将详细介绍实施方式，其实例说明于附图中，其中相同的附图标记始终是指相同的元件。在这点上，本实施方式可具有不同的形式并且不应解释为限于本文中所阐明的描述。因此，下面仅通过参考附图描述实施方式，以解释本描述的各方面。如本文中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的一个或多个的任意和全部组合。表述例如“…的至少一种(个)”当在要素列表之前或之后时，修饰整个要素列表且不修饰所述列表的单独要素。将理解，当一个元件例如层、膜、区域或基材被称为“在”另外的元件“上”时，其可直接在所述另外的元件上，或者还可存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在”另外的元件“上”时，则不存在中间元件。将理解，尽管术语第一、第二、第三等可在本文中用来描述各种元件、组分、区域、层和/或部分，但这些元件、组分、区域、层和/或部分不应被这些术语限制。这些术语仅用来使一个元件、组分、区域、层或部分区别于另一元件、组分、区域、层或部分。因此，在不背离本实施方式的教导的情况下，下面讨论的第一元件、组分、区域、层或部分可称为第二元件、组分、区域、层或部分。本文中使用的术语仅仅是为了描述本文档来自技高网...

【技术保护点】
正极活性物质，包括：包括第一域和第二域且由式1表示的锂金属氧化物复合物：式1x[Li2‑y(M1)1‑z(M2)y+zO3]‑(1‑x)[LiMeO2]其中0<x<1，0≤y<1，0≤z<1，0<y+z<1，M1包括至少一种过渡金属，M2包括选自如下的至少一种金属：镁(Mg)、铝(Al)、钒(V)、锌(Zn)、钼(Mo)、铌(Nb)、镧(La)、和钌(Ru)，和Me包括选自如下的至少一种：镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)、铁(Fe)、铬(Cr)、钛(Ti)、铜(Cu)、铝(Al)、镁(Mg)、锆(Zr)、和硼(B)。

【技术特征摘要】
2013.01.07 KR 10-2013-00017841.正极活性物质，包括: 包括第一域和第二域且由式I表示的锂金属氧化物复合物: 式I X [Li2_y (Ml) (M2) y+z03] — (1-x) [LiMeO2] 其中0〈χ〈1,0 ≤ y<l,0 ≤z〈l，0<y+z<l, Ml包括至少一种过渡金属， M2包括选自如下的至少一种金属:镁(Mg)、铝(Al)、钒(V)、锌(Zn)、钥(Mo)、铌(Nb)、镧(La)、和钌(Ru),和 Me包括选自如下的至少一种:镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)、铁(Fe)、铬(Cr)、钛(Ti)、铜(Cu)、招(Al)、镁(Mg)、错(Zr)、和硼(B)。2.权利要求1的正极活性物质，其中式I中的y的范围为O≤ y〈0.5。3.权利要求1的正极活性物质,其中式I中的z的范围为O≤z〈0.5。4.权利要求1-3任一项的正极活性物质，其中Ml为Mn。5.权利要求4的正极活性物质，其中所述锂金属氧化物复合物包括具有其中C-轴长度的晶格常数c为14.24埃或更大的晶体结构的域。6.权利要求1的正极活性物质，其中在所述锂金属氧化物复合物的X-射线衍射谱中对应于003面的主峰的峰强度与对应于104面的次峰的峰强度之比为1.3或更大。7.权利要求1的正极活性物质,其中当通过X-射线衍射谱中对应于003面的峰的半宽度的分析确定时，所述锂金属氧化物复合物的结晶颗粒的粒度为80纳米或更大。8.权利要求1的正极活性物质，其中在所述锂金属氧化物复合物的X-射线衍射谱中具有64.5° ±0.5° 2 Θ的衍射角的对应于108面的峰与具有65.5° ±0.5° 2 Θ的衍射角的对应于110面的峰之间的间隔距离为0.8°或更大。9.权利要求1的正极活性物质,其中所述第一域由式2表示: 式2Li2_y (Ml)1-Z(IC)^O3,和其中所述第二域由式3表示: 式3 LiMeO2010.包括权利要求1-9任一项的正极活性物质的正极。11.锂电池，包括: 正极； 负极；以及 设置在所述正极和所述负极之间的电解质； 其中所述正极包括权利要求1-9任一项的正极活性物质。12.权利要求11的锂电池，其中所述正极活性物质的工作电压为4.3伏或更大。13.制备权利要求1-9任一项的包括锂金属氧化物复合物的正极活性物质的方法，所述锂金属氧化物复合物包括第一域和第二域，所述方法包括: 使第一锂前体、过渡金属前体和金属掺杂剂前体接触以制备第一混合物； 第一热处理所述第一混合物以制备第一域锂金属氧化物； 使所述第一域锂金属氧化物与第二锂前体和金属前体接触以制备第二混合物；和 第二热处理所述第二混合物以制备第二域锂金属氧化物从而制备所述锂金属氧化物复合物。14.权利要求13的方法，其中在所述第一锂前体、所述过渡金属前体和所述金属掺杂剂前体的接触中，将所述第一锂前体、所述过渡金属前体和所述金属掺杂剂前体同时接触。15.权利要求13的方法，其中所述第一锂前体和所述第二锂前体各自独立地包括选自如下的至少一种:Li2C03、LiOH、Li2 (CO2)2'LiCl、LiOCO2CH3'和 LiF。16.权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：金明勋，尹在久，朴珉植，朴晋焕，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，三星精密化学株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR