正极活性物质及其制备方法、正极和可再充电锂电池技术

本发明专利技术提供了一种用于可再充电锂电池的正极活性物质、一种包括所述正极活性物质的正极、一种包括所述正极的可再充电锂电池和一种用于制备用于可再充电锂电池的正极活性物质的方法，用于可再充电锂电池的正极活性物质包括多孔材料，所述多孔材料包括：初级颗粒；以及次级颗粒，包括多个初级颗粒的聚集体。所述多孔材料具有大于或等于0.3g/cc且小于1.0g/cc的振实密度。

【技术实现步骤摘要】
正极活性物质及其制备方法、正极和可再充电锂电池
实施例的各方面涉及一种用于可再充电锂电池的正极活性物质以及一种包括该 正极活性物质的正极和可再充电锂电池。
技术介绍
近来，由于便携式电子设备的尺寸和重量的减小，已经对具有高性能和大容量的 可再充电锂电池进行了研究以供在便携式电子设备中使用。 可以通过将电解质注入到包括正极和负极的电池单元中来制造可再充电锂电池， 其中，正极包括能够使锂离子嵌入/脱嵌的正极活性物质，负极包括能够使锂离子嵌入/脱 嵌的负极活性物质。 作为正极活性物质，已经广泛地使用LiC〇02，但是LiCo0 2的制造成本高，并且由于 钴（Co)的稀缺而导致供应不稳定。
技术实现思路
一个实施例的各方面涉及一种在高倍率下的充电和放电过程中具有良好的高倍 率特性和良好的循环寿命特性的用于可再充电锂电池的正极活性物质。 另一个实施例的各方面涉及一种用于可再充电锂电池的正极，该正极包括用于可 再充电锂电池的正极活性物质。 又一个实施例的各方面涉及一种包括用于可再充电锂电池的正极活性物质的可 再充电锂电池。 根据一个实施例的各方面，一种用于可再充电锂电池的正极活性物质包括多孔材 料，多孔材料包括：初级颗粒；以及次级颗粒，包括多个初级颗粒的聚集体。多孔材料可以 具有大于或等于0. 3g/cc且小于1. Og/cc的振实密度。 多孔材料的振实密度可以小于或等于多孔材料的真密度的1/4。 初级颗粒可以具有50nm到300nm的平均粒径（D5Q)。次级颗粒可以具有2 μ m到 7 μ m的平均粒径（D5CI)。 多孔材料的振实密度可以大于或等于多孔材料的真密度的1/6并且小于或等于 多孔材料的真密度的1/4。 在一些实施例中，初级颗粒和次级颗粒各自包括从锂锰氧化物、掺杂的锂锰氧化 物、锂镍钴锰氧化物、掺杂的锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物和掺杂的锂镍钴铝氧化物中 选择的化合物。 在一些实施例中，初级颗粒和次级颗粒各自包括由化学式1到3中的一个化学式 所表示的化合物： 化学式1 LiMn2_xM1x04 在化学式 1 中，Μ1 是 Mg、Na、Ca、Sr、Ti、Al、Co、Ni、Fe、Cu、Si、Sn 或它们的组合， 且 Ο < x〈2。 化学式2 LiNiaCobMncM2d04 在化学式 2 中，M2 是 Mg、Na、Ca、Sr、Ti、Al、Fe、Cu、Si、Sn 或它们的组合，0<a<l， 0<b〈l，〇<c<l，0 彡 d<l，且 a+b+c+d = 1。 化学式3 LiNieCofAlgM3h04 在化学式 3 中，M3 是 Mg、Na、Ca、Sr、Ti、Mn、Fe、Cu、Si、Sn 或它们的组合，0<e<l， 0<f〈 1，0〈g< 1，0< h〈 1,且 e+f+g+h = 1。 正极活性物质还可以包括活性炭。基于正极活性物质的总量，活性炭可以以2wt% 至lj 10wt%的量包括在正极活性物质中。 另一实施例的各方面针对于一种用于可再充电锂电池的正极，所述正极包括正极 活性物质。 正极可以具有1. 5g/cc到3. Og/cc的活性质量密度。 又一实施例的各方面针对于一种可再充电锂电池，所述可再充电锂电池包括：正 极，包括正极活性物质；负极,包括负极活性物质；以及隔板，位于正极和负极之间。可再充 电锂电池还可以包括电解质溶液。 所述负极活性物质还可以包括非晶碳。 隔板可以包括纤维素。 另一实施例的各方面针对于一种用于制备用于可再充电锂电池的正极活性物质 的方法。所述方法包括：混合金属原料和碱性材料，以制备混合溶液；从混合溶液获得复合 碱性颗粒；混合复合碱性颗粒和锂原料，以制备混合物；以及对混合物进行热处理，以制备 包括初级颗粒和次级颗粒的多孔材料。多孔材料具有大于或等于0. 3g/cc且小于1. Og/cc 的振实密度，并且多孔材料的振实密度小于或等于所述多孔材料的真密度的1/4。 热处理可以包括在600°C到1000°C的温度下进行加热。 金属原料可以是含金属的醋酸盐、含金属的硝酸盐、含金属的氢氧化物、含金属的 氧化物、含金属的硫酸盐或它们的组合。 锂原料可以是碳酸锂、醋酸锂、氢氧化锂或它们的组合。 碱性材料可以是氢氧化铵（ΝΗ40Η)、氢氧化钠（NaOH)或它们的组合。 复合碱性颗粒和锂原料的质量比可以为1:1. 01到1:1. 1〇。 其它实施例的各方面被包括在下面的【具体实施方式】中。 根据实施例的各方面，可以实现一种在高倍率的充电和放电过程中具有良好的高 倍率特性和良好的循环寿命特性的可再充电锂电池。 【附图说明】 通过参照下面结合附图的详细描述，将更好地理解本专利技术的这些和其它特征及优 点，其中： 图1是根据一个实施例的各方面的可再充电锂电池的示意性示图。 【具体实施方式】 在下面的详细描述中，示出并描述了特定实施例，特定实施例是出于举例说明的 目的而给出的。本领域技术人员将认识到的是，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，描 述的实施例可以以各种不同的方式进行修改。因此，附图和描述应被看作在本质上是说明 性的而非限制性的。另外，当元件被称为在另一元件上时，它可以是直接在另一元件 上，或者可以间接地位于另一元件上且一个或更多个中间元件位于二者之间。另外，在整个 说明书中，相同的标号指示相同的元件。在下文中，描述了特定的示例性实施例。然而，这 些实施例是出于举例说明的目的而给出的，本公开不限于此。 根据一个实施例的用于可再充电锂电池的正极活性物质包括具有孔的多孔材料。 [0041 ] 多孔材料可以具有大于或等于0. 3g/cc且小于1. Og/cc的振实密度（tap density)，例如，可以具有大于或等于〇. 6g/cc且小于0. 9g/cc的振实密度。当多孔材料的 振实密度在上述范围中的任意一个范围内时，锂离子积极地扩散，因此，可以减小包括该多 孔材料的正极的内阻，并可以改善包括该正极的可再充电锂电池的高倍率特性。 振实密度涉及（或者指的是）多孔材料的总体积的密度。振实密度可以根据下述 方法来测量。 在测量lOOcc的振实池的质量（A)之后，使包括多孔材料的样品通过筛网自然落 下来填充振实池。随后，测量多孔材料在使用配备有间隔件（spacer)的装置（可获自于 Seishin Enterprise Co.，Ltd.的 Tap Denser KYT-3000)振实 200 次之后的质量（B)和填 充体积（D)，并使用它们根据下面的式1来计算振实密度。 式 1 振实密度（g/cc) = (B_A)/D 多孔材料的孔形状可以通过控制多孔材料的真密度和振实密度之间的比来调节。 通过控制多孔材料的孔形状，可以改善包括多孔材料的可再充电锂电池的输出特性。 例如，多孔材料的振实密度相对于真密度的比可以小于或等于1/4,例如，可以大 于或等于1/6且小于或等于1/4。当多孔材料具有被调节到上述范围中的任意一个范本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于可再充电锂电池的正极活性物质，所述正极活性物质包括多孔材料，所述多孔材料包括：初级颗粒；以及次级颗粒，包括多个初级颗粒的聚集体，多孔材料具有大于或等于0.3g/cc且小于1.0g/cc的振实密度。

【技术特征摘要】
2013.07.19 US 61/856,503;2013.12.11 US 14/103,0461. 一种用于可再充电锂电池的正极活性物质，所述正极活性物质包括多孔材料，所述 多孔材料包括： 初级颗粒；以及 次级颗粒，包括多个初级颗粒的聚集体， 多孔材料具有大于或等于0. 3g/cc且小于1. Og/cc的振实密度。2. 如权利要求1所述的正极活性物质，其中，多孔材料的振实密度小于或等于多孔材 料的真密度的1/4。3. 如权利要求1所述的正极活性物质，其中，初级颗粒具有50nm到300nm的平均粒径 〇50。4. 如权利要求1所述的正极活性物质，其中，次级颗粒具有2 μ m到7 μ m的平均粒径 〇50。5. 如权利要求1所述的正极活性物质，其中，多孔材料的振实密度大于或等于多孔材 料的真密度的1/6并且小于或等于多孔材料的真密度的1/4。6. 如权利要求1所述的正极活性物质，其中，初级颗粒和次级颗粒各自包括从锂锰氧 化物、掺杂的锂锰氧化物、锂镍钴锰氧化物、掺杂的锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物和掺 杂的锂镍钴铝氧化物中选择的化合物。7. 如权利要求1所述的正极活性物质，其中，初级颗粒和次级颗粒各自包括由化学式1 到3中的一个化学式所表示的化合物： [化学式1] LiMn2_xM1x04 其中，]?1是]\%、恥、〇&、51'、11、六1、(：〇、附、卩6、〇1、51、511或它们的组合，且0彡叉〈2， [化学式2] LiNiaCobMncM2d04 其中，Μ2 是 Mg、Na、Ca、Sr、Ti、Al、Fe、Cu、Si、Sn 或它们的组合，0〈a〈l，0〈b〈l，0〈c〈l， 0 < d〈 1,且 a+b+c+d = 1, [化学式3] LiNieCofAlgM3h04 其中，M3 是 Mg、Na、Ca、Sr、Ti、Μη、Fe、Cu、Si、Sn 或它们的组合，0...

【专利技术属性】
技术研发人员：石田澄人，安正佑，金荣奇，郑镇万，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR