用于锂离子电池的复合阴极活性物质、其制备方法及包括包含其的阴极的锂离子电池技术

公开了：一种用于锂离子电池的包括包覆膜的复合阴极活性物质，所述复合阴极活性物质包括基于过渡金属的总含量具有50mol％至100mol％的镍含量的富镍的锂镍基化合物以及形成在富镍的锂镍基化合物的表面上的稀土金属氢氧化物；一种所述复合阴极活性物质的制造方法；以及一种锂离子电池，所述锂离子电池包括阴极，所述阴极包括所述复合阴极活性物质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于锂离子电池的复合阴极活性物质、其制备方法及包括包含其的阴极的锂离子电池
本公开涉及一种用于锂离子电池的复合阴极(cathode)活性物质、一种该复合阴极活性物质的制备方法以及一种包括包含该复合阴极活性物质的阴极的锂离子电池。
技术介绍
具有高电压和高能量密度的锂离子电池已经用于各种应用中。例如，在用于电动车辆(混合动力电动车辆(HEV)和插电式混合动力电动车辆(PHEV))领域的情况，锂离子电池需要在高温下操作，储存和释放大量的电，并且长时间使用。因此，锂离子电池需要具有高放电容量和改善的寿命特性。在阴极活性物质之中，LiCoO2由于改善的寿命特性和高的充电和放电效率而被最广泛地使用。然而，LiCoO2具有低容量并且由于用作LiCoO2的原料的钴储量有限而是昂贵的，因此LiCoO2作为在电动车辆等中所使用的大中型电池的动力源而大量使用在价格竞争力方面具有局限性。诸如LiMnO2和LiMn2O4的锂锰氧化物由于用作原料的锰储量丰富而是便宜的，是环保的，并且具有改善的热稳定性。然而，锂锰具有诸如低容量、差的高温特性和差的循环特性的问题。为了克服这些缺点，对作为阴极活性物质的富镍阴极活性物质的需求增加。然而，虽然富镍阴极活性物质具有高容量，但是还会存在诸如由于高含量的未反应的锂和由与电解质溶液的反应导致的气体产生而导致的膨胀现象的问题，尽管对其需求增加。尽管通常引入水清洗工艺以去除未反应的锂，但是在水清洗工艺期间阴极活性物质的表面被破坏，导致诸如容量降低、高倍率特性劣化和在高温储存期间电阻增加的另一问题。
技术实现思路
技术问题提供一种具有减少的残留的锂的含量的用于锂离子电池的复合阴极活性物质及其制备方法。提供一种包括包含该复合阴极活性物质的阴极并且具有改善的寿命特性和改善的高温储存特性的锂离子电池。技术方案根据本公开的一方面，一种用于锂离子电池的复合阴极活性物质包括：富镍的锂镍基化合物，基于过渡金属的总含量具有50mol％至100mol％的镍含量；以及包覆膜，包括稀土金属氢氧化物并且设置在富镍的锂镍基化合物的表面上。复合阴极活性物质的比表面积可以为1.2m2/g至1.8m2/g。根据本公开的另一方面，一种制备用于锂离子电池的复合阴极活性物质的方法包括：通过在氧化气氛中对作为基于过渡金属的总含量具有50mol％至100mol％的镍含量的富镍的锂镍基化合物的前驱物的过渡金属氢氧化物和锂前驱物进行热处理来制备富镍的锂镍基化合物；通过将包括含稀土金属的盐和水的清洗液添加到富镍的锂镍基化合物并且搅拌混合物来执行清洗工艺；以及干燥经过清洗工艺的所得产物。根据本公开的另一方面，一种锂离子电池，包括包含上面描述的复合阴极活性物质的阴极。有益效果根据实施例的复合阴极活性物质具有减少的残留的锂的含量和增加的比表面积，因此可以通过使用包括该复合阴极活性物质的阴极来制造具有高容量、长寿命和改善的高温储存特性的锂离子电池。附图说明图1是根据实施例的锂二次电池的示意图。图2a至图2c分别示出了根据示例1制备的复合阴极活性物质和根据对比示例1和对比示例2制备的阴极活性物质的扫描电子显微镜分析结果。图3a是根据示例1制备的复合阴极活性物质的透射电子显微镜(TEM)图像。图3b是图3a的正方形区域的放大图。图4示出了根据制造示例1至制造示例4以及对比制造示例1和对比制造示例2制备的锂离子电池的充电和放电特性。具体实施方式在下文中，将详细描述根据本公开的示例性实施例的用于锂离子电池的复合阴极活性物质、该复合阴极活性物质的制备方法以及包括包含该复合阴极活性物质的阴极的锂离子电池。根据实施例的复合阴极活性物质包括基于过渡金属的总含量具有50mol％至100mol％的镍含量的锂镍基化合物，以及包括稀土金属氢氧化物并设置在锂镍基化合物的表面上的包覆膜。根据实施例的复合阴极活性物质具有1.2m2/g至1.8m2/g的比表面积，该复合阴极活性物质的比表面积高于本领域中常用的阴极活性物质的比表面积。通常的富镍阴极活性物质具有高容量和改善的高倍率特性并且便宜。然而，循环特性和稳定性由于表面上的诸如氢氧化锂和碳酸锂的残留的锂而劣化，因此需要对其进行改善。已知水清洗工艺用于除去残留在阴极活性物质表面上的锂。然而，在进行如上面描述的水清洗工艺的情况下，水清洗的阴极活性物质的表面因为从其除去残留的锂而过度暴露，并且与电解质溶液的接触面积增加，导致包括使用该阴极活性物质的阴极的锂离子电池的容量的降低、寿命特性的劣化、阴极活性物质的表面电阻的增加以及高温储存特性的降低。因此，本专利技术人提供了一种复合阴极活性物质，该复合阴极活性物质包括设置在阴极活性物质的表面上的稀土金属氢氧化物包覆膜，同时，通过在清洗工艺期间使用包括含稀土金属的盐和水的清洗液并且干燥清洗的阴极活性物质来使由水清洗工艺所导致的阴极活性物质的变化最小化，从而解决上面提到的问题。复合阴极活性物质的比表面积为例如1.3m2/g至1.6m2/g，例如，1.357m2/g至1.563m2/g。通过使用这样的复合阴极活性物质，可以制造具有改善的电化学性质和改善的高温储存特性的锂离子电池。稀土金属氢氧化物的示例可以包括但不限于选自氢氧化钇、氢氧化铈、氢氧化镧、氢氧化铕、氢氧化钆、氢氧化钪和氢氧化铽中的至少一种。在清洗液中，含稀土金属的盐的含量为0.1M至1.0M，例如，0.2M至0.5M。当含稀土金属的盐的含量在上述范围内时，可以在适当的范围内调节复合阴极活性物质的比表面积，因此可以通过使用该复合阴极活性物质来制造具有改善的电化学性质和改善的高温储存特性的锂离子电池。基于100重量份的锂镍基化合物，稀土金属氢氧化物的含量可以为0.14重量份至1.4重量份，例如，0.29重量份至0.71重量份。当稀土金属氢氧化物的含量在上述范围内时，可以制造具有改善的电化学性质和改善的高温储存特性的锂离子电池。具有50mol％至100mol％的镍含量的富镍的锂镍基化合物可以是由下面的式1表示的化合物。式1LixNiyM1-yO2在式1中，0.9≤x≤1.2，0.5≤y<1.0，并且M包括选自钴(Co)、锰(Mn)和铝(Al)中的至少一种。式1的化合物是例如由下面的式2表示的化合物或由下面的式3表示的化合物。式2LixNiyCozMn1-y-zO2在式2中，1≤x≤1.2，0.5≤y<1，0≤z≤0.5，并且0≤1-y-z≤0.5。式3LixNiyCozAl1-y-zO2在式3中，1≤x≤1.2，0.5≤y≤1.0，并且0≤z≤0.5。基于复合阴极活性物质的总含量，复合阴极活性物质中残留的锂的含量低至0.15wt％或更少，例如，0.11wt％至0.13wt％。例如，富镍的锂镍基化合物可以为LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.6Co0.3Mn0.1O2、LiNi0.7Co0.15Mn0.15O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、LiNi0.88Co0.1Al0.02O2、LiNi0.84Co0.15Al0.01O2或者它们的任何混合物。在根据实施例的复合阴极活性物质中，包括稀土金属氢氧化物的包覆膜的厚度为500nm或更小(例如，50nm至200nm)。当本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于锂离子电池的复合阴极活性物质，所述复合阴极活性物质包括：富镍的锂镍基化合物，基于过渡金属的总含量具有50mol％至100mol％的镍含量；以及包覆膜，包括稀土金属氢氧化物并且设置在富镍的锂镍基化合物的表面上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.26 KR 10-2016-01095411.一种用于锂离子电池的复合阴极活性物质，所述复合阴极活性物质包括：富镍的锂镍基化合物，基于过渡金属的总含量具有50mol％至100mol％的镍含量；以及包覆膜，包括稀土金属氢氧化物并且设置在富镍的锂镍基化合物的表面上。2.根据权利要求1所述的复合阴极活性物质，其中，复合阴极活性物质的比表面积为1.2m2/g至1.8m2/g。3.根据权利要求1所述的复合阴极活性物质，其中，稀土金属氢氧化物包括选自氢氧化钇、氢氧化铈、氢氧化镧、氢氧化铕、氢氧化钆、氢氧化钪和氢氧化铽中的至少一种。4.根据权利要求1所述的复合阴极活性物质，其中，基于100重量份的富镍的锂镍基化合物，稀土金属氢氧化物的含量在0.14重量份至1.4重量份的范围内。5.根据权利要求1所述的复合阴极活性物质，其中，富镍的锂镍基化合物是由下面的式1表示的化合物：式1LixNiyM1-yO2其中，在式1中，0.9≤x≤1.2，0.5≤y<1.0，并且M包括选自钴(Co)、锰(Mn)和铝(Al)中的至少一种。6.根据权利要求5所述的复合阴极活性物质，其中，式1的化合物是由下面的式2表示的化合物或由下面的式3表示的化合物：式2LixNiyCozMn1-y-zO2在式2中，1≤x≤1.2，0.5≤y<1，0≤z≤0.5，并且0≤1-y-z≤0.5；式3Lix...

【专利技术属性】
技术研发人员：李在镐，权善英，金起贤，宋有美，赵广焕，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR