用于可充电锂电池的正极和包括其的可充电锂电池制造技术

正极包括集电体和正极活性材料层。正极活性材料层包含包括芯和表面处理层的正极活性材料，该芯包括化合物Ｌｉ↓［ａ］Ｃｏ↓［１－ｂ］Ｍ↓［ｂ］Ｏ↓［２］。在芯化合物中，０．９５≤ａ≤１．１，０．００２≤ｂ≤０．０２，Ｍ为选自Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｒｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｄｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｇ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｂｈ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｈｓ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ和Ｐｏ的一种或多种元素。表面处理层包括化合物，该化合物包括Ｐ和选自Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｒｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｄｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｇ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｂｈ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｈｓ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ和Ｐｏ的一种或多种元素。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于可充电锂电池的正极和包括其的可充电锂电池。更具体地，本专利技术涉及具有在高电压下的良好热安全性和循环寿命的用于可充电锂电池的正极。
技术介绍
作为用于小的便携式电子器件的电源，锂可充电电池最近已引起了注意。它使用有机电解质溶液因而具有的放电电压是使用碱性水溶液的电池的放电电压的两倍，因此具有高能量密度。对于可充电锂电池的正极活性材料，已研究了能够嵌入锂的锂-过渡元素复合氧化物，包括LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、LiNi1-xCoxO2(0＜x＜1)、LiMnO2。对于可充电锂电池的负极活性材料，已使用了多种碳基材料如人造和天然石墨以及硬碳，其都可嵌入和脱出锂离子。碳基材料的石墨增加电池的放电电压和能量密度，因为与锂相比，其具有-0.2V的低放电电位。使用石墨作为负极活性材料的电池具有3.6V的高平均放电电位和高能量密度。此外，在上述碳基材料中，石墨是广泛使用的，因为由于其突出的可逆性，石墨提供较好的电池循环寿命。但是，石墨活性材料具有低密度，因此当使用石墨作为负极活性材料时，在每单位体积的能量密度方面具有低容量。此外，当电池误用或过充电时，它涉及一些危险如爆炸或燃烧，因为石墨在高放电电压下可能与有机电解质反应。
技术实现思路
本专利技术的一个实施方式提供具有在高电压下的改善的循环寿命和热安全性的用于可充电锂电池的正极活性材料。 本专利技术的另一实施方式提供包括该正极活性材料的可充电锂电池。 本专利技术的实施方式提供正极活性材料，该正极活性材料包括包含下式1的化合物的核和配置在该核上的表面处理层。该表面处理层包括包含元素P以及选自Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Sc、Y、Ti、Zr、Hf、Rf、V、Nb、Ta、Db、Cr、Mo、W、Sg、Tc、Re、Bh、Fe、Ru、Os、Hs、Rh、Ir、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、B、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、As、Sb、Bi、S、Se、Te和Po的一种或多种元素的化合物。 LiaCo1-bMbO2(式1) 在式1中，0.95≤a≤1.1，0.002≤b≤0.02，M是选自Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Sc、Y、Ti、Zr、Hf、Rf、V、Nb、Ta、Db、Cr、Mo、W、Sg、Tc、Re、Bh、Fe、Ru、Os、Hs、Rh、Ir、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、B、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、As、Sb、Bi、S、Se、Te和Po的一种或多种元素。 基于式1的化合物中Co的重量，表面处理层的元素P的存在量为0.001-6重量％。根据一个实施方式，基于式1的化合物中Co的重量，表面处理层的元素P的存在量为0.005-4.883重量％。 根据一个实施方式，表面处理层包括元素P，且进一步包括选自Al、Mg、Zr、Ti、Ba、B、Si、Fe及其组合的一种或多种元素。 本专利技术的另一实施方式提供包括以上正极、负极和非水电解质的可充电锂电池，该负极包括能够嵌入和脱出锂离子的负极活性材料，该非水电解质包括非水有机溶剂和锂盐。该电池展现出4.2-4.5V的充电截止电压。 锂盐包括选自LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiClO4、LiC4F9SO3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、LiAlO2、LiAlCl4、其中p和q是自然数的LiN(CpF2p+1SO2)(CqF2q+1SO2)、LiSO3CF3、LiCl、LiI和LiB(C2O4)2的至少一种材料。 可以0.1-2.0M的浓度使用锂盐。 负极活性材料包括选自锂、能够与锂合金化的金属、能够通过与锂离子反应可逆地形成含锂化合物的材料和能够可逆地嵌入和脱出锂离子的材料的至少一种材料。 能够与锂合金化的金属包括选自Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Al和Sn的一种或多种。 能够通过与锂离子反应可逆地形成含锂化合物的材料包括选自氧化锡、氧化硅、硝酸钛和硅(Si)的一种或多种。 能够可逆地嵌入和脱出锂离子的材料包括碳基材料。 碳基材料可为无定形碳或结晶碳。 非水有机溶剂包括选自基于碳酸酯的溶剂、基于酯的溶剂、基于醚的溶剂、基于酮的溶剂、基于醇的溶剂和非质子溶剂的一种或多种。 根据本专利技术的另一实施方式，提供包括正极的可充电电池，该正极包括正极活性材料，该正极活性材料包括LiaCo1-bMbO2和表面处理材料，其中0.95≤a≤1.1，0.002≤b≤0.02，M为选自Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Sc、Y、Ti、Zr、Hf、Rf、V、Nb、Ta、Db、Cr、Mo、W、Sg、Tc、Re、Bh、Fe、Ru、Os、Hs、Rh、Ir、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、B、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、P、As、Sb、Bi、S、Se、Te和Po的一种或多种元素，其中该表面处理材料包括P且进一步包括选自Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Sc、Y、Ti、Zr、Hf、Rf、V、Nb、Ta、Db、Cr、Mo、W、Sg、Tc、Re、Bh、Fe、Ru、Os、Hs、Rh、Ir、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、B、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、As、Sb、Bi、S、Se、Te和Po的一种或多种元素。 该正极活性材料包括包含LiaCo1-bMbO2的颗粒，该颗粒的至少一部分具有约10μm-约20μm的直径。该表面处理材料涂覆在至少一个颗粒上，或者基本上包围所述颗粒的至少一个。 附图说明 图1是根据本专利技术一个实施方式的可充电锂电池的示意性横截面图。 具体实施例方式 近来，随着对高容量和高电压电池的需要增加，对于增加可充电锂电池的容量的研究已经进行。由于正极活性材料和电解质之间的副反应(其可导致燃烧或导致循环寿命特性显著恶化)，高电压可充电锂电池可具有恶化的安全性。 根据一个实施方式，正极包括可抑制与电解质溶液的副反应的正极活性材料，且可由此提供具有改善的热安全性和循环寿命特性的可充电锂电池。 正极包括集电体和配置在集电体上的正极活性材料层。该正极活性材料层包括正极活性材料，该正极活性材料包括芯和配置在芯上的表面处理层，该芯包括化合物。 芯化合物由如上所讨论的式1，LiaCo1-bMbO2表示。 在式1中，0.95≤a≤1.1，0.002≤b≤0.02，M是选自Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Sc、Y、Ti、Zr、Hf、Rf、V、Nb、Ta、Db、Cr、Mo、W、Sg、Tc、Re、Bh、Fe、Ru、Os、Hs、Rh、Ir、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、B、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、As、Sb、Bi、S、Se、Te和Po的一种或多种。根据一个实施方式，M是Mg。 在上式1的化合物中，掺杂元素M均匀地存在于整个芯化合物中。掺杂元素使活性材料的结构稳定，由此改善电池安全性和循环寿命特性。 基于Co与掺杂元素M的和，掺杂元素M的存在量为0.2-2摩尔％。根据一个实施方式，基于Co与掺杂元素M的和，掺杂元素M的存在量为0.3-1.9摩尔％。当掺杂元素M以小于0.2摩尔％存在时，安全性未充分改善，而当其以大于2摩尔％存在时，电池容量降低。 表面处理层包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
正极活性材料，该正极活性材料包括芯和配置在该芯上的表面处理层，该芯包括下式１的化合物，　　　　式１　　　　Ｌｉ↓［ａ］Ｃｏ↓［１－ｂ］Ｍ↓［ｂ］Ｏ↓［２］　　　　其中该表面处理层包括Ｐ，且进一步包括选自Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｒｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｄｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｇ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｂｈ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｈｓ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ和Ｐｏ的一种或多种元素，　　　　其中在式１中，０．９５≤ａ≤１．１，０．００２≤ｂ≤０．０２，Ｍ为选自Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ、Ｓｃ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｒｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｄｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｇ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｂｈ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｈｓ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ和Ｐｏ的一种或多种元素。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：黄德哲，朴容彻，金点洙，柳在律，李钟和，郑义永，许素贤，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]