制备用于锂二次电池的活性材料的方法技术

一种制备用于锂二次电池的正极活性材料的方法，包括：通过将涂层元素源加到有机溶剂中制备含涂层元素的有机悬浮液；将水加到悬浮液中制备涂布液；用该涂布液涂布正极活性材料；和干燥该涂布正极活性材料。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂二次电池活性材料的制备方法，更具体地，本专利技术涉及可加工性和制造生产率得以提高的锂二次电池活性材料的制备方法，以及一种比较经济的制备方法。
技术介绍
众所周知，目前市场上平均放电电压为3.7V的可再充电锂电池(即平均放电电压基本为4V的电池)是数字时代的基本元件。这种电池是便携式数字设备如移动电话、笔记本电脑、便携式摄录机等(即“3C”器件)不可缺少的能源。通常，可再充电锂电池使用来自或其中锂离子被脱出或插入的用作正极和负极活性材料的材料。对于电解质，使用锂盐或锂离子导电聚合物的有机溶液。可再充电锂电池通过在锂离子插入和脱出反应期间活性材料的化学势变化产生电能。影响电池性能特征如容量循环寿命、功率性能、安全性和可靠性的因素，包括在正和负极参见化学反应的活性材料的电化学性能。因此，存在为改进活性材料在正和负极的电化学性能而进行的不断研究。在已作为电池的负极活性材料的活性材料中，锂金属因其具有每单位质量的高电容量和相当高的电负性，因此同时产生高电池容量和电压。然而，由于使用锂金属难以确保电池的安全性，因此将能够插入和脱出锂离子的碳材料广泛用作锂二次电池中的负极活性材料。通过使用碳材料，电池的性能，特别是循环寿命和安全性相对于锂金属电池已显著改进。为进一步改进负极性能，已建议在含碳材料中加入添加剂(如硼)，特别是用添加剂涂布含碳材料。例如，用硼涂布的石墨可以改进碳材料的性能特征。复杂通式的锂金属化合物通常用作锂二次电池的正极活性材料。典型的例子包括LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、LiNi1-xO2和LiNi1-xCoxO2(0＜x＜1)、LiMnO2，和这些化合物的混合物。锰基正极活性材料如LiMn2O4或LiMnO2具有相当良好的安全性能、比其它材料低的成本和环境友好性能。然而，这些锰基材料具有相当低容量的缺点。另一方面，LiCoO2具有优于其它材料的很多技术优点，如相当良好的循环寿命和相当高的比能量。此化合物是目前最流行的可市购的锂离子电池的正极材料。然而，需要改进其在高速充放电时的热和循环稳定性，尽管它是目前可得的正极活性材料的最稳定的化合物。LiNiO2具有上述所有正极活性材料的最高可放电性能，但在上述化合物中是热稳定性最差的。LiCoO2较其他材料具有很多技术优点，如较好的循环寿命和较高的比能量。目前，该化合物是商品锂离子电池最常用的正极材料。具体地，在这些化合物中，LiCoO2是电池工业中最流行使用的，因为其整体性能特性，特别是循环寿命优于其它化合物。因此，大多数可市购的锂电池使用LiCoO2作为正极活性材料，尽管其费用相当高。但是，尽管其为目前可以得到的正极活性材料中最稳定的一种，仍需要提高其在高速循环下的热稳定性和循环稳定性。为开发总体性能进一步改进的活性材料并尽可能降低成本，在工业中正进行大量研究。在以前改进正极活性材料的尝试中，另一方法是将LiCoO2中的部分Co用其它金属如Al和Sn取代。Sony公司通过将约1至5％重量的Al掺杂入LiCoO2中制备LixCo1-yMy42，而A & TB(Asahi & Toshiba Battery Co.)通过用Sn取代LiCoO2中的部分Co制备Sn掺杂Co-基活性材料。另一方法是用涂料涂布锂化化合物。在US 5,292,601中，建议LiMO2(其中M为选自Co、Ni和Mn的至少一种元素；x为0.5至1)作为LiCoO2的一种改进替换材料。US 5,705,291提出一种方法，其中将包括硼酸盐、铝酸盐、硅酸盐或其混合物的组合物涂于锂化插入化合物的表面上。日本专利特开平9-55210公开了将锂镍基氧化物用Co、Al和Mn的醇盐涂布，接着热处理，由此制备涂布的正极活性材料。日本专利特开平11-16566公开用另一金属和/或氧化物涂布的金属锂氧化物。日本专利特开平11-185758公开了通过使用共沉淀法用金属氧化物涂布锂镁氧化物表面、接着对其进行热处置，由此制备正极活性材料。最近，随着对更紧凑和轻质的便携式电子装置的需求增大，对具有可确保良好的电池性能、安全性能和可靠性的改进活性材料的电池，包括锂离子电池的需求也增加了。更多的研究和开发尝试集中在对正极活性材料的性能和热稳定性的改进，以确保在各种使用条件下，包括很多滥用条件下电池的性能、安全性能和可靠性。
技术实现思路
为解决上述及其它问题，表面的一个目的是提供一种制备用于锂二次电池的具有良好电化学特性如循环寿命、放电电压、功率性能等的正极活性材料的方法。本专利技术的另一目的是提供一种制备具有改进的工作性能和制造生产率的活性材料的方法，该活性材料可以经济的制备方法生产。本专利技术的另一些目的和优点部分在下面的描述中给出，部分将由下面的描述显而易见，或可通过实施本专利技术学到。为完成这些和其它目的，本专利技术的实施方案提供一种制备用于锂二次电池的方法，包括通过将涂层元素源加到有机溶剂中制备含涂层元素的有机悬浮液；将水加到悬浮液中制备涂布液；用该涂布液涂布正极活性材料；和干燥该涂布正极活性材料。本专利技术的另一实施方案还提供一种按照上述方法制备的具有改进电化学性能的正极活性材料。附图说明本专利技术的更完整的理解和其很多附属优点通过参考下面与附图结合的更详细描述同样变得显而易见。图1是说明按照常规方法和本专利技术实施方案中使用的方法(一步涂布法)的活性材料的生产方法；图2是说明用于本专利技术另一实施方案的涂布方法中的装置的示意图；图3说明锂二次电池的横截面图；图4A至4D分别是本专利技术实施例6和7、参考例2和对比例1的正极活性材料的扫描电镜(SEM)照片； 图5给出通过分别干燥参考例1、实施例2、实施例3的涂布液制备的粉末(A)、(B)、(C)以及通过干燥包括异丙醇铝粉末和水溶剂的水悬浮液制备的粉末(D)的照片；图6给出(a)市售异丙醇铝粉末，(b)按照参考例1的涂布液的干燥粉末，(c)按照实施例2的涂布液的干燥粉末，(d)按照实施例3的涂布液的干燥粉末，(e)包括异丙醇铝和水溶剂的水悬浮液的干燥粉末和(f)市售Al(OH)3粉末的X-射线衍射峰；图7A和7B为显示分别按照参考例2和实施例2的淋盘中所含的正极活性材料浆料的干燥状态的照片；图8为显示分别按照比较例1、参考例2、及本专利技术实施例1和2的电池在0.1C速率下的充放电特性；图9为显示分别按照比较例1、参考例2、及本专利技术实施例1和2的电池在1C速率下的充放电特性；和图10为显示分别按照比较例1、参考例2、及本专利技术实施例2的电池的循环寿命特性。具体实施例方式下面将更详细地涉及本专利技术的优选实施方案、在附图中说明的例子和具体实施例，其中相同的参考标号在整个说明书中表示相同的元素。下面为解释本专利技术，参考附图和具体实施例描述实施方案。本专利技术人已递交专利申请流水号为09/897,445的美国专利申请(其公开引入本文作为参考)，其中活性材料以金属氢氧化物的表面处理层涂布。该活性材料通过涂布包括金属化合物的有机或水悬浮液而涂布在活性材料上，同时通过干燥所涂布的活性材料来改进正极活性材料的电化学性能和热稳定性能。如果适当，按照本专利技术方法制备的正极活性材料在循环寿命、放电电压和功率容量等方面优于根据流水号为09/897,445的美国本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备用于锂二次电池的正极活性材料的方法，该方法包括：通过将涂层元素源加到有机溶剂中制备含涂层元素的有机悬浮液；将水加到该悬浮液中制备涂布液；用该涂布液涂布正极活性材料；和干燥所涂布的正极活性材料。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：权镐真，徐晙源，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]