用于电池的活性物质及其制备方法技术

一种具有表面处理层的用于电池的活性物质，该表面处理层包括导电剂和至少一种选自下列的含有涂层元素的化合物：含有涂层元素的氢氧化物，含有涂层元素的羟基氧化物，含有涂层元素的羟基碳酸盐，含有涂层元素的羟基碳酸盐以及它们的混合物。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，特别是用于具有优良电化学特性和热稳定性的电池的活性物质及其制备方法。相关技术的描述由于最近手提电子产品趋向于更紧凑和更轻便，非常需要发展高性能并大容量的电池来为这种手提电子产品提供电力。特别是，在提供具有良好的安全性而且价格低的电池方面研究广泛。通常电池可分为只能用一次用完后即扔掉的一次电池和可充电地多次使用的二次电池。一次电池包括锰电池，碱性电池，汞电池和氧化银电池等。二次电池包括铅酸蓄电池，Ni-MH(镍金属氢化物)电池，镍-镉电池，锂金属电池，锂离子电池，锂聚合物电池和锂-硫电池等。锂离子二次电池使用充放电反应期间能够可逆地嵌入或放出锂离子的物质作为正极和负极的活性物质，并且在分别带有正极和负极活性物质的正极与负极之间具有有机电解液或聚合物电解液。这些电池产生电能的原因是活性材料在正负电极上进行的锂离子嵌入和释放反应期间的化学势的变化。影响电池容量，循环寿命，功率，安全性和可靠性等性能特性的因素包括参与正负电极电化学反应的活性物质的电化学性能和热稳定性。因此，有关寻求改进正负电极活性物质的电化学性能和热稳定性的研究正在进行。在可作为负极活性物质的活性物质中，因为锂金属有高的电位质量的电容量和较高的电负性，所以锂金属既可供给高的电池容量又可供给高的电压。但是，由于利用锂金属难以确保电池的安全性，所以在锂二次电池中广泛使用能够嵌入或放出锂离子的含碳物质作为负极活性物质。通过使用含碳的物质可使电池的性能，特别是循环寿命和安全性，较锂金属电池得到重大的改进。为进一步提高负极的性能，可在含碳的物质中掺入硼等添加剂，特别是涂布该添加剂。例如，涂布硼的石墨(BOC)可以改进含碳物质的性能。经常使用复合表达式的锂化合物作为二次锂电池的正电极活性物质。其典型例子包括LiCoO2，LiMn2O4，LiNiO2，LiNi1-xCoxO2(0＜x＜1)，LiMnO2以及这些化合物的混合物。锰基正电极活性物质如LiMn2O4或LiMnO2等较容易制备，比其它材料便宜，且对环境有益。但是，锰基材料具有容量较低的缺点。另一方面，与其它材料相比，LiCoO2具有相对好的循环寿命和较高的比能量。目前，市场上销售的锂离子电池使用LiCoO2作为正电极活性材料的最多。但是，该材料较贵。虽然仍需要改进LiCoO2在高速率下的充放电循环稳定性，但LiCoO2仍为目前可获得的正电极活性物质中最稳定的化合物之一。在上述的所有正电极活性物质中，LiNiO2具有最高的放电容量，但是该化合物很难合成并且最不稳定。在这些化合物中，由于其总体性能，特别是循环寿命优于其它化合物，所以LiCoO2是电池工业中最乐于接受的。因此，尽管比较昂贵，但是大多数市场上可得到的锂二次电池仍使用LiCoO2作为正极活性物质。目前电池工业正在大力开发进一步改进的活性物质，不仅要改进总体性能，而且有可能的化，还要降低成本。在先的开发之一包括使用其它较便宜的金属部分地代替LiCoO2中昂贵的Co。例如，索尼(Sony)公司通过往LiCoO2中掺入大约1至5％重量的Al2O3来制备LixCo1-yMyO2。A&TB(Asahi & Toshiba电池有限公司)通过用Sn部分地代替LiCoO2中的Co，制备了Sn掺杂的钴基活性物质。另一种方法是使用涂料涂布锂氧化合物。美国专利US 5292601建议使用LixMO2(其中M为至少一种选自Co，Ni和Mn的元素；x为0.5至1)作为LiCoO2的改进选择。美国专利US 5705291提供了一种方法，其中将包含硼酸盐，铝酸盐，硅酸盐或其混合物的组合物涂布在锂化嵌入化合物的表面上。日本专利特开Hei 9-55210公开了用Co，Al和Mn的醇盐涂布锂镍基氧化物，并进行热处理以制备涂布的正极活性物质的方法。日本专利特开Hei11-16566公开了用另一种金属和/或其氧化物涂布锂金属氧化物。该另一种金属包括Ti，Sn，Bi，Cu，Si，Ga，W，Zr，B和Mo。日本专利特开Hei11-185758公开了通过共沉淀法将金属氧化物涂布在锂锰氧化物的表面并对其进行热处理，以制备正极活性物质的方法。上述说明阐述了锂二次电池的正极活性物质以及相关的开发实例。近来，由于更紧凑和更轻便的电子产品的需要，必须改进各种电池包括锂离子电池的活性物质，以便确保良好的电池性能，安全性和可靠性。工业上已经花费大量的人力物力开发改进正极活性物质的性能和热稳定性，以保证在各种使用条件下，包括许多误用条件下，电池具有改进的性能，安全性和可靠性。 专利技术概述为解决上述及其它的问题，本专利技术的一个目的是为具有良好的电化学特性如容量，循环寿命，放电电压，功率和其它类似的电化学特性的电池提供正极活性材料。本专利技术的另一个目的是提供一种制备活性物质方法，该方法具有良好生产率和经济的制备工艺。本专利技术的第三个目的是提供具有高能量密度的电极。本专利技术的第四个目的是提供具有高电池性能和安全性的电池。本专利技术其它的目的和优点将在以下的说明书中阐述，这些目的和优点可以部分地从说明书中显而易见，也可以部分地通过本专利技术的实践来了解。为达到上述和其它目的，本专利技术的实施方案提供一种用于电池的活性物质，其中该具有表面处理层的活性物质包括导电剂和至少一种选自下列的化合物含有涂层元素的氢氧化物，含有涂层元素的羟基氧化物，含有涂层元素的羟基碳酸盐，含有涂层元素的羟基碳酸盐以及它们的混合物。本专利技术的另一实施方案是一种制备电池活性物质的方法，该方法包括将导电剂和涂层元素源加到选自水，有机溶剂及其混合物的溶剂中，以制备涂布液；将活性物质加到涂布液中，以涂布该活性物质；以及干燥所涂布的活性物质，以形成表面处理层，该表面处理层包括导电剂和至少一种选自下列的化合物含有涂层元素的氢氧化物，含有涂层元素的羟基氧化物，含有涂层元素的羟基碳酸盐，含有涂层元素的羟基碳酸盐以及它们的混合物。本专利技术的第三实施方案提供一种具有高能量密度的电极，该电极包括涂有涂层的活性物质，该涂层包括导电剂和至少一种选自下列的化合物含有涂层元素的氢氧化物，含有涂层元素的羟基氧化物，含有涂层元素的羟基碳酸盐，含有涂层元素的羟基碳酸盐以及它们的混合物。本专利技术的第四实施方案提供一种制备用于电池的具有高能量密度的电极的方法，该方法包括将粘合剂材料加到溶剂中制成含有粘合剂的溶液；加入涂有涂层的活性物质，以制备活性物质浆液，该涂层包括导电剂和至少一种选自下列的化合物含有涂层元素的氢氧化物，含有涂层元素的羟基氧化物，含有涂层元素的羟基碳酸盐，含有涂层元素的羟基碳酸盐以及它们的混合物；以及将活性物质浆液浇铸在集电体上，以制备电池的电极。 附图简述通过参考下面的详细描述同时考虑附图，对本专利技术更完整的了解和其许多伴随的优点将会很清楚同时更容易理解。在附图中附图说明图1A和1B是根据一般方法和本专利技术实施方案(一步涂布法)制备活性物质的工艺流程示意图2是在本专利技术的另一实施方案的涂布法中使用的装置的示意图3A和3B是根据常规方法和本专利技术的再一实施方案的电极制备工艺的示意图4A是根据常规方法制备的电极中活性物质和导电剂分布的示意图4B是根据本专利技术实施方案制备的活性物质的示意图5A和5B分别是对比例1和本专利技术实施例1的正极中的正极活性物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电池的活性物质，包括：进行可逆电化学氧化还原反应并具有一个表面的物质；位于该表面上的表面处理层，包括导电剂和至少一种选自下列的含有涂层元素的化合物：含有涂层元素的氢氧化物，含有涂层元素的羟基氧化物，含有涂层元素的氧基碳酸盐， 含有涂层元素的羟基碳酸盐以及它们的混合物。

【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源，尹壮浩，朴晸浚，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]