正电极活性物质、其制备方法和包括其的可再充电的锂电池技术

提供了用于可再充电的锂电池的正电极活性物质、其制备方法和包括其的可再充电的锂电池，用于可再充电的锂电池的正电极活性物质包括锂镍类复合氧化物，其中，正电极活性物质包括：次级颗粒，在次级颗粒中聚集了多个初级颗粒，其中，初级颗粒的至少一部分径向布置；硼涂层，设置在次级颗粒的表面上并且包含锂硼酸盐；以及硼掺杂层，在暴露于次级颗粒的表面的初级颗粒内部。初级颗粒内部。初级颗粒内部。

【技术实现步骤摘要】
正电极活性物质、其制备方法和包括其的可再充电的锂电池


[0001]公开了用于可再充电的锂电池的正电极活性物质、其制备方法和包括其的可再充电的锂电池。

技术介绍

[0002]诸如移动电话、膝上型计算机和智能电话等的便携式信息装置或者电动车辆已经使用具有高能量密度和易携带性的可再充电的锂电池作为驱动电源。最近，已经积极地进行研究以使用具有高能量密度的可再充电的锂电池作为混合动力车辆或电动车辆的驱动电源或储能电源。
[0003]已经研究了各种正电极活性物质以实现应用于所述用途的可再充电的锂电池。在这些正电极活性物质之中，锂镍类氧化物、锂镍锰钴复合氧化物、锂镍钴铝复合氧化物和锂钴氧化物等主要用作正电极活性物质。然而，这些正电极活性物质在重复充电和放电期间会出现结构塌陷或破裂，并且因此出现使可再充电的锂电池的长期循环寿命劣化且增大电阻的问题，因此没有表现出令人满意的容量特性。相应地，需要开发确保长期循环寿命特性以及实现高容量和高能量密度的新型正电极活性物质。

技术实现思路

[0004]提供了用于可再充电的锂电池的正电极活性物质、其制备方法和包括其的可再充电的锂电池，该正电极活性物质在实现高容量的同时具有改善的循环寿命特性。
[0005]在实施方式中，用于可再充电的锂电池的正电极活性物质包括锂镍类复合氧化物，其中，正电极活性物质包括：次级颗粒，在次级颗粒中聚集了多个初级颗粒，其中，初级颗粒的至少一部分径向布置；硼涂层，设置在次级颗粒的表面上并且包含锂硼酸盐；以及硼掺杂层，在暴露于次级颗粒的表面的初级颗粒内部。
[0006]在另一实施方式中，制备用于可再充电的锂电池的正电极活性物质的方法包括混合镍类氢氧化物、锂原料和硼原料并且对所得物进行热处理。
[0007]在另一实施方式中，可再充电的锂电池包括包含上述的正电极活性物质的正电极、负电极、在正电极与负电极之间的隔膜以及电解质。
[0008]根据实施方式的用于可再充电的锂电池的正电极活性物质和包括正电极活性物质的可再充电的锂电池在实现高容量和高能量密度的同时可表现出优异的循环寿命特性。
附图说明
[0009]图1为示出板状初级颗粒的形状的示意图。
[0010]图2为用于解释次级颗粒中的径向的定义的视图。
[0011]图3为示出根据实施方式的次级颗粒的横截面结构的示意图。
[0012]图4为示意性示出根据实施方式的可再充电的锂电池的横截面图。
[0013]图5为实施例1中制备的正电极活性物质前体的横截面的扫描电子显微镜(SEM)图
像。
[0014]图6为实施例1中制备的正电极活性物质的横截面的SEM图像。
[0015]图7为实施例1的正电极活性物质中暴露于次级颗粒的表面的初级颗粒的透射电子显微镜(TEM)图像。
[0016]图8为图7中示出的从点1到点10总共10个点的TEM
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EELS(透射电子显微镜
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电子能量损失光谱)分析图。
[0017]图9为实施例1的正电极活性物质的表面的ToF
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SIMS分析图像。
[0018]图10为图9的ToF
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SIMS分析的质谱结果。
[0019]图11是示出通过ICP发射光谱测量的根据硼投入量的硼涂层(外部)和晶界硼涂覆部(内部)的硼含量的图。
[0020]图12是示出实施例1和比较例1～3的电池单体在高温下的初始充电/放电容量和50次循环容量保持率的图。
[0021]图13为示出实施例1和比较例1～3的电池单体在高温下的50次循环容量保持率的寿命特性图。
[0022]<附图标记说明>
[0023]11：次级颗粒
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12：次级颗粒的内部部分
[0024]13：初级颗粒
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14：次级颗粒的外部部分
[0025]100：可再充电的锂电池
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112：负电极
[0026]113：隔膜
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114：正电极
[0027]120：电池壳体
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140：密封构件
具体实施方式
[0028]在下文中，将详细地描述具体的实施方式，使得本领域普通技术人员可容易实施它们。然而，本公开可以以许多不同的形式体现并且不被解释为限于在此阐述的示例实施方式。
[0029]在此使用的术语仅用于描述实施方式，并且不旨在限制本专利技术。除非上下文另外清楚地指示，否则单数表达包括复数表达。
[0030]如在此使用的，“其组合”指成分的混合物、层压物、复合物、共聚物、合金、共混物和反应产物等。
[0031]在此，应理解，诸如“包含”、“包括”或“具有”的术语旨在表示存在所体现的特征、数量、步骤、元件或其组合，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数量、步骤、元件或其组合的可能性。
[0032]在附图中，为了清楚起见，放大层、膜、面板、区域等的厚度，并且在整个说明书中，同样的附图标记表示同样的的元件。将理解，当诸如层、膜、区域或基板的元件被称为“在”另一个元件“上”时，该元件可以直接在另一个元件上，或者也可以存在居间元件。相反，当元件被称为“直接在”另一个元件“上”时，不存在居间元件。
[0033]另外，当从平面图观看时，在此的“层”不仅包括在整个表面上形成的形状，而且包括在部分表面上形成的形状。
[0034]另外，平均粒径可通过本领域技术人员熟知的方法测量，例如可通过颗粒尺寸分
析仪测量，或可通过透射电子显微照片或扫描电子显微照片测量。可选地，可以通过使用动态光散射方法进行测量、进行数据分析、对每个颗粒尺寸范围的颗粒数进行计数并由此进行计算来获得平均粒径值。除非另外限定，否则平均粒径(D50)可意指在颗粒尺寸分布中累积体积为50体积％的颗粒的直径。
[0035]正电极活性物质
[0036]在实施方式中，用于可再充电的锂电池的正电极活性物质包括锂镍类复合氧化物，其中，正电极活性物质包括：次级颗粒，在次级颗粒中聚集了多个初级颗粒，其中，初级颗粒的至少一部分径向布置；硼涂层，设置在次级颗粒的表面上并且包含锂硼酸盐；以及硼掺杂层，在暴露于次级颗粒的表面的初级颗粒内部。
[0037]一般而言，在正电极活性物质上涂覆硼的常规方法通过下述来进行：首先制备锂金属复合氧化物，然后以湿法或干法将其与硼原料混合，并且对混合物进行热处理。然而，硼具有在正电极活性物质的表面上充当电阻并且因此反而使容量和循环寿命劣化的问题。相反，实施方式可提供次级颗粒型正电极活性物质，在该次级颗粒型正电极活性物质中通过向特定的正电极活性物质前体(诸如镍类氢氧化物等)添加锂原料和硼原料两者，并且然后在特定条件下对混合物进行热处理等来径向布置初级颗粒的至少本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于可再充电的锂电池的正电极活性物质，所述正电极活性物质包括锂镍类复合氧化物，其中，所述正电极活性物质包括：次级颗粒，在所述次级颗粒中聚集了多个初级颗粒，其中，所述初级颗粒的至少一部分径向布置；硼涂层，设置在所述次级颗粒的表面上并且包含锂硼酸盐；以及硼掺杂层，在暴露于所述次级颗粒的所述表面的所述初级颗粒内部。2.如权利要求1所述的用于可再充电的锂电池的正电极活性物质，其中，所述硼掺杂层设置在距暴露于所述次级颗粒的所述表面的所述初级颗粒的外表面10nm的深度范围内。3.如权利要求1所述的用于可再充电的锂电池的正电极活性物质，其中,所述硼掺杂层设置在距暴露于所述次级颗粒的所述表面的所述初级颗粒的外表面5nm的深度范围内。4.如权利要求1所述的用于可再充电的锂电池的正电极活性物质，其中，所述硼涂层的所述锂硼酸盐包括LiBO2、Li3B7O
12
、Li6B4O9、Li3B
11
O
18
、Li2B4O7、Li3BO3、Li8B6O
13
、Li5B3O7、Li4B2O5、Li
10
B4O
11
、Li8B2O7或其任何组合。5.如权利要求1所述的用于可再充电的锂电池的正电极活性物质，其中，基于所述正电极活性物质，所述硼涂层的所述锂硼酸盐的含量为0.02wt％～0.5wt％。6.如权利要求1所述的用于可再充电的锂电池的正电极活性物质，其中，所述正电极活性物质进一步包括晶界硼涂覆部，所述晶界硼涂覆部设置在所述次级颗粒内部的所述初级颗粒的表面上并且包括锂硼酸盐。7.如权利要求6所述的用于可再充电的锂电池的正电极活性物质，其中，所述硼涂层的重量大于所述晶界硼涂覆部的重量。8.如权利要求6所述的用于可再充电的锂电池的正电极活性物质，其中，所述硼涂层的重量至少为所述晶界硼涂覆部的重量的4倍。9.如权利要求6所述的用于可再充电的锂电池的正电极活性物质，其中，基于所述硼涂层和所述晶界硼涂覆部的总量，包括的所述硼涂层的量为70wt％～98wt％，并且包括的所述晶界硼涂覆部的量为2wt％～30wt％。10.如权利要求6所述的用于可再充电的锂电池的正电极活性物质，其中，基于所述正电极活性物质，所述硼涂层的含量为0.02wt％～0.5wt％，并且所述晶界硼涂覆部的含量为0.001wt％～0.05wt％。11.如权利要求1所述的用于可再充电的锂电池的正电极活性物质，其中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹弼相，金钟玟，金玄凡，朴商仁，李韩瑟，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：