复合正极活性物质及其制备方法、正极和锂二次电池技术

提供了一种复合正极活性物质、包括该复合正极活性物质的正极和锂电池以及制备该复合正极活性物质的方法，该复合正极活性物质包括：核，包括锂过渡金属氧化物；以及壳，沿着核的表面布置，其中，壳包括由M

【技术实现步骤摘要】
复合正极活性物质及其制备方法、正极和锂二次电池
[0001]本申请以于2021年11月26日在韩国知识产权局提交的第10
‑
2021
‑
0166116号韩国专利申请为基础并要求其优先权，该韩国专利申请的公开内容通过引用全部包含于此。


[0002]一个或更多个实施例涉及复合正极活性物质、包括该复合正极活性物质的正极和锂电池以及制备该复合正极活性物质的方法。

技术介绍

[0003]为了各种装置的小型化和高性能，除了小尺寸和轻重量特性之外，锂电池的高能量密度正在变得更加重要。换言之，高容量锂电池正在变得重要。
[0004]为了实现适合于上述用途的锂电池，正在考虑具有高容量的正极活性物质。
[0005]现有技术的正极活性物质由于副反应而具有降低的寿命特性和差的热稳定性。
[0006]因此，需要一种在包括正极活性物质的同时能够防止电池性能的劣化的方法。

技术实现思路

[0007]一个或更多个实施例包括一种新型复合正极活性物质，该新型复合正极活性物质能够抑制复合正极活性物质的副反应并改善电极反应的可逆性以防止锂电池的性能劣化。
[0008]一个或更多个实施例包括一种包括该复合正极活性物质的正极。
[0009]一个或更多个实施例包括一种提供包括该正极的锂电池的方法。
[0010]一个或更多个实施例包括一种制备该复合正极活性物质的方法。
[0011]另外的方面将部分地在以下描述中阐述，并且部分地将通过描述而明显，或者可以通过实践公开的所呈现的实施例来获知。
[0012]根据一个或更多个实施例，提供了一种复合正极活性物质，该复合正极活性物质包括：核，包括锂过渡金属氧化物；以及壳，布置于核的表面并且与核的表面共形，其中，壳包括：由M
a
O
b
(其中，0<a≤3，0<b<4，并且当a为1、2或3时，b不是整数)表示的至少一种第一金属氧化物；第一碳基材料；以及第二碳基材料，所述至少一种第一金属氧化物布置在第一碳基材料的基质中，并且M是从元素周期表的2族至13族、15族和16族中选择的至少一种金属，并且第二碳基材料包括具有大于或等于10的长径比的纤维状碳。
[0013]根据一个或更多个实施例的另一方面，提供了一种包括复合正极活性物质的正极。
[0014]根据一个或更多个实施例的另一方面，提供了一种包括正极的锂电池。
[0015]根据一个或更多个实施例的另一方面，提供了一种制备复合正极活性物质的方法，该方法包括：提供锂过渡金属氧化物；提供复合物；提供第二碳基材料；以及对锂过渡金属氧化物、复合物和第二碳基材料进行机械研磨，其中，复合物包括由M
a
O
b
(其中，0<a≤3，0<b<4，并且当a为1、2或3时，b不是整数)表示的至少一种第一金属氧化物；以及第一碳基材料，
[0016]所述至少一种第一金属氧化物布置在第一碳基材料的基质中，并且M是从元素周期表的2族至13族、15族和16族中选择的至少一种金属，并且第二碳基材料包括具有大于或等于10的长径比的纤维状碳。
附图说明
[0017]通过以下结合附图进行的描述，公开的某些实施例的上述和其它方面、特征及优点将更加明显，在附图中：
[0018]图1是根据实施例的复合正极活性物质的示意性剖视图；
[0019]图2是示例1中使用的复合正极活性物质的表面的扫描电子显微镜图像；
[0020]图3示出了针对对比示例1中制备的裸NCA91、制备示例1中制备的复合物和示例1中制备的复合正极活性物质的X射线光电子能谱(XPS)图像；
[0021]图4示出了针对制备示例1中制备的复合物和示例1中制备的复合正极活性物质的拉曼光谱图像；
[0022]图5是根据实施例的锂电池的示意图；
[0023]图6是根据实施例的锂电池的示意图；并且
[0024]图7是根据实施例的锂电池的示意图。
具体实施方式
[0025]现在将详细参照实施例，在附图中示出了实施例的示例，在附图中同样的附图标记始终表示同样的元件。在这方面，给出的实施例可以具有不同的形式，并且不应被解释为限于这里阐述的描述。因此，下面仅通过参照附图来描述实施例，以解释本描述的各方面。如这里所使用的，术语“和/或”包括相关所列项中的一个或更多个的任何组合和所有组合。诸如
“……
中的至少一个(种/者)”的表述在一列元件之后时修饰整列元件，而不修饰该列中的单个元件。
[0026]由于本专利技术构思允许各种改变和许多实施例，因此将在附图中示出并在书面描述中详细描述具体实施例。然而，这并不旨在将本专利技术构思限制于具体的实践模式，并且将理解的是，不脱离本专利技术构思的精神和技术范围的所有改变、等同物和替代物都包含在本专利技术构思中。
[0027]本说明书中使用的术语仅用于描述具体实施例，而不旨在限制本专利技术构思。以单数使用的表述涵盖复数的表述，除非其在上下文中具有明显不同的含义。在本说明书中，将理解的是，诸如“包括”、“具有”等的术语旨在表示存在说明书中公开的特征、数量、步骤、动作、组件、部分、成分、材料或其组合，而不旨在排除可以存在或可以添加一个或更多个其它特征、数量、步骤、动作、组件、部分、成分、材料或其组合的可能性。如这里所使用的，“/”可以根据上下文被解释为表示“和”或“或”。
[0028]在附图中，为了清楚起见，夸大或缩小了层和区域的厚度。附图和说明书中的同样的附图标记表示同样的元件。在本说明书中，将理解的是，当元件(例如，层、膜、区域或基底)被称为“在”另一元件“上”或“上方”时，该元件可以直接在所述另一元件上，或者也可以存在居间层。虽然可以使用诸如“第一”、“第二”等的术语来描述各种组件，但是这些组件不必限于上述术语。上述术语仅用于将一个组件与另一组件区分开。
[0029]如这里所使用的术语“粒径”指当颗粒为球形时颗粒的平均直径，并且指当颗粒为非球形时颗粒的平均长轴长度。可以使用粒度分析仪(PSA)来测量颗粒的粒径。颗粒的“粒径”可以是平均粒径。平均粒径可以是例如中值粒径(D50)。中值粒径D50指：在颗粒以从最小到最大的粒度的顺序累积的粒度的累积分布曲线中，与从具有最小粒度的颗粒计算的50％的累积值对应的颗粒的尺寸。累积值可以是例如累积体积。中值粒径D50可以例如通过激光衍射测量。
[0030]在下文中，根据示例实施例，将进一步详细描述复合正极活性物质、包括该复合正极活性物质的正极和锂电池以及制备该复合正极活性物质的方法。
[0031]一方面提供了一种复合正极活性物质，该复合正极活性物质包括：核，包括锂过渡金属氧化物；以及壳，布置于核的表面并且与核的表面共形，其中，壳包括：至少一种第一金属氧化物，由M
a
O
b
表示(其中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合正极活性物质，所述复合正极活性物质包括：核，包括锂过渡金属氧化物；以及壳，布置于所述核的表面并且与所述核的所述表面共形，所述壳包括：至少一种第一金属氧化物，由式M
a
O
b
表示，其中，0<a≤3，0<b<4，当a为1、2或3时，b不是整数；第一碳基材料；以及第二碳基材料，所述至少一种第一金属氧化物布置在所述第一碳基材料的基质中，并且M是从元素周期表的2族至13族、15族和16族中选择的至少一种金属，并且所述第二碳基材料包括具有大于或等于10的长径比的纤维状碳。2.根据权利要求1所述的复合正极活性物质，其中，所述第二碳基材料包括碳纳米纤维、碳纳米管或它们的组合。3.根据权利要求2所述的复合正极活性物质，其中，所述碳纳米管包括初级碳纳米管结构、次级碳纳米管结构或它们的组合，所述次级碳纳米管结构通过使多个初级碳纳米管结构的颗粒成团而形成，并且所述初级碳纳米管结构是一个碳纳米管单元。4.根据权利要求3所述的复合正极活性物质，其中，所述初级碳纳米管结构包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管或它们的组合。5.根据权利要求3所述的复合正极活性物质，其中，所述初级碳纳米管结构具有在1nm至20nm的范围内的直径和在100nm至2μm的范围内的长度。6.根据权利要求3所述的复合正极活性物质，其中，所述次级碳纳米管结构是束型碳纳米管、绳型碳纳米管或它们的组合。7.根据权利要求3所述的复合正极活性物质，其中，所述次级碳纳米管结构具有在2nm至50nm的范围内的直径和在500nm至1000μm的范围内的长度。8.根据权利要求2所述的复合正极活性物质，其中，基于所述第一碳基材料和所述第二碳基材料的总重量，所述第二碳基材料的量在0.1wt％至50wt％的范围内，基于所述复合正极活性物质的总重量，所述第二碳基材料的所述量在0.001wt％至5wt％的范围内，并且所述第二碳基材料设置在所述复合正极活性物质的表面上。9.根据权利要求1所述的复合正极活性物质，其中，包括在所述第一金属氧化物中的第一金属包括从Al、Nb、Mg、Sc、Ti、Zr、V、W、Mn、Fe、Co、Pd、Cu、Ag、Zn、Sb和Se中选择的至少一种，并且所述第一金属氧化物是从以下物质中选择的至少一种：Al2O
z
，其中，0<z<3；NbO
x
，其中，0<x<2.5；MgO
x
，其中，0<x<1；Sc2O
z
，其中，0<z<3；TiO
y
，其中，0<y<2；ZrO
y
，其中，0<y<2；V2O
z
，其中，0<z<3；WO
y
，其中，0<y<2；MnO
y
，其中，0<y<2；Fe2O
z
，其中，0<z<3；Co3O
w
，其中，0<w<4；PdO
x
，其中，0<x<1；CuO
x
，其中，0<x<1；AgO
x
，其中，0<x<1；ZnO
x
，其中，0<x<1；Sb2O
z
，其中，0<z<3；以及SeO
y
，其中，0<y<2。10.根据权利要求1所述的复合正极活性物质，其中，所述壳还包括由式M
a
O
c
表示的第二金属氧化物，其中，0<a≤3，0<c≤4，当a是1、2或3时，c是整数，所述第二金属氧化物包括与所述第一金属氧化物的金属相同的金属，并且所述第二金属氧化物中的c与a的比率c/a大于所述第一金属氧化物中的b与a的比率b/
a。11.根据权利要求10所述的复合正极活性物质，其中，所述第二金属氧化物选自Al2O3、NbO、NbO2、Nb2O5、MgO、Sc2O3、TiO2、ZrO2、V2O3、WO2、MnO2、Fe2O3、Co3O4、PdO、CuO、AgO、ZnO、Sb2O3和SeO2，并且所述第一金属氧化物是所述第二金属氧化物的还原产物。12.根据权利要求11所述的复合正极活性物质，其中，所述第一金属氧化物和所述第二金属氧化物中的至少一种的粒径在1nm至100nm的范围内。13.根据权利要求10所述的复合正极活性物质，其中，所述壳包括在从所述第一金属氧化物和所述第二金属氧化物中的至少一种的表面突出的方向上设置的所述第一碳基材料，并且所述壳具有在1nm至5μm的范围内的厚度。14.根据权利要求1所述的复合正极活性物质，其中，所述壳包括从复合物和所述复...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙寅赫，马相国，安德烈，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：