用于硫化物类全固态电池的正极活性材料制造技术

本发明专利技术涉及一种用于全固态电池的正极活性材料，其中所述正极活性材料具有以下结构：包含具有特定尺寸的金属硫化物颗粒的壳吸附在包含锂金属氧化物的芯的表面上，由此减少了正极活性材料和固体电解质之间可能产生的裂纹和它们之间的反应性，因此具有提高锂离子迁移率和能够实现高充放电容量的优点。移率和能够实现高充放电容量的优点。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于硫化物类全固态电池的正极活性材料


[0001]本专利技术涉及一种用于硫化物类全固态电池的正极活性材料。
[0002]本申请要求基于2021年9月27日的韩国专利申请10
‑
2021
‑
0127344号的优先权，并且将该韩国专利申请公布的全部内容并入本说明书，作为本说明书的一部分。

技术介绍

[0003]锂全固态电池是一种通过使用硫化物类固体电解质或氧化物类固体电解质并通过全固体材料氧化或还原锂离子而能够将化学能直接转换为电能的电池。特别是，由于诸如生态友好、安全和高能量密度存储容量等优点，可持续二次电池可以解决低能量密度、高成本和毒性的问题，这些问题是目前商用锂二次电池的局限性，因此对可持续二次电池的需求不断增加。
[0004]然而，全固态电池具有以下问题，例如，由于充放电反应过程中硫化物类固体电解质或氧化物类固体电解质与正极之间的界面副反应而导致的不可逆性；以及由于界面电阻和空间电荷层的形成所致的电极电荷不均匀分布而导致的电池容量的降低。此外，全固体材料本身的低离子电导率阻碍了作为下一代电池的锂全固态电池的商品化。
[0005]为了解决这些问题，已经研发了使用锂金属硫化物等作为介质的正极活性材料。然而，迄今为止研发的正极活性材料存在下述问题，尽管作为新型正极活性材料与氧化物类正极活性材料相比在容量方面充放电性能等大大增加，但充放电时的容量保持率显著低于目前的氧化物类正极活性材料或负极活性材料。
[0006]此外，尽管已经研发了一种技术，其中用金属氧化物等表面处理正极活性材料以应用于全固态电池，但是其改善充放电性能的效果微乎其微，或者尽管具有改善充放电性能的效果但是局限在于由于所要使用的原料的成本高而不适合商品化。
[0007][相关技术文献][0008][专利文献][0009]韩国专利注册10
‑
1582394号

技术实现思路

[0010][技术问题][0011]因此，本专利技术的目的是提供一种用于硫化物类全固态电池的正极活性材料，其中通过预防可以在正极活性材料和固体电解质之间产生的裂纹或它们之间引发的副反应而提高了锂离子的迁移率。
[0012][技术方案][0013]为解决上述问题，
[0014]在一个实施方式中，本专利技术提供了一种用于全固态电池的正极活性材料，包括：
[0015]包含以下化学式1所示的锂金属氧化物的芯；和
[0016]吸附在所述芯的表面上的包含金属硫化物(M2S)颗粒的壳，
[0017]该金属硫化物颗粒的平均粒径为0.1nm至40nm，
[0018][化学式1][0019]Li
x
[Ni
y
Co
z
Mn
w
M
1v
]O
u
[0020]其中，
[0021]M1是选自以下组中的一种或多种元素：W、Cu、Fe、V、Cr、Ti、Zr、Zn、Al、In、Ta、Y、La、Sr、Ga、Sc、Gd、Sm、Ca、Ce、Nb、Mg、B和Mo，和
[0022]x、y、z、w、v和u分别为1.0≤x≤1.30、0.1≤y<0.95、0.01<z≤0.5、0.01<w≤0.5、0≤v≤0.2、1.5≤u≤4.5。
[0023]在这种情况下，金属硫化物(M2S)颗粒可以包括含有Zn、Mn、Cu、Cr、Zr、Al或Ti的单一金属硫化物。
[0024]举例来说，金属硫化物(M2S)颗粒可以是硫化锌(ZnS)颗粒。
[0025]此外，基于正极活性材料的总重量，金属硫化物颗粒的含量可以为0.1至2重量％。
[0026]此外，正极活性材料的平均粒径可以为0.5μm至10μm。
[0027]此外，包含金属硫化物颗粒的壳可以吸附在芯的总面积的60％以上的面积上。
[0028]此外，在一个实施方式中，本专利技术提供了一种制造用于全固态电池的正极活性材料的方法，包括：
[0029]制备包含以下化学式1所示的锂金属氧化物和金属硫化物(M2S)颗粒的混合物；和
[0030]对所述混合物进行热处理；
[0031]金属硫化物颗粒的平均粒径为0.1nm至40nm，
[0032][化学式1][0033]Li
x
[Ni
y
Co
z
Mn
w
M
1v
]O
u
[0034]其中，
[0035]M1是选自以下组中的一种或多种元素：W、Cu、Fe、V、Cr、Ti、Zr、Zn、Al、In、Ta、Y、La、Sr、Ga、Sc、Gd、Sm、Ca、Ce、Nb、Mg、B和Mo，和
[0036]x、y、z、w、v和u分别为1.0≤x≤1.30、0.1≤y<0.95、0.01<z≤0.5、0.01<w≤0.5、0≤v≤0.2、1.5≤u≤4.5。
[0037]在这种情况下，在制备混合物的步骤中，基于锂金属氧化物的总重量，该混合物可以包含0.1至2重量％的金属硫化物。
[0038]此外，热处理可以在300℃至500℃下进行，且可以在存在氮气和氩气中的一种以上惰性气体的情况下进行。
[0039]此外，在一个实施方式中，本专利技术提供了一种全固态锂二次电池，其包括：
[0040]包含本专利技术的上述正极活性材料的正极；
[0041]负极；和
[0042]设置在正极和负极之间的硫化物类固体电解质。
[0043]所述硫化物类固体电解质可以包括选自以下组中的一种或多种：Li2S
‑
SiS2、LiI
‑
Li2S
‑
SiS2、LiI
‑
Li2S
‑
P2S5、LiI
‑
Li2S
‑
B2S3、Li3PO4‑
Li2S
‑
Si2S、Li3PO4‑
Li2S
‑
SiS2、LiPO4‑
Li2S
‑
SiS、LiI
‑
Li2S
‑
P2O5、LiI
‑
Li3PO4‑
P2S5和Li2S
‑
P2S5。
[0044][有益效果][0045]本专利技术的用于全固态电池的正极活性材料具有以下结构：其中包含具有特定尺寸
的金属硫化物颗粒的壳吸附在包含锂金属氧化物的芯的表面上，因此优点在于减少了正极活性材料和固体电解质之间可能产生的裂纹或它们之间的反应性，因此提高了锂离子的迁移率，并且可以实现高充放电容量。
具体实施方式
[0046]因为本专利技术可以具有各种变化且具有各种实施方式，因此将在详细描述中详述具体实施方式。
[0047]然而，其目的不在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于全固态电池的正极活性材料，所述正极活性材料包括：包含以下化学式1所示的锂金属氧化物的芯；和吸附在所述芯的表面上的包含金属硫化物(M2S)颗粒的壳，其中，所述金属硫化物颗粒的平均粒径为0.1nm至40nm：[化学式1]Li
x
[Ni
y
Co
z
Mn
w
M
1v
]O
u
其中，M1是选自以下组中的一种或多种元素：W、Cu、Fe、V、Cr、Ti、Zr、Zn、Al、In、Ta、Y、La、Sr、Ga、Sc、Gd、Sm、Ca、Ce、Nb、Mg、B和Mo，并且x、y、z、w、v和u分别为1.0≤x≤1.30、0.1≤y<0.95、0.01<z≤0.5、0.01<w≤0.5、0≤v≤0.2、1.5≤u≤4.5。2.如权利要求1所述的用于全固态电池的正极活性材料，其中，所述金属硫化物颗粒包括含有Zn、Mn、Cu、Cr、Zr、Al或Ti的单一金属硫化物。3.如权利要求1所述的用于全固态电池的正极活性材料，其中，所述金属硫化物颗粒是硫化锌(ZnS)颗粒。4.如权利要求1所述的用于全固态电池的正极活性材料，其中，基于所述正极活性材料的总重量，所述金属硫化物颗粒的含量为0.1重量％至2重量％。5.如权利要求1所述的用于全固态电池的正极活性材料，其中，所述正极活性材料的平均粒径为0.5μm至10μm。6.如权利要求1所述的用于全固态电池的正极活性材料，其中，所述包含金属硫化物颗粒的壳吸附在所述芯的总面积的60％以上的面积上。7.一种制造用于全固态电池的正极活性材料的方法，所述方法包括：制备包含以下化学式1所示的锂金属氧化物和金属硫化物(M2S)颗粒的混合物；和对所述混合物进行热处理；其中，所述金属硫化物颗粒的平均粒径为0.1nm至40nm，[化学式1]Li
x
[Ni
y
Co
z

【专利技术属性】
技术研发人员：李大珍，金志映，河会珍，崔洛永，
申请(专利权)人：株式会社LG新能源，
类型：发明
国别省市：