本发明专利技术提供一种复合阴极活性物质，其大直径活性物质与小直径活性物质的平均粒径D50之比为6∶1至100∶1。该复合阴极活性物质包含大直径活性物质和小直径活性物质。而且可以通过以均匀的粒径比和均匀的重量比混合这些活性物质来提高装填密度。另外，还可以通过包含高稳定材料和高导电材料实现改进的容积密度、放电容量及高速放电容量等。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种阴极活性物质及其制备方法，以及包含该活性物质的阴极和锂电池。更具体地，本专利技术涉及具有高容积密度的阴极活性物质及其制备方法，以及包含该活性物质并具有高电压稳定性、热稳定性和高速放电特性的阴极和锂电池。
技术介绍
与常规的镍镉二次电池等相比，锂二次电池具有高电压和高容量。具体地，如果使用包括LiCo02、LiNi02、LiMn204的锂过渡金属复合氧化物作为阴极活性物质，并使用包括诸如石墨和碳纤维等碳的阳极活性物质作为阳极，则可以获得4V或更大的高电压和高容量。 而且，由于锂二次电池没有有害的影响如短路，所以广泛地用作移动电子设备如移动电话、 笔记本电脑、数码相机等的电源。然而，移动设备被制得越来越轻越来越小，且同时实现各种功能。而且，由于移动设备需要在低温和高温下使用，所以需要更高的电容量、充/放电特性和稳定性。因此，采用规则形状的LiCoA粉末作为阴极活性物质的常规锂电池不能满足上述电池特性。因而， 出现了各种各样的现有技术，以满足本领域中的需求。例如，已经提出涂布阴极活性物质的方法。然而，由于该方法致使工艺变得复杂， 所以难于实际应用。因此，提出了提高活性物质颗粒的装填密度(packing density)的方法。日本专利申请待审公开2000-082466公开一种阴极活性物质，其锂钴复合氧化物颗粒的平均粒径为0. 1 50 μ m，且在颗粒分布中存在两个峰。韩国专利申请待审公开 2002-0057825公开一种阴极活性物质，其是通过混合平均粒径7 25 μ m的阴极活性物质与平均粒径2 6 μ m的阴极活性物质而得到的。日本专利申请待审公开2004-119218公开一种阴极活性物质，其是通过混合平均粒径7 20 μ m的阴极活性物质与平均粒径为前述平均粒径的10 30%的阴极活性物质而得到的。现有技术使用这样的阴极活性物质，即两种具有不同平均粒径的阴极活性物质混合在一起的阴极活性物质，或者平均粒径的最大值为2或更大的阴极活性物质。使用这些活性物质的目的是通过更紧密地装填阴极活性物质来提高电池容量。然而，利用现有技术的阴极活性物质制备的阴极的容积密度为3.4g/cm3或更小。而且，仅采用这样的阴极，对所需的锂电池特性如高电压稳定性、热稳定性和高速放电特性的改进也是有限的。因而，仍然需要获得这样的复合阴极活性物质，其能够通过更适当地混合两种阴极活性物质，提高容积密度，并且能够提供具有改进的高电压稳定性、热稳定性和高速放电特性的锂电池。
技术实现思路
本专利技术提供一种复合阴极活性物质，其具有改进的高电压稳定性、热稳定性和高速放电特性。此外，本专利技术还提供包含所述复合阴极活性物质的阴极和锂电池。根据本专利技术的一方面，提供一种复合阴极活性物质，其包含至少一种选自式1和2 的化合物的大直径活性物质，及至少一种选自式2、3、4的化合物和碳基材料的小直径活性物质，且其大直径活性物质与小直径活性物质的平均直径D50之比为6 1至100 1，式1LixCOl_yMy02_aXa式2LixCOl_y_zNiyMz02_aXa式3LixMn2_yMy04_aXa式 4LixCo2_A04_aXa式中0. 90彡χ彡1. 1，0彡y彡0. 9，0彡ζ彡0. 5，0彡α彡2，M为选自Al、Ni、 Mn、Cr、Fe、Mg、Sr、V或稀土元素中的至少一种元素，及X为选自0、F、S和P的元素。大直径活性物质与小直径活性物质的平均直径D50之比可以为6 1至20 1。大直径活性物质与小直径活性物质的重量比可以为60 40至90 10。大直径活性物质与小直径活性物质的重量比可以为70 30至80 20。大直径活性物质与小直径活性物质的摩尔比可以为(60/Mwl 40/Mw2)至(90/ Mwl 10/Mw2)，其中Mwl为大直径活性物质的分子量，Mw2为小直径活性物质的分子量，及Wl 和W2为0之外的整数。大直径活性物质与小直径活性物质的摩尔比为(70/Mwl 30/Mw2)至(80/Mwl 20/ Mw2)，其中Mwl为大直径活性物质的分子量，Mw2为小直径活性物质的分子量，及Wl和W2为0 以外的整数。碳基材料可以为选自石墨、硬碳、碳黑、碳纤维和碳纳米管(CNT)中的至少一种。大直径活性物质和小直径活性物质的压实密度(press density)可分别为2. 5 4. Og/cm3 禾口 1. 0 4. Og/cm3。大直径活性物质的平均粒径D50可以为1 25 μ m。小直径活性物质的平均粒径D50可以为0. 05 5 μ m。根据本专利技术的另一方面，提供一种包含所述复合阴极活性物质的阴极和包含该阴极的锂电池。附图说明通过参照附图详述其示例性实施方案，本专利技术的上述及其它特征和优点将会更加清楚，在附图中图1是两种平均粒径不同的颗粒，依粒径比而定的密度分数的理论值的曲线图2是两种平均粒径不同的颗粒，依混合比而定的装填密度的变化的近似图；及图3是利用差示扫描量热计测定实施例8和对比例4的阴极的结果的曲线图。具体实施例方式下文中将参照附图更全面地说明本专利技术，其中给出了本专利技术的优选实施方案。然而，本专利技术可以很多不同的形式实施，不应理解成本专利技术仅限于本文中所述的实施方案。相反，提供这些实施方案的目的是为了是本公开更详尽和完整，并全面地向本领域的技术人员传达本专利技术的范围。在整个说明书中相同的数字始终代表相同的要素。现将详述本专利技术。本专利技术的复合阴极活性物质包含大直径阴极活性物质和小直径阴极活性物质。具体地，由于该复合阴极活性物质包含一定粒径比和一定重量比的阴极活性物质，所以，与包含活性物质的常规阴极活性物质相比，该复合阴极活性物质可以提高容积密度。而且，由于使用高稳定和高导电材料作为小直径活性物质，所以可以制得具有高电压稳定性、热稳定性和高速放电特性等的阴极和锂电池。提高锂电池阴极电容量的方法之一是优化同类型粉末或不同类型粉末的分布。例如，当装填均勻粉末时，在颗粒之间产生均勻的空隙。因而，对于硬球形颗粒而言，无论装填类型如何，理论装填比例都不可能超过64%，而且容积密度不可能超过3. 2g/cm3。结果，优化受到限制。因此，为了更密集地装填颗粒，可以优选使用两种具有不同粒径的颗粒，并用小直径颗粒填充大直径颗粒之间的空隙。这种情况下，颗粒的尺寸比是重要的。就本专利技术而言，可以根据平均粒径彼此不同的颗粒的粒径比计算密度分数 (fractional density)。为了计算，可以假设颗粒为硬球形的各向同性颗粒，其形状在装填中不改变。而且，计算(模拟)是利用本领域中公知的方法进行的。如给出计算结果的图1所示，当粒径比为1时，密度分数为约0. 6。然而，随着粒径比的增加，密度分数也增加并达到0. 8。然后，当粒径比为7或更大时，出现分数密度值趋于 0. 85的图形。当粒径比为7时，在三个大直径颗粒之间产生的三角型孔隙尺寸恰好被一个小直径颗粒所填充。因此，当粒径比为7或更大时，由于大直径颗粒之间产生的空隙可以被小直径颗粒所填充，因而可以有效地利用空间并获得优异的密度分数。因而，对于本专利技术的复合阴极活性物质，选自下面式1和2的化合物的大直径活性物质与选自下面式2、3、4的化合物和碳基材料的小直径活性物质的平均直径D本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种复合阴极活性物质，其包含至少一种选自下面式１和２的化合物的大直径活性物质，及至少一种选自式３和４的化合物的小直径活性物质，而且其大直径活性物质与小直径活性物质的平均直径Ｄ５０之比为６∶１至２０∶１，其中所述大直径活性物质与所述小直径活性物质的重量比为６０∶４０至９０∶１０，式１ＬｉｘＣｏ１－ｙＭｙＯ２－αＸα式２ＬｉｘＣｏ１－ｙ－ｚＮｉｙＭｚＯ２－αＸα式３ＬｉｘＭｎ２－ｙＭｙＯ４－αＸα式４ＬｉｘＣｏ２－ｙＭｙＯ４－αＸα式中０．９０≤ｘ≤１．１，０≤ｙ≤０．９，０≤ｚ≤０．５，０≤α≤２，Ｍ为选自Ａｌ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｖ或稀土元素中的至少一种，及Ｘ为选自Ｏ、Ｆ、Ｓ和Ｐ的元素，其中选自式１和２的化合物的大直径活性物质具有高容量，选自式３、４的化合物的小直径活性物质在４．２Ｖ或更高电压下对锂金属结构稳定和热稳定。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：崔荣敏，金庚镐，金圭成，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：KR
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