本发明专利技术公开了一种用于锂蓄电池的阴极活性材料，制备该材料的方法，以及包含该材料的锂蓄电池。该用于锂蓄电池阴极活性材料包括通过多个锂金属氧化物原生粒子凝集形成的锂金属氧化物次生粒子芯；通过用多个钛酸钡粒子和多个金属氧化物粒子涂覆次生粒子芯的表面而形成的第一壳体；以及通过用多个橄榄石型磷酸铁锂粒子和多个导电材料粒子涂覆第一壳体表面形成的第二壳体。该用于锂蓄电池阴极活性材料能够制造具有优良热稳定性、耐高温性和过充电安全性的锂蓄电池。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于锂蓄电池的阴极活性材料、用于制备该材料的方法以及包括 其的锂蓄电池。更特别地，本专利技术涉及一种用于锂离子聚合物电池的阴极活性材料以及用 于制备该材料的方法，该电池具有改善的安全性、尤其是热稳定性、耐高温性和对过充电的 安全性。
技术介绍
随着电子、通讯和电脑工业的快速发展，便携式电子通信设备如摄像放像机、移动 电话、笔记本电脑等已经得到显著发展。因此，作为用于驱动这些便携式电子通信设备的电 源，对锂蓄电池的需求与日增加。特别地，在电动车辆、不间断电源、马达工具或人造卫星的 应用中，作为环境友好电源的锂蓄电池的研究和发展在包括日本、欧洲和美国的国家的内 外部被热烈地开展。随着锂蓄电池商业化的展开，在大容量和安全性领域对锂蓄电池进行 研究。通常，锂钴氧化物(LiCoO2)主要用作用于锂蓄电池的阴极活性材料，然而，目前 也使用其它层状阴极活性材料，例如锂镍氧化物(Li (Ni-Co-Al)O2)、锂复合金属氧化物 (Li(Ni-Co-Mn)O2)等。此外，低成本、高安全的尖晶石型锂锰氧化物(LiMn2O4)和橄榄石型 磷酸铁锂化合物(LiFePO4)也受到关注。然而，使用锂钴氧化物、锂镍氧化物或锂复合金属氧化物的锂蓄电池具有优良的 基本电池性能，但无足够的安全性，特别是热稳定性和过充电性能。为了解决该问题，已 经引入了各种安全机构例如隔板的关闭功能、电解质的添加剂、安全设备如保护电路或 PTC(正温度系数)设备，然而，所述的机构在阴极活性物质的填充性不太高的情况下进行 设计。因此，当增加阴极活性材料的填充性以满足高容量需求的时候，会引起所述安全机构 运行的不够，劣化安全性的。而且，使用尖晶石型锂锰氧化物的锂蓄电池曾经应用到移动电话上，但是该电池 并不能满足追求高端功能的移动电话市场的高能量密度的需求，因此，没有机会证明它们 的低成本和高安全性的优点。近年来，尖晶石型锂锰氧化物作为锂蓄电池的阴极活性材料 得到关注。然而，尖晶石型锂锰氧化物因其低的电容而不能满足高能量密度的需求。橄榄石型磷酸铁锂化合物的优点在于低成本和高的安全性，但由于其极低的电导 率而难以期待有优良的电池性能，因其低的平均工作电压而不能满足大容量的需求。因此，为了解决上述问题已经进行了各种研究，但到目前还没有提出有效的解决 办法。例如，日本专利早期公开号2001-143705公开了一种阴极活性材料，其中混合了 锂钴氧化物和锂锰氧化物。然而，该现有技术仅仅涉及混合有具有优良安全性的锂锰氧化 物，并显示了改善不足的安全性。此外，日本专利早期公开号2002-143708提出一种包含不同成分的双层锂镍复合氧化物，然而，该现有技术由于不同成分的双层锂镍复合氧化物而在过充电后基本上不能 显示出足够的安全性改善。日本专利早期公开号2007-012441公开了一种电池，该电池包括具有至少两层阴 极活性材料以改善过充电性能的阴极，并建议使用橄榄石型磷酸铁锂氧化物或尖晶石型锂 锰氧化物作为与阴极电流集电极相邻的阴极活性材料层。虽然期望过充电性能的改善，但 是由于难以形成厚度低于平均粒度的氧化层，氧化层厚度约几微米(μπι)。此外，该现有技 术的阴极活性材料不含有导电材料或导电添加剂，因此被认为高电流放电性能不足。同时，日本专利早期公开号2006-192 建议用锂钴锆氧化物对锂镍氧化物的次 生颗粒表面涂覆以改善锂镍氧化物的安全性不足。然而，由于通过湿法涂覆工艺来对锂镍 氧化物的次生颗粒进行锂钴锆氧化物的表面涂覆，因而显著改善安全性，但生产率受限制。因此，迫切的需求具有高安全性、以及优良的电池性能的阴极活性材料以及具有 优良生产率的阴极活性材料的制备方法。
技术实现思路
技术问题因此，本专利技术的目的之一在于提供一种阴极活性材料以及具有优良重复性和生产 率的该阴极活性材料的制备方法，该阴极活性材料能够显著改善安全性、特别是热稳定性、 耐高温性和过充电性能，同时不会劣化基本电池性能。技术手段为了达到该目的，用于锂蓄电池的阴极活性材料包括通过许多锂金属氧化物原生 粒子凝集形成的锂金属氧化物次生粒子芯；通过用多个钛酸钡粒子和多个金属氧化物粒子 涂覆次生粒子芯表面形成的第一壳体；以及通过用多个橄榄石型磷酸铁锂粒子和多个导电 材料粒子涂覆第一壳体表面形成的第二壳体。具体来说，阴极活性材料具有包含钛酸钡粒子和金属氧化物粒子的第一壳体，从 而可改善热稳定性和耐高温性，同时便于保持电性能。更具体来说，包含钛酸钡和金属氧化 物的第一壳体防止芯和电解质之间的接触以抑制电解质副反应引起的热生成，因此改善了 热稳定性和耐高温性。特别地，钛酸钡在约125°C附近改变其晶体结构并增加了电阻。本发 明人向阴极活性材料中引入具有这些性能的钛酸钡，并发现阴极活性材料的热稳定性得以 改善。此外，第一壳体的金属氧化物可根据其类型改善阴极活性材料的各种性能。此外，本专利技术的阴极活性材料在第一壳体的表面上具有包括橄榄石型磷酸铁锂粒 子和导电材料粒子的第二壳体，因此能改善过充电安全性和放电性能。如上所述，本专利技术的阴极活性材料具有第一壳体和第二壳体的双涂层结构。本发 明人发现该特征并不妨碍各壳体的性能改善效果，而是获得显著的协同效果。此外，为了达到目的，一种用于锂蓄电池的阴极活性材料的制备方法，包括(Si) 通过烧结金属氢氧化物和锂盐形成锂金属氧化物次生粒子芯，其中多个锂金属氧化物原生 粒子凝集；(S》通过用多个钛酸钡粒子和多个金属氧化物粒子干法涂覆芯的表面在芯的 外部形成第一壳体并对其进行热处理；以及(s;3)通过用多个橄榄石型磷酸铁锂粒子和多 个导电材料粒子干法涂覆第一壳体的表面形成第二壳体并对其进行热处理。根据本专利技术的用于锂蓄电池阴极活性材料的制备方法，使用干法涂覆工艺进行优良生产率的有效涂覆，改善阴极活性材料的粉末性能，因此改善阴极活性材料制成的阴极 的电性能。根据本专利技术的用于锂蓄电池的阴极活性材料可用于锂蓄电池的阴极和包括该阴 极的锂蓄电池。附图说明结合附图，将在以下详细说明中对本专利技术的优选实施方式的这些和其他特征、方 面和优点进行更完全地描述。图1是根据本专利技术的实施例1的阴极活性材料的SEM像(a 芯阴极活性材料，b 第一阴极活性材料，c:第二阴极活性材料)；图2是根据本专利技术的实施例1的阴极活性材料的颗粒绘制SEM像(a 图像映射， b ；Fe映射，c ；Ti映射，d =C映射)；图3是实施例1和比较实施例5的阴极活性材料粉的粒度分布图示。 具体实施例方式下文将参照附图对本专利技术进行详细说明。说明之前，应该理解的是，说明书和附加 权利要求中使用的术语不应该解释限制于通常的词典含义，而是应该根据使得专利技术人更好 地解释来定义的原则根据对应于本专利技术的技术方面的含义和概念来加以解释。首先，金属氢氧化物和锂盐烧结形成锂金属氧化物次生粒子芯，其中锂金属氧化 物粒子进行凝集(Si)。可用于本专利技术中的锂金属氧化物可包括但不限制于除橄榄石型磷酸铁锂氧化物 外的全部氧化物，只要它可用作现有技术中锂蓄电池用的阴极活性材料即可。例如，锂金属 氧化物可以是选自以下组中的任何一种，该组包括=LiCoO2, Li (NiaCobAlc) O2 (0 <a< 1,0 < b < 1,0本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于锂蓄电池的阴极活性材料，包括： 通过多个锂金属氧化物原生粒子凝集形成的锂金属氧化物次生粒子芯； 通过用多个钛酸钡粒子和多个金属氧化物粒子涂覆次生粒子芯的表面而形成的第一壳体； 以及通过用多个橄榄石型磷酸铁锂粒子和多个导电材料粒子涂覆第一壳体表面形成的第二壳体。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.08.28 KR 10-2009-00806631.一种用于锂蓄电池的阴极活性材料，包括通过多个锂金属氧化物原生粒子凝集形成的锂金属氧化物次生粒子芯；通过用多个钛酸钡粒子和多个金属氧化物粒子涂覆次生粒子芯的表面而形成的第一 壳体；以及通过用多个橄榄石型磷酸铁锂粒子和多个导电材料粒子涂覆第一壳体表面形成 的第二壳体。2.根据权利要求1所述的用于锂蓄电池的阴极活性材料，其特征在于，所述芯的锂金 属氧化物为选自以下组中的任何一种LiCo02、Li(NiaCobAlc)O2 (O < a < 1,0 < b < 1,0 < c < 1，a+b+c = 1)、Li (NiaCobMnc) O2 (0 < a < 1,0 < b < 1,0 < c < 1, a+b+c = 1)、 Li (LixNiaCobMnc) O2 (O <x<0.5，0<a<l，0<b<l，0<c< 1，a+b+c = 1)禾 Π LiMn2O4, 或者它们的混合物。3.根据权利要求1所述的用于锂蓄电池的阴极活性材料，其特征在于，所述第一壳体 的金属氧化物是选自以下组中的任何一种氧化...
【专利技术属性】
技术研发人员：金成培，金佑成，宋绮燮，洪智俊，高成泰，许允祯，
申请(专利权)人：大井EM株式会社，科卡姆有限公司，
类型：发明
国别省市：KR
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