正极活性材料、其制备方法及包括其的可充电锂电池技术

本发明专利技术公开了一种可充电锂电池的正极活性材料，该正极活性材料包括孔隙，孔隙具有大约10nm至大约60nm的平均直径，该正极活性材料的孔隙率为大约0.5％至大约20％。本发明专利技术还公开了一种制备该正极活性材料的方法及一种包括该正极活性材料的可充电锂电池。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及一种可充电锂电池的正极活性材料、一种制备该正极活性材料的方法以及一种包括该正极活性材料的可充电锂电池。
技术介绍
锂可充电电池近来作为小型便携式电子装置的电源而受到关注。锂可充电电池使用有机电解质溶液，因而其放电电压为使用碱性水溶液的传统电池的放电电压的两倍，因此，锂可充电电池具有高能量密度。通过将电解质注入到电池单体中来制造可充电锂电池。电池单体包括正极，包括能够嵌入/脱嵌锂离子的正极活性材料；负极，包括能够嵌入/脱嵌锂离子的负极活性材料。对于正极活性材料，广泛地使用LiCo02。然而，由于钴(Co)是稀有金属，所以制造 LiCoO2的成本高，此外，难以确保Co的稳定供应。因此，已经研究了包含Ni (镍)或Mn(锰) 的正极活性材料。包含Ni的正极活性材料可提供高容量和高电压的电池。然而，Ni正极活性材料的结构不稳定，因此容量减小。此外，由于与电解质溶液反应，所以Ni正极活性材料的热稳定性差。
技术实现思路
本公开的一方面提供一种部分地由于通过提高颗粒强度来防止破碎而具有良好的热稳定性的正极活性材料。本公开的另一方面提供一种制备该正极活性材料的方法。本公开的又一方面提供一种包括该正极活性材料的高容量可充电锂电池。根据本专利技术的实施例，一种可充电锂电池的正极活性材料包括孔隙，所述孔隙具有大约IOnm至大约60nm的平均直径，正极活性材料的孔隙率为大约0. 5%至大约20%。所述孔隙可具有大约20nm至大约40nm的平均直径。正极活性材料可包括由下面的化学式1表示的锂金属氧化物。例如，正极活性材料可包括由下面的化学式2或化学式3表示的锂金属氧化物。化学式1LiaNixCoyMnzMkO2在化学式1中，M从Al、Mg、Ti、^ 及它们的组合中选择，0.95≤a≤1. 2， 0. 45 ≤χ ≤0. 65,0. 15 ≤y ≤0. 25,0. 15 < z ≤0. 35,0 ≤k ≤0. 1，且 x+y+z+k = 1。化学式2LiaNixCoyMnzO2在化学式2 中，0. 95 ≤a ≤1. 10,0. 55 ≤χ ≤0. 65,0. 15 ≤y ≤0. 25,0. 15< z≤0. 25，且 x+y+z = 1。化学式3LiaNixCoyMnzO2在化学式3 中，0. 95 彡 a 彡 1. 10,0. 45 彡 χ 彡 0. 55,0. 15 ^ y ^ 0. 25,0. 25< ζ 彡 0. 35，且 x+y+z = 1。根据本公开的另一方面，一种制备可充电锂电池的正极活性材料的方法包括通过将氢氧化铵(NH4OH)和氢氧化钠(NaOH)中至少一种与镍(Ni)源材料、钴(Co)源材料和锰(Mn)源材料共沉淀来制备沉淀物；将沉淀物与锂源材料混合以获得混合物；以及在大约 800°C至大约950°C对混合物热处理大约8小时至大约10小时，以提供包括孔隙的正极活性材料，所述孔隙的平均直径为大约IOnm至大约60nm，正极活性材料的孔隙率为大约0. 5% 至大约20%。正极活性材料可包括由化学式1表示的锂金属氧化物。可以在大约800°C至大约900°C执行热处理。可以在大约600rpm至大约800rpm的搅拌速度、大约10至大约12的pH和大约 35°C至大约40°C执行8小时至10小时的共沉淀反应。可以以大约1 1至大约1 1. 1的重量比混合沉淀物和锂源材料。根据本公开的又一方面，一种可充电锂电池包括正极，包括正极活性材料；负极；以及电解质。可充电锂电池可具有大约170mAh/g至大约190mAh/g的放电容量。正极活性材料具有良好的颗粒强度，从而防止或减少在挤压之后破碎的出现，因此，正极活性材料倾向于不与电解质反应，并表现出良好的热稳定性。结果，可提供高容量可充电锂电池。附图说明图1是根据一个实施例的可充电锂电池的示意图。图2是示出由BET方法测量的根据示例1的正极活性材料的平均孔隙尺寸分布的曲线图。图3是示出由压汞孔隙率测定法测量的根据示例1的正极活性材料的平均孔隙尺寸分布的曲线图。图4是根据示例1的正极活性材料的FIB分析照片。图5是根据对比示例1的正极活性材料的FIB分析照片。图6是示出根据示例1的正极活性材料的颗粒分析的曲线图。图7是示出根据对比示例1的正极活性材料的颗粒分析的曲线图。图8是根据示例1和对比示例1的正极活性材料的DSC测量结果的曲线图。具体实施例方式下面的详细描述参照了特定示例性实施例，在附图中示出了其示例。在整个说明书中，相同的标号表示相同的元件。在这方面，描述的实施例是示例性的，且本领域普通技术人员将理解，可对描述的实施例做出特定的修改。本说明书不限于所描述的具体实施例。正极活性材料可包括孔隙(例如微孔隙)，孔隙可具有大约IOnm至大约60nm的平均直径。在本专利技术的实施例中，孔隙可具有大约20nm至大约40nm的平均直径。当孔隙具有该范围内的平均直径时，正极活性材料可具有提高了的(即，更高的)颗粒强度，并且其在挤压过程中可破碎得更少。因此，正极活性材料可以不与电解质反应，因此可具有良好的热稳定性。正极活性材料可具有范围为大约0. 5%至大约20%的孔隙率。在本专利技术的实施例中，正极活性材料可具有范围为大约至大约5%的孔隙率。当孔隙率在该范围内时，正极活性材料可具有提高了的(即，更高的)颗粒强度，并且其在挤压过程中可破碎得更少。 因此，正极活性材料可以不与电解质反应，因此可具有良好的热稳定性。可使用BET方法测量孔隙尺寸和孔隙率。包括孔隙的正极活性材料可包括由下面的化学式1表示的锂金属氧化物。化学式1LiaNixCoyMnzMkO2在化学式1中，M从Al、Mg、Ti、Zr和它们的组合中选出，0. 95彡a彡1. 2， 0. 45 彡 χ 彡 0. 65,0. 15 ^ y ^ 0. 25,0. 15 < ζ 彡 0. 35,0 彡 k 彡 0. 1，且 x+y+z+k = 1。正极活性材料可包括由下面的化学式2或化学式3表示的锂金属氧化物。化学式2LiaNixCoyMnzO2在化学式2 中，0. 95 彡 a 彡 1. 10,0. 55 彡 χ 彡 0. 65,0. 15 彡 y 彡 0. 25,0. 15<ζ 彡 0. 25，且 x+y+z = 1。化学式3LiaNixCoyMnzO2在化学式3 中，0. 95 彡 a 彡 1. 10,0. 45 彡 χ 彡 0. 55,0. 15 彡 y 彡 0. 25,0. 25<ζ 彡 0. 35，且 x+y+z = 1。当锂金属氧化物包含化学式1公开的范围(S卩，0. 45彡χ彡0. 65)内的Ni时，可实现高容量的可充电锂电池。可通过混合锂源粉末和包含例如Ni、Co、Mn等的金属源粉末并对获得的混合物进行热处理来采用固相法制备锂金属氧化物。可利用共沉淀法制备锂金属氧化物。例如，包含Ni、Co、Mn等的一种金属源或多种金属源添加到溶剂中。例如，可将Ni源材料、Co源材料和Mn源材料添加到溶剂中。然后可将NH4OH和NaOH(共沉淀剂)中的至少一种不断地混合到金属源中，以制备沉淀物。然后可将锂源添加到沉淀物中以形成混合物，并可对混合物进行热处理。可按照以下条件执行共沉淀反应pH是本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种可充电锂电池的正极活性材料，所述正极活性材料包括孔隙，所述孔隙具有１０ｎｍ至６０ｎｍ的平均直径，所述正极活性材料的孔隙率为０．５％至２０％。

【技术特征摘要】
2010.06.13 KR 10-2010-0055742;2011.04.07 KR 10-2011.一种可充电锂电池的正极活性材料，所述正极活性材料包括孔隙，所述孔隙具有 IOnm至60nm的平均直径，所述正极活性材料的孔隙率为0. 5%至20%。2.如权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述孔隙具有20nm至40nm的平均直径。3.如权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述正极活性材料包括由化学式1表示的锂金属氧化物化学式1 LiaNixCoyMnzMkO2 其中，在化学式1中，M从由Al、Mg、Ti, Zr及它们的组合组成的组中选择，0. 95 彡 a 彡 1. 2，0. 45 彡 χ 彡 0. 65，0. 15 ^ y ^ 0. 25，0. 15 < ζ ^ 0. 35，0彡k彡0. 1，且x+y+z+k = 1 ο4.如权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述正极活性材料包括由化学式2或化学式3表示的锂金属氧化物化学式2 LiaNixCoyMnzO2 其中，在化学式2中， 0. 95 彡 a 彡 1. 10， 0. 55 彡 χ 彡 0. 65， 0. 15 ^ y ^ 0. 25， 0. 15 < ζ 彡 0. 25，且 χ+y+z = 1，以及化学式3 LiaNixCoyMnzO2 其中，在化学式3中， 0. 95 彡 a 彡 1. 10， 0. 45 彡 χ 彡 0. 55， 0. 15 ^ y ^ 0. 25， 0. 25 < ζ ^ 0. 35，且 χ+y+z = 1。5.一种制备可充电锂电池的正极活性材料的方法，所述方法包括通过将NH4OH和NaOH中的至少一种与Ni源材料、Co源材料和Mn源材料共沉淀来制备沉淀物；将所述沉淀物与锂源材料混合以制备混合物；以及在800°C至950°C对所述混合物热处理8小时至10小时，以制备包括孔隙的正极活性材料，所述孔隙的平均直径为IOnm至60nm，所述正极活性材料的孔隙率为0. 5%至20%。6.如权利要求5所述的方法，其中，所述正极活性材料包括由化学式1表示的锂金属氧化物化学式1 LiaNixCoyMnzMkO2 其中，在化学式1中，M从由Al、Mg、Ti, Zr及它们的组合组成的组中选择，0·95 ≤ a ≤ 1. 2，...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋有美，朴度炯，权善英，金民汉，金志炫，金景眩，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：KR