用于锂二次电池的正极活性材料制造技术

本发明专利技术公开了一种锂二次电池用正极活性材料，其包含锂过渡金属氧化物，其中利用碳粒子和聚合物树脂在所述锂过渡金属氧化物的表面对其进行涂覆，所述聚合物树脂是因锂二次电池用电解质和有机溶剂而被惰性化的物质且所述聚合物树脂具有至少８０℃的熔点。具有所公开的正极活性材料的锂二次电池具有提高的倍率性能和高温稳定性的优势，从而提供了优异的单电池特性。

【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正极活性材料，更特别地，涉及包含锂过渡金属氧化物的正极活性材料，其中所述锂过渡金属氧化物在表面涂覆有碳粒子和聚合物树脂，所述聚合物树脂因锂二次电池用电解质和有机溶剂而被惰性化且所述聚合物树脂具有至少80°C的熔点。
技术介绍
随着移动设备的技术进步和需求，对作为能源的二次电池的需求急剧增加。特别地，随着人们对环境问题关注的增加，已经针对电动车辆和混合电动车辆进行了大量研究，从而取代使用化石燃料的常规汽车如汽油车辆、柴油车辆等，所述常规汽车已成空气污染的主因。这种电动车辆或混合电动车辆通常使用镍金属氢化物电池型电源来驱动，然而，具有高能量密度和放电电压的锂二次电池目前正在积极研究当中且在相关领域中已部分实现了商业化。尽管通常使用碳物质制备锂二次电池用负极活性材料，但是也已经提出使用锂金属或硫化合物。至于锂二次电池用正极活性材料，广泛使用含锂的钴氧化物(LiCoO2)t5另外，还可使用其他锂过渡金属氧化物如含锂的锰氧化物如具有层状晶体结构的1^1^02、具有尖晶石晶体结构的LiMn2O4等以及含锂的镍氧化物(LiNiO2)。然而，用于正极活性材料的这种锂过渡金属氧化物因非水电解质的离子传导率低而具有电导率低且充放电倍率(rate)性能不足的劣势。为了解决这种问题，已经提出了一些常规技术如对正极活性材料的表面进行涂覆或对所述正极活性材料进行表面处理。例如，为了降低正极活性材料与电解质之间的界面的接触电阻或者为了减少在高温下产生的副产物，已经公开了一种利用导电聚合物的正极活性材料的涂覆方法，所述方法包括将导电材料涂布到正极活性材料上。然而，仍需要开发具有充分单电池特性的改进的正极活性材料。此外，高能量密度意味着可能遭受危险且诸如燃烧、爆炸等的危险会随着能量密度的提高而变得更加严重。因此，尽管对不同的方法进行了广泛的调查和研究，但是尚未获得令人满意的结因为能量密度的增大与移动设备的复杂性和多功能性的增加成比例，所以所述移动设备的安全性更为重要且应进一步提高用于EV、HEV、电动工具等的锂二次电池的倍率性能。然而，由于安全性与倍率性能具有基本上矛盾的趋势，所以同时提高上述两种特性非常困难且目前对所述问题的研究和/或讨论非常少。
技术实现思路
技术问题因此，本专利技术旨在解决上述现有技术中的问题并克服相关领域中的技术限制。作为本专利技术人进行的广泛研究和大量实验的结果，发现，通过将碳粒子和聚合物树脂涂布到锂过渡金属氧化物的表面上而制备的正极活性材料可获得提高的电导率和离子传导率，由此提供了优异的倍率性能并提高了高温稳定性。从而成功地完成了本专利技术。技术方案因此，本专利技术提供了一种包含锂过渡金属氧化物的正极活性材料，其中所述锂过渡金属氧化物在表面涂覆有碳粒子和聚合物树脂，所述聚合物树脂因锂二次电池用电解质和有机溶剂而被惰性化且所述聚合物树脂具有至少80°C的熔点。通过将碳粒子和聚合物树脂涂布至锂过渡金属氧化物的表面而制备的本专利技术正极活性材料可具有高电导率和离子传导率，从而显示出优异的倍率性能，同时保持高温稳定性。另外，本专利技术人发现，向作为正极活性材料的锂过渡金属氧化物的表面涂布碳粒子和聚合物树脂提供了基于上述物质相互作用的协同效应。因此，与单独添加碳粒子或聚合物树脂相比，可明显提高单电池性能和高温稳定性。这一事实的原因在于，碳粒子增大了电导率和离子传导率，从而提高了倍率性能。此外，在80°C以上熔化的聚合物树脂可在电池的反常高温状态下增大内阻，从而防止离子和电子的迁移，由此抑制电池的燃烧和/或爆炸并提高高温稳定性。涂布至正极活性材料表面的碳粒子没有特别限制，只要其能够增加电导率和离子传导率，由此提高倍率性能即可。所述碳粒子的非限制性实例可包括石墨材料如天然石墨、人造石墨等；碳黑如碳黑、乙炔黑、科琴(ketchen)黑、槽法碳黑、炉黑、灯黑、夏黑等；或碳纤维等。这些材料可单独使用或以其两种以上组合的方式使用。如果所述碳粒子的尺寸太小，则因粒子聚集而造成分散性下降且可能难以进行均勻涂覆。另一方面，如果碳粒子的尺寸太大，则难以利用碳粒子对锂过渡金属氧化物的表面进行界面涂覆，从而使得传导率不足。考虑到这些状况，碳基粒子可具有0. 01 1 μ m的粒径。碳粒子的涂布可提高倍率性能，然而，可任选地使高温稳定性劣化。因此，本专利技术采用对正极活性材料的表面同时涂布聚合物树脂和碳粒子。所述聚合物树脂因锂二次电池用电解质和有机溶剂而被惰性化且所述聚合物树脂具有至少80°C的熔点。由于所述聚合物树脂因电解质和/或有机溶剂而被惰性化，所以在电极的制造期间所述聚合物树脂不被除去，和/或当在电池中含有所述聚合物树脂时，所述聚合物树脂不被溶出至电解质中或不发生降解，从而有利地防止单电池性能的下降。此外，在电池的内部温度超过80°C之后，所述聚合物树脂熔化，然后烧焦并粘着至正极活性材料的表面上或流入正极活性材料的间隙中，由此降低离子和电子的迁移率。因此，通过提高电池的内阻， 可防止电化学反应的进行，从而抑制电池的燃烧。这种聚合物树脂没有特别限制，条件是可实现上述特性，然而其非限制性实例可以为选自如下的至少一种聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯和聚苯乙烯、包含其两种以上的共聚物或共混物。所述聚合物树脂可具有80 200°C的熔点。如果熔点小于80°C，则即使在正常工作条件下也可使内阻增大，由此降低了单电池的特性。当熔点大于200°C时，难以获得期望的高温稳定性。如果聚合物树脂的含量太大，则内阻增大且可能难以获得因添加碳粒子而带来的电导率和离子传导率的提高。另一方面，当聚合物树脂含量太小时，可能不能获得充分的高温稳定性。或者，随着碳粒子的含量增大，电导率提高，然而，聚合物树脂的涂覆面积相对变小且可能很少获得高温稳定性的提高。此外，涂布到锂过渡金属氧化物上的碳粒子对聚合物树脂的相对含量比可为90 10 10 90(重量％)。所述碳粒子和所述聚合物树脂可各自为涂布至锂过渡金属氧化物表面的独立相、 或者为碳粒子被捕集入聚合物树脂内部的复合形式。可通过化学键合将所述碳粒子和聚合物树脂与锂过渡金属氧化物的表面结合在一起，但考虑到处理简易性和锂过渡金属氧化物的稳定性，优选通过物理接触如范德华力或静电力等来进行结合。通过使用例如用于融合的机械融合装置或Nobilta设备的简单方法，可实现这种物理接触。所述机械融合装置在干燥状态下利用物理旋转来制备混合物，从而形成构成成分的静电耦合。要实现本专利技术的功能效果，不必利用上述碳粒子和聚合物树脂完全涂覆锂过渡金属氧化物。如果碳粒子和聚合物树脂两者的涂覆面积过大，则锂离子的迁移率下降且倍率性能可能劣化。当涂覆面积太小时，可能不能获得期望的效果。因此，优选利用上述碳粒子和聚合物树脂涂覆锂过渡金属氧化物总表面的约20 80%。如果涂覆量太小，则可能难以获得涂覆效果。相反，当涂覆量太大时，单电池性能可能劣化。因此，相对于活性材料的总重量，涂覆量可以为0. 5 10重量％。电解质包含锂盐和非水溶剂，且所述锂盐为溶于非水溶剂中以充当电池中的锂离子源的材料，从而使得典型的锂二次电池能够运行，并促进了锂离子在正极和负极之间的移动。这种锂盐可包括例如 LiCl、LiBr、LiI、LiQO4、LiBF4、LiB10Cl10、LiPF6, L本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种锂二次电池用正极活性材料，其包含：锂过渡金属氧化物，其中在所述锂过渡金属氧化物的表面涂覆有碳粒子和聚合物树脂，所述聚合物树脂因锂二次电池用电解质和有机溶剂而被惰性化且所述聚合物树脂具有至少８０℃的熔点。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：张诚均，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：KR