电极活性材料、其制备方法、及含其的电极和锂电池技术

技术编号:7954113 阅读:165 留言:0更新日期:2012-11-08 23:20
公开了电极活性材料、其制造方法、及采用其的电极和锂电池。所述电极活性材料包括:能够吸留和放出锂的核;和形成在所述核的表面的至少一部分上的表面处理层,其中所述表面处理层包括具有尖晶石结构的不含锂的氧化物。

【技术实现步骤摘要】
电极活性材料、其制备方法、及含其的电极和锂电池
本公开内容涉及电极活性材料、其制备方法、及含其的电极和锂电池。
技术介绍
对于更小且更高性能的装置而言,除了减小锂电池的尺寸和重量外,增加其能量密度也是重要的。即,高电压且高容量的锂电池变得重要。为了实现满足上述要求的锂电池,正在对用于高电压和高容量的正极活性材料进行研究。当使用典型的用于高电压和高容量的正极活性材料时,在高温和/或高于约4.4V的电压下发生副反应如过渡金属的洗脱和气体的产生。由于所述副反应,在高温和高电压环境中电池的性能恶化。因此,需要用于防止在高温和高电压环境中电池的恶化的方法。
技术实现思路
提供能够防止在高温和高电压条件下电池性能的恶化的电极活性材料。提供包括所述电极活性材料的电极。提供采用所述电极的锂电池。提供制造所述电极活性材料的方法。另外的方面将在随后的描述中部分地阐明,且部分地将从所述描述明晰,或者可通过所提供的实施方式的实践获知。根据本专利技术的一个方面,电极活性材料包括:能够吸留和放出锂的核;和形成在所述核的表面的至少一部分上的表面处理层,其中所述表面处理层包括具有尖晶石结构的不含锂的氧化物。根据本专利技术的另一方面,电极包括所述电极活性材料。根据本专利技术的再一方面,锂电池包括所述电极。根据本专利技术的再一方面,制造电极活性材料的方法包括:制备通过使包括正极活性材料或负极活性材料的核与尖晶石结构的不含锂的氧化物或其前体接触得到的所得材料;和选择性地将所得材料焙烧。附图说明从结合附图考虑的实施方式的下列描述,这些和/或其它方面将变得明晰和更容易理解,在附图中:图1说明对根据(a)对比例1、(b)实施例19制造的正极活性材料和(c)独立合成的SnMg2O4的X射线衍射(XRD)试验的结果;图2说明对(a)通过进行焙烧过程约15分钟合成的MgAl2O4和(b)通过进行焙烧过程约12小时合成的MgAl2O4的XRD试验的结果;图3说明根据实施例1制造的正极活性材料的透射电子显微镜(TEM)图像;图4说明对根据实施例126-131及对比例19和20制造的锂电池的高倍率特性试验的结果;和图5为说明根据实施方式的锂电池的模拟图。具体实施方式现在将详细介绍实施方式,其实例说明于附图中,其中相同的附图标记始终是指相同的元件。在这点上,本实施方式可具有不同的形式并且不应解释为限于本文中所阐明的描述。因此,下面仅通过参考附图描述实施方式,以解释本描述的各方面。下文中,将描述根据示例性实施方式的电极活性材料、其制造方法、及含其的电极和电池。根据实施方式的电极活性材料包括:能够吸留和放出锂的核;和形成在所述核的表面的至少一部分上的表面处理层,其中所述表面处理层包括具有尖晶石结构的不含锂的氧化物。即,由于所述能够吸留和放出锂的核的表面的至少一部分用尖晶石结构的不含锂的氧化物处理,所述表面处理层可形成在所述核表面的至少一部分或全部上。所述尖晶石结构的不含锂的氧化物不吸留和放出锂,且因此,不涉及电池容量。因此,包括所述氧化物的表面处理层可例如用作所述核的保护层。即,所述表面处理层可用于抑制所述核与电解质之间的副反应。所述表面处理层还可用于防止过渡金属从所述能够吸留和放出锂的核冒出(erupt)。包括除锂外的两种或更多种金属元素、或准金属元素的任何尖晶石结构的氧化物可用作所述尖晶石结构的不含锂的氧化物。所述尖晶石结构的不含锂的氧化物与以下相比具有更强的金属-氧键合:具有典型的岩盐晶体结构的氧化物,例如NaCl、CaO和FeO;和具有刚玉晶体结构的氧化物,例如Al2O3、Fe2O3、FeTiO3和MgO。因此,在高温和高电压条件下可形成稳定的表面处理层。例如,所述不含锂的氧化物可为选自表示为以下化学式A的氧化物的一种或多种。<化学式A>AB2O4,其中A为选自如下的一种或多种:锡(Sn)、镁(Mg)、钼(Mo)、铜(Cu)、锌(Zn)、钛(Ti)、镍(Ni)、钙(Ca)、铁(Fe)、钒(V)、铅(Pb)、钴(Co)、锗(Ge)、镉(Cd)、汞(Hg)、锶(Sr)、锰(Mn)、铝(Al)、钨(W)和铍(Be);B为选自如下的一种或多种:Mg、Zn、Al、V、Mn、镓(Ga)、铬(Cr)、Fe、铑(Rh)、Ni、铟(In)、Co和Mn;且A不同于B。例如,所述不含锂的氧化物可为选自如下的一种或多种:SnMg2O4、SnZn2O4、MgAl2O4、MoAl2O4、CuAl2O4、ZnAl2O4、ZnV2O4、TiMn2O4、ZnMn2O4、NiAl2O4、MgGa2O4、ZnGa2O4、CaGa2O4、TiMg2O4、VMg2O4、MgV2O4、FeV2O4、MgCr2O4、MnCr2O4、FeCr2O4、CoCr2O4、NiCr2O4、CuCr2O4、ZnCr2O4、CdCr2O4、MgFe2O4、TiFe2O4、MnFe2O4、CoFe2O4、NiFe2O4、CuFe2O4、ZnFe2O4、CdFe2O4、AlFe2O4、PbFe2O4、MgCo2O4、TiCo2O4、ZnCo2O4、SnCo2O4、FeNi2O4、GeNi2O4、MgRh2O4、ZnRh2O4、TiZn2O4、SrAl2O4、CrAl2O4、FeAl2O4、CoAl2O4、MgIn2O4、CaIn2O4、FeIn2O4、CoIn2O4、NiIn2O4、CdIn2O4和HgIn2O4。在所述不含锂的氧化物的X射线衍射谱图上,(111)晶面的峰强度对(311)晶面的峰强度的比,即I(111)/I(311),可大于约0.3。例如,I(111)/I(311)可范围为约0.3-约0.9。而且,在所述不含锂的氧化物的X射线衍射谱图上,(111)晶面的峰强度对(400)晶面的峰强度的比,即I(111)/I(400),可大于约0.6。例如,I(111)/I(400)可范围为约0.6-约1.5。所述不含锂的氧化物的含量可小于约10重量%,例如可小于约5重量%,基于电极活性材料的总重量。例如,所述不含锂的氧化物的含量可为大于0且小于约10重量%。例如,所述不含锂的氧化物的含量可为大于0且小于约5重量%。所述电极活性材料的表面处理层可包括选自原子量为9或更大的金属和准金属的两种或更多种元素,且所述元素可选自Sn、Mg、Mo、Cu、Zn、Ti、Ni、Ca、Al、V、Mn、Ga、Fe、Cr、Rh、In、Pb、Co、Ge、Cd、Hg、Sr、W和Be。所述表面处理层中包括的且选自原子量为9或更大的金属和准金属的两种或更多种元素的含量可小于约10重量%,例如可小于约5重量%,基于电极活性材料的总重量。氧对选自原子量为9或更大的金属和准金属的表面处理层的两种或更多种元素的组成比(摩尔比)可为约4:2.1至约4:3.9。例如,所述组成比可为约4:2.5至约4:3.5。例如,所述组成比可为约4:2.9至约4:3.1。例如,所述组成比可为约4:3。所述组成比对应于所述表面处理层中包括的且具有AB2O4的组成式的不含锂的氧化物中氧对A+B的组成比。所述电极活性材料的表面处理层的厚度可范围为约-约1μm。例如,所述表面处理层的厚度可范围为约1nm-约1μm。例如,所述表面处理层的厚度可范围为约1nm-约100nm。例如,所本文档来自技高网...
电极活性材料、其制备方法、及含其的电极和锂电池

【技术保护点】
电极活性材料,包括:能够吸留和放出锂的核;和形成在所述核的表面的至少一部分上的表面处理层,其中所述表面处理层包括具有尖晶石结构的不含锂的氧化物。

【技术特征摘要】
2011.05.04 KR 10-2011-00426231.电极活性材料,包括:能够吸留和放出锂的核;和形成在所述核的表面的至少一部分上的表面处理层,其中所述表面处理层包括具有尖晶石结构的不含锂的氧化物,其中所述核包括表示为以下化学式4至5的化合物<化学式4>LixCo1-y-zNiyMzO2-αXα<化学式5>LixMn2-yMyO4-αXα其中0.90≤x≤1.1,0<y≤0.9,0<z≤0.5,1-y-z>0,0≤α≤2,M为选自Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、Zr、Nb、Mo、W、Zn、Al、Si、Ni、Mn、Cr、Fe、V和稀土元素的一种或多种元素,和X为选自F、S和P的元素,所述不含锂的氧化物的含量为3重量%至小于10重量%,基于所述电极活性材料的总重量,其中所述不含锂的氧化物表示为以下化学式A<化学式A>AB2O4其中A为选自如下的一种或多种:锡(Sn)、钼(Mo)、铜(Cu)、锌(Zn)、钛(Ti)、镍(Ni)、钙(Ca)、铁(Fe)、钒(V)、铅(Pb)、钴(Co)、锗(Ge)、镉(Cd)、汞(Hg)、锶(Sr)、锰(Mn)、铝(Al)、钨(W)和铍(Be);B为选自如下的一种或多种:Mg、Zn、Al、V、Mn、镓(Ga)、铬(Cr)、Fe、铑(Rh)、Ni、铟(In)、Co和Mn;且A不同于B。2.权利要求1的电极活性材料,其中所述不含锂的氧化物不吸留和放出锂。3.权利要求1的电极活性材料,其中所述不含锂的氧化物为选自如下的一种或多种:SnMg2O4、SnZn2O4、MoAl2O4、CuAl2O4、ZnAl2O4、ZnV2O4、TiMn2O4、ZnMn2O4、NiAl2O4、ZnGa2O4、CaGa2O4、TiMg2O4、VMg2O4、FeV2O4、MnCr2O4、FeCr2O4、CoCr2O4、NiCr2O4、CuCr2O4、ZnCr2O4、CdCr2O4、TiFe2O4、MnFe2O4、CoFe2O4、NiFe2O4、CuFe2O4、ZnFe2O4、CdFe2O4、AlFe2O4、PbFe2O4、TiCo2O4、ZnCo2O4、SnCo2O4、FeNi2O4、GeNi2O4、ZnRh2O4、TiZn2O4、SrAl2O4、CrAl2O4、FeAl2O4、CoAl2O4、CaIn2O4、FeIn2O4、CoIn2O4、NiIn2O4、CdIn2O4和HgIn2O4。4.权利要求1的电极活性材料,其中在所述电极活性材料的X射线衍射谱图上,作为(111)晶面的峰强度对(311)晶面的峰强度的比的I(111)/I(311)大于0.3。5.权利要求1的电极活性材料,其中在所述电极活性材料的X射线衍射谱图上,作为(111)晶面的峰强度对(400)晶...

【专利技术属性】
技术研发人员:崔原彰朴晋焕
申请(专利权)人:三星电子株式会社
类型:发明
国别省市:

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