正极活性材料及其制备方法和包括其的锂离子二次电池技术

本发明专利技术公开了一种制备用于锂离子二次电池的锂锰氧化物正极活性材料的方法、一种锂锰氧化物正极活性材料和一种锂离子二次电池，所述锂锰氧化物正极活性材料包括具有两种或两种以上不同尺寸的球形尖晶石型锂锰氧化物颗粒，所述方法包括下述步骤：将具有两种或两种以上不同尺寸的锰氧化物与含锂化合物均匀地混合；对所得的混合物进行热处理，以获得锂锰氧化物。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的各方面涉及一种制备用于锂离子二次电池的锂锰氧化物正极活性材料的方法。更具体地讲，本专利技术的各方面涉及一种制备具有包括两种或两种以上不同尺寸的球形尖晶石型锂锰氧化物颗粒的用于锂离子二次电池的锂锰氧化物正极活性材料的方法、一种通过该方法制备的锂锰氧化物正极活性材料以及一种包括该锂锰氧化物正极活性材料的锂离子二次电池。
技术介绍
由于近来诸如蜂窝电话、可携式摄像机和笔记本电脑的便携式电子设备朝着更紧 凑且更轻的趋势发展，对可以用作电子设备的电源的锂离子二次电池的包括高性能、高耐久性和高可靠性的特性改进的需求正在增加。此外，随着更多的注意力付诸于实现电动车辆，锂离子二次电池作为用于电动车辆的电源尤其备受关注。锂离子二次电池通常包括正极和负极，能够使锂离子嵌入和脱嵌；分隔件，防止正极和负极相互物理接触；有机电解质或聚合物电解质，在正极和负极之间传输锂离子。在锂离子二次电池中，当锂离子在正极和负极中嵌入/脱嵌时，通过电化学氧化/还原反应来产生电能。可使用各种类型的碳材料作为锂离子二次电池的负极活性材料，可使用诸如LiCoO2, LiMnO2或LiMn2O4的锂金属氧化物作为锂离子二次电池的正极活性材料。在锂金属氧化物中，尖晶石型锂锰氧化物是一种环境友好且安全的正极活性材料，因为未使用像钴一样的有害重金属。因此，尖晶石型锂锰氧化物有利地用于电动车辆等 的功率存储。然而，尖晶石型锂锰氧化物的缺点在于与层状型锂金属氧化物相比，其单位重量和单位体积的能量密度低。
技术实现思路
本专利技术的一方面提供一种制备用于锂离子二次电池的锂锰氧化物正极活性材料的方法，所述锂锰氧化物正极活性材料包括具有两种或两种以上不同尺寸的球形尖晶石型锂锰氧化物颗粒。本专利技术的其它方面提供一种通过上述制造方法制备的锂锰氧化物正极活性材料和一种包括锂锰氧化物正极活性材料的具有改善了的体积能量密度和电池容量的锂离子二次电池。根据本专利技术的一方面，提供一种制备用于锂离子二次电池的锂锰氧化物正极活性材料的方法，所述锂锰氧化物正极活性材料包括具有两种或两种以上不同尺寸的球形尖晶石型锂锰氧化物颗粒，该方法包括下述步骤将具有两种或两种以上不同尺寸的锰氧化物与含锂化合物均匀地混合；对所得的混合物进行热处理，以获得锂锰氧化物。根据本专利技术的实施例，相对较大的锂锰氧化物颗粒与相对较小的锂锰氧化物颗粒的粒度比可为1:0. 2至1:0. 4。根据本专利技术的实施例，相对较大的锂锰氧化物颗粒和相对较小的锂锰氧化物颗粒可以以1:1至1:3的重量比混合。根据本专利技术的实施例，相对较大的锰氧化物颗粒的粒度可在10 il m至20 il m的范围内。根据本专利技术的实施例，所述方法还可包括通过将锰氧化物溶解在酸性溶液或碱性溶液中并进行热处理来执行预处理工艺，以控制锰氧化物的尺寸和形状。根据本专利技术的实施例，酸性溶液可包括硫酸溶液或盐酸溶液，碱性溶液可包括氨水溶液或氢氧化钠溶液。根据本专利技术的实施例，可以在300°C至600°C的范围内的温度下执行热处理4至6小时。 根据本专利技术的实施例，所述方法还可包括通过研磨执行预处理工艺，以控制锰氧化物的尺寸和形状。根据本专利技术的另一方面，提供一种用于锂离子二次电池的锂锰氧化物正极活性材料，通过上述方法制备所述锂锰氧化物正极活性材料。根据本专利技术的又一方面，提供一种包括由上述方法制备的锂锰氧化物正极活性材料的锂离子二次电池，所述锂离子二次电池包括正极、负极、分隔件和有机电解质。如上所述，根据本专利技术，尖晶石型锂锰氧化物正极活性材料具有大大改善了的体积能量密度和输出特性。因此，可在高速充电和放电过程中防止电池容量的减小，从而显著地改善用于电动车辆等的储能的锂离子二次电池的容量和寿命特性。本专利技术的附加方面和/或优点将在下面的描述中部分地阐述，部分地将通过描述而清楚，或者可通过实践本专利技术而明了。附图说明通过下面结合附图进行的详细描述，本专利技术的目的、特征和优点将变得更加清楚，在附图中 图I、图2和图3是在示例和对比示例中生产的产品的扫描电子显微镜(SEM)照片;图4、图5和图6是示出根据本专利技术的实施例的具有两种不同尺寸的混合颗粒的示意图。具体实施例方式在下文中，将参照附图详细地描述本专利技术的实施例。本专利技术涉及一种制备用于锂离子二次电池的锂锰氧化物正极活性材料的方法，所述锂锰氧化物正极活性材料具有包括两种或两种以上不同尺寸的球形尖晶石型锂锰氧化物颗粒，该方法包括将具有两种或两种以上不同尺寸的锰氧化物与含锂化合物均匀地混合；对混合物进行热处理，从而获得锂锰氧化物。在锂离子二次电池中，主要使用锂金属氧化物作为正极活性材料，并且根据氧化物的结构可以大体分为层状型、尖晶石型和橄榄石型。层状氧化物包括以范德华键嵌入到不同的层中/从不同的层中脱嵌的锂离子，并具有LiMO2 (M=V, Cr、Co或Ni)的通式结构。尖晶石型氧化物具有LiM2O4 (M=Ti、V或Mn)的通式结构，并具有立方型晶体结构。橄榄石型氧化物可以以LiFePO4为代表。由于橄榄石型氧化物结构稳定，所以其容量降低得少。根据本专利技术制备的正极活性材料基于LiMn2O4的尖晶石型金属氧化物，并且除了Mn以外，可以包括LiMxMn2_x04形式的诸如Ni、Zr、Co、Mg、Mo、Al或Ag的金属前驱体。另外，正极活性材料可包括LiMxMn2_x04_zFz形式的氟取代的锂金属复合氧化物。在根据本专利技术的制造方法中，含锂化合物是在用于锂离子二次电池的正极活性材料中常用的化合物，其示例可以包括氢氧化锂、碳酸锂、硝酸锂和醋酸锂。在本专利技术中使用具有两种或两种以上不同尺寸的锂锰氧化物颗粒。相对较大的锂锰氧化物颗粒与相对较小的锂锰氧化物颗粒的粒度比可在1:0. 2至1:0. 4的范围内，优选地，为1:0.4。当粒度比在上述范围内时，每单位体积的电极容量增大，并且能量密度也增大。 另外，相对较大的锂锰氧化物颗粒和相对较小的锂锰氧化物颗粒可以以范围为1:1至1:3的重量比混合。当混合比例在上述范围内时，可以均匀地混合两种尺寸的颗粒，这是所期望的。相对较大的锂锰氧化物颗粒的尺寸优选地在10 ii m至20 ii m的范围内。当粒度在上述范围内时，正极活性材料的每单位体积的能量密度增大。根据本专利技术的用于锂离子二次电池的锂锰氧化物正极活性材料的制造方法可包括预处理工艺，以控制锂锰氧化物颗粒的尺寸和形状。通常，锂锰氧化物颗粒的尺寸和形状受锂锰氧化物前驱体的尺寸和形状的影响相当大。因此，需要使用具有球形形状和期望尺寸的锂锰氧化物。可根据锰氧化物的制备方法来改变锰氧化物的尺寸和形状。为了获得期望的尺寸和形状的锰氧化物，可使用具有球形和期望的尺寸的前驱体。可选地，可通过预处理工艺控制锰氧化物的尺寸和形状。预处理工艺可包括将锰氧化物溶解在诸如硫酸或盐酸的酸性溶液中或者诸如氨水或氢氧化钠的碱性溶液中，在300°C至600°C的范围内的温度下加热4至6小时以重结晶，从而通过调节PH和浓度来控制具有球形颗粒的锰氧化物的粒度。当温度和时间在上述范围内时，能够控制锰氧化物的形状而不改变氧化值。可选地，也可通过研磨来控制颗粒尺寸和形状。可利用诸如球磨机、碾磨机、振动研磨机、盘式研磨机、喷射研磨机或转子研磨机的研磨设备来执行上述研磨。另外，可以以干式工艺、湿式工艺或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备用于锂离子二次电池的锂锰氧化物正极活性材料的方法，所述锂锰氧化物正极活性材料包括具有两种或两种以上不同尺寸的球形尖晶石型锂锰氧化物颗粒，所述方法包括下述步骤：将具有两种或两种以上不同尺寸的锰氧化物与含锂化合物均匀地混合；对所得的混合物进行热处理，以获得锂锰氧化物。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：赵偗任，李美善，曹海印，
申请(专利权)人：三星康宁精密素材株式会社，
类型：发明
国别省市：