电极活性物质、其制备方法、及包括其的电极和锂电池技术

电极活性物质、其制造方法以及采用其的电极和锂电池。所述电极活性物质包括能够嵌入和脱嵌锂的核；和形成于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无锂氧化物，并且在所述无锂氧化物的使用Cu-Kα辐射测量的X射线衍射(XRD)光谱中对应于杂质相的峰的强度处于噪声水平或更低的水平。

【技术实现步骤摘要】

本公开内容涉及电极活性物质、其制备方法、以及包括其的电极和锂电池。
技术介绍
对于较小且较高性能的设备，除了降低锂电池的尺寸和重量外，还重要的是提高锂电池的能量密度。即，高电压和高容量的锂电池已变得重要。为了实现满足这些要求的锂电池，正在对具有高电压和高容量的正极活性物质进行研究。当使用具有高电压和高容量的典型正极活性物质时，在高温和/或高于约4.4V的电压下发生副反应，例如过渡金属的洗脱和气体的产生。由于这些副反应，电池性能在高温和高电压环境中恶化。因此，需要防止在高温和高电压环境中电池恶化的方法。
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恶化的电极活性物质。提供包括所述电极活性物质的电极。提供采用所述电极的锂电池。提供制造所述电极活性物质的方法。另外的方面将在以下描述中部分地阐明，并且部分地将从所述描述明晰，或者可通过所呈现的实施方式的实践获知。根据本专利技术的ー个方面，电极活性物质可包括:能够嵌入和脱嵌锂的核；和形成于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可包括具有尖晶石结构的无锂氧化物，并且在所述无锂氧化物的通过使用Cu-Ka辐射测量的X射线衍射(XRD)光谱中对应于杂质相的峰的強度处于X射线衍射光谱的噪声水平或更低的水平。根据本专利技术的另一方面，电极可包括所述电极活性物质。根据本专利技术的另一方面，锂电池可包括所述电极。根据本专利技术的另一方面，制造电极活性物质的方法可包括:将能够嵌入和脱嵌锂的核和具有尖晶石结构的无锂氧化物混合，和通过经历干法エ艺(dry process)在所述核上形成包括所述无锂氧化物的表面处理层。附图说明由结合附图考虑的实施方式的以下描述，这些和/或其它方面将变得明晰和更容易理解，其中:图1说明对根据(a)制备对比例I和(b)制备实施例1制造的SnZn2O4的X射线衍射(XRD)实验的结果；图2说明在制备实施例1中制备的SnZn2O4的扫描电子显微镜(SEM)图像；图3说明在实施例1中使用的LiNia5Mnh5O4粉末的SEM图像；图4说明在实施例1中制造的正极活性物质的SEM图像；和图5说明对根据实施例97 98和对比例5制造的锂电池的高倍率特性实验的结果；和图6为说明根据实施方式的锂电池的示意图。具体实施例方式现在将详细介绍实施方式，其实例示于附图中，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形式并且不应解释为限于本文中所阐述的描述。因此，以下仅通过参照附图描述实施方式，以解释本专利技术的各个方面。下文中，将详细描述根据示例性实施方式的电极活性物质、其制造方法、及包括其的电极和电池。根据实施方式的电极活性物质包括:能够嵌入和脱嵌锂的核；和形成于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无锂氧化物，且在所述无锂氧化物的使用Cu-Ka辐射测量的X射线衍射(XRD)光谱中对应于杂质相的峰的强度处于XRD光谱的噪声水平或更低的水平。所述XRD光谱中杂质相的衍射峰的强度处于噪声水平或更低的水平的事实表明实际上未检测到对于杂质相的峰，因为衍射峰的强度低于形成基线的噪声水平。噪声水平是指与由目标材料获得的散射不相关的由于在周围环境中例如在空气、水等中的散射发生的X射线散射。S卩，由于所述能够嵌入和脱嵌锂的核的表面的至少一部分用实际上不具有杂质相的尖晶石结构的无锂氧化物处理，在所述核表面的至少一部分或全部上可形成表面处理层。如本领域普通技术人员将理解的，术语“表面处理层”也可指包覆层(coating layer)。所述杂质相指的是除所述尖晶石晶体之外的任何相。由于所述具有尖晶石结构的无锂氧化物实际上不具有杂质相，因此可抑制充电/放电过程期间由于杂质相弓I起的副反应。下文中，当在本说明书中未分别地提及时，具有尖晶石结构的无锂氧化物为其中杂质相基本上被除去的氧化物。所述具有尖晶石结构的无锂氧化物可为高度结晶的。即，所述具有尖晶石结构的无锂氧化物在使用Cu-Ka辐射的XRD光谱中具有尖晶石结构并且与较低结晶性的无锂氧化物相比可具有更尖锐的衍射峰。由于所述无锂氧化物具有高的结晶性质，因此可提高电极活性物质在高电压下的稳定性。例如，所述无锂氧化物在使用Cu-Ka辐射的XRD光谱的对于(311)晶面的约2Θ=35.5±2.0°处具有衍射峰，并且该衍射峰的半宽度(FWHM)可小于0.3°。例如，所述无锂氧化物可在使用Cu-Ka辐射的XRD光谱的对于(311)面的约2 Θ =35.5±2.0°处具有衍射峰并且该衍射峰的FWHM可范围为约0.220° 约0.270°。所述尖晶石结构的无锂氧化物不嵌入和脱嵌锂，并且因此不包括在电池容量中。因此，包括所述氧化物的表面处理层可例如充当所述核的保护层。即，所述表面处理层可用于抑制所述核和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嵌入和脱嵌锂的核冒出。可使用不具有杂质相并且包括除锂以外的两种或更多种金属元素、或者准金属元素的任何高度结晶的尖晶石结构的氧化物作为所述尖晶石结构的无锂氧化物。与具有典型的岩盐晶体结构的氧化物例如NaCl、CaO和FeO以及具有刚玉晶体结构的氧化物例如Al203、Fe203、FeTi03和MgO相比，所述尖晶石结构的无锂氧化物具有更强的金属-氧键合。因此，可形成在高温和高电压条件下稳定的表面处理层。例如，所述无锂氧化物可为选自由下式I表示的氧化物的一种或多种。〈式1>AB2O4其中A 为选自锡(Sn)、镁(Mg)、钥(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)的一种或多种，B 为选自 Mg、Zn、Al、V、Mn、镓(Ga)、铬(Cr)、Fe、铑(Rh)、N1、铟(In)、Co和Mn的一种或多种，且A不同于B。例如，所述无锂氧化物可为选自如下的一种或多种:SnMg204、SnZn2O4, MgAl2O4,MoAl2O4' CuAl2O4' ZnAl2O4' ZnV2O4' TiMn2O4' ZnMn2O4' NiAl2O4' MgGa2O4' ZnGa2O4' CaGa2O4'T IMg2O4 λ VMg2O4 λ MgV2O4' FeV2O4' MgCr2O4' MnCr2O4' FeCr2O4' CoCr2O4' NiCr2O4' CuCr2O4' ZnCr2O4 λCdCr2O4λ MgFe2O4' TiFe2O4' MnFe2O4' CoFe2O4' NiFe2O4' CuFe2O4' ZnFe2O4' CdFe2O4' AlFe2O4'PbFe2O4' MgCo2O4λ TiCo2O4' ZnCo2O4' SnCo2O4' FeNi2O4' GeNi2O4' MgRh2O4' ZnRh2O4' TiZn2O4'SrAI2O4λ CrAl2O4' FeAl2O4' CoAl2O4' MgIn2O4' CaIn2O4' FeIn2O4' CoIn2O4' NiIn2O4' CdIn2O4 和HgIn2O40 例如，所述氧化物可为选自如下的一种或多种:本文档来自技高网...

【技术保护点】
电极活性物质，包括：能够嵌入和脱嵌锂的核；和形成于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无锂氧化物，并且在所述无锂氧化物的使用Cu?Kα辐射测量的X射线衍射(XRD)光谱中对应于杂质相的峰的强度处于X射线衍射光谱的噪声水平或更低的水平。

【技术特征摘要】
2011.11.07 KR 10-2011-01153651.极活性物质，包括: 能够嵌入和脱嵌锂的核；和 形成于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无锂氧化物，并且在所述无锂氧化物的使用Cu-K a辐射测量的X射线衍射(XRD)光谱中对应于杂质相的峰的強度处于X射线衍射光谱的噪声水平或更低的水平。2.权利要求1的电极活性物质，其中所述无锂氧化物具有在使用Cu-Ka辐射测量的XRD光谱的对于(311)晶面的2 0 =35.5±2.0°处的衍射峰，并且所述衍射峰的半宽度(FffHM)小于 0.3°。3.权利要求1的电极活性物质，其中所述无锂氧化物具有在使用Cu-Ka辐射测量的XRD光谱的对于(311)晶面的2 0 =35.5±2.0°处的衍射峰，并且所述衍射峰的FWHM范围为 0.220。 0.270。。4.权利要求1的电极活性物质，其中所述无锂氧化物由下式I表示 〈式1> AB2O4 其中A为选自如下的ー种或多种:锡(Sn)、镁(Mg)、钥(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为选自如下的ー种或多种:Mg、Zn、Al、V、Mn、镓(Ga)、铬(Cr)、Fe、铑(Rh)、N1、铟(In)、Co、和 Mn ;且 A不同于B。5.权利要求1的电极活性物质，其中所述无锂氧化物为选自如下的ー种或多种:SnMg2O4' SnZn2O4' MgAl2O4' MoAl2O4' CuAl2O4' ZnAl2O4' ZnV204、TiMn2O4' ZnMn2O4' NiAl2O4^MgGa2O4' ZnGa2O4' CaGa2O4' T iMg204、VMg2O4' MgV2O4' FeV2O4' MgCr2O4' MnCr2O4' FeCr2O4' CoCr2O4、NiCr2O4' CuCr2O4^ ZnCr2O4^ CdCr2O4^ MgFe2O4^ TiFe2O4^ MnFe2O4' CoFe204、NiFe204、CuFe204、ZnFe2O4' CdFe2O4' AlFe2O4' PbFe2O4' MgCo2O4' TiCo2O4' ZnCo2O4' SnCo2O4' FeNi2O4' GeNi2O4'MgRh2O4' ZnRh2O4' TiZn2O4' SrAl2O4' CrAl2O4' FeAl2O4' CoAl2O4' MgIn2O4' CaIn2O4' FeIn2O4'Coln204、Niln204、CdIn2O4 和 Hgln204。6.权利要求1的电极活性物质，其中所述无锂氧化物为选自如下的ー种或多种:SnMg2O4^ SnZn204、MgAl204、CuA1204、ZnAl2O4 和 NiAl204。7.权利要求1的电极活性物质，其中所述无锂氧化物为选自如下的ー种或多种:SnMg2O4' SnZn2O4 和 MgAl2O4。8.权利要求1的电极活性物质，其中在所述电极活性物质的XRD光谱上，作为(440)晶面的峰强度对(311)晶面的峰強度之比的1(440)/1(311)为0.3或更大。9.权利要求1的电极活性物质，其中在所述电极活性物质的XRD光谱上，作为(511)晶面的峰强度对(400)晶面的峰強度之比的I (511)/1 (400)为0.25或更大。10.权利要求1的电极活性物质，其中在所述电极活性物质的XRD光谱上，作为(511)晶面的峰强度对(440)晶面的峰強度之比的1(511)/1(440)为0.5或更大。11.权利要求1的电极活性物质，其中所述无锂氧化物的含量为10重量％或更少，基于所述电极活性物质的总重量。12.权利要求1的电极活性物质，其中所述表面处理层的厚度为IA Iy m。13....

【专利技术属性】
技术研发人员：崔原彰，金圭成，宋旼相，崔荣敏，金昤希，金素妍，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，三星康宁精密素材株式会社，
类型：发明
国别省市：