正極活性物質(zhì)、制備其的方法和包括其的可再充電鋰電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開內(nèi)容的實(shí)施方式的方面涉及用于可再充電鋰電池的正極活性物質(zhì)、制備其 的方法和包括其的可再充電鋰電池。
【背景技術(shù)】
[0002] 可再充電鋰電池作為用于小型便攜式電子裝置的電源已引起了注意?？稍俪潆婁?電池包括有機(jī)電解質(zhì)溶液并具有為包括堿性水溶液的常規(guī)電池的兩倍或更多倍高的放電 電壓。因此，這樣的電池具有高的能量密度。
[0003] 這樣的可再充電鋰電池可通過將電解質(zhì)注入電極組件中而制造，所述電極組件包 括包含能夠嵌入/脫嵌鋰離子的正極活性物質(zhì)的正極和包含能夠嵌入/脫嵌鋰離子的負(fù)極 活性物質(zhì)的負(fù)極。
[0004] 盡管LiC〇02廣泛地用作正極活性物質(zhì)，但由于其容量限度和安全性問題，正在積 極地研究其它材料作為LiC〇02的代替物。
[0005] 例如，由于LiCo02具有穩(wěn)定的電化學(xué)特性，LiNi02具有高的容量，且LiMn204具有 優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和低的價格，因此已研究Co-Ni-Mn三元鋰金屬復(fù)合氧化物致力于將前述 優(yōu)點(diǎn)組合。
[0006] 然而，盡管前述三元鋰金屬復(fù)合氧化物具有高的容量，但是其具有關(guān)于熱安全性 和循環(huán)壽命特性的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 根據(jù)實(shí)施方式的一個方面涉及提供用于可再充電鋰電池的正極活性物質(zhì)，其具有 高的容量以及改善的熱安全性和循環(huán)壽命特性。
[0008] 根據(jù)實(shí)施方式的另一方面涉及提供制備所述用于可再充電鋰電池的正極活性物 質(zhì)的方法。
[0009] 根據(jù)實(shí)施方式的又一方面涉及提供可再充電鋰電池，其包括所述用于可再充電鋰 電池的正極活性物質(zhì)。
[0010] 根據(jù)一個實(shí)施方式，用于可再充電鋰電池的正極活性物質(zhì)包括：包括選自由以下 化學(xué)式1表示的基于鎳的復(fù)合氧化物和由以下化學(xué)式2表示的鋰錳氧化物的至少一種的 芯；和在所述芯的表面上并包括由以下化學(xué)式3表示的鋰金屬氧化物的包覆層，其中在使 用CuKa射線的X-射線衍射圖案中，所述正極活性物質(zhì)具有在約19° -約22°的20值 處的峰和在約40°-約45°的20值處的另一峰。
[0011] 化學(xué)式1
[0012] LiNixCoyMni_x_y02
[0013] 在以上化學(xué)式1中，0? 1彡x彡0? 8,且0? 1彡y彡0? 8。
[0014] 化學(xué)式2
[0015] LiaMnb0c
[0016] 在以上化學(xué)式2中，1彡a彡2，1彡b彡2,且2彡c彡4。
[0017] 化學(xué)式3
[0018] Li2M03
[0019]在以上化學(xué)式3中，M為選自Zr和Ti的至少一種四價元素。
[0020] 所述正極活性物質(zhì)可具有約2. 0-約3. 0的所述在約19°-約22°的2 0值處的 峰對所述在約40° -約45°的2 0值處的另一峰的強(qiáng)度比。所述正極活性物質(zhì)可具有約 2.0-約2. 5的所述在約19° -約22°的2 0值處的峰對所述在約40° -約45°的2 0值 處的另一峰的強(qiáng)度比。
[0021] 所述正極活性物質(zhì)可包括約90重量％ -約99. 9重量％的所述芯和約0. 1重 量％ -約10重量％的所述包覆層。
[0022] 根據(jù)另一實(shí)施方式，制備用于可再充電鋰電池的正極活性物質(zhì)的方法包括：將選 自由以上化學(xué)式1表示的基于鎳的復(fù)合氧化物和由以上化學(xué)式2表示的鋰錳氧化物的至少 一種芯材料與包括包含選自Zr和Ti的至少一種四價元素的鹽的溶液混合以形成混合物； 和熱處理所述混合物以用由以上化學(xué)式3表示的鋰金屬氧化物包覆所述芯材料的表面。
[0023] 根據(jù)又一實(shí)施方式，制備用于可再充電鋰電池的正極活性物質(zhì)的方法包括：將包 含選自Zr和Ti的至少一種四價元素的鹽與第一溶劑混合以形成鹽溶液；將螯合劑和第二 溶劑混合以形成螯合劑溶液；將所述鹽溶液和所述螯合劑溶液混合以形成第一混合溶液； 將所述第一混合溶液和均化劑（homogenizer)混合以形成第二混合溶液；將選自由以上化 學(xué)式1表示的基于鎳的復(fù)合氧化物和由以上化學(xué)式2表示的鋰錳氧化物的至少一種芯材料 與所述第二混合溶液混合以形成混合物；和熱處理所述混合物以用由以上化學(xué)式3表示的 鋰金屬氧化物包覆所述芯材料的表面。
[0024] 包含四價元素的鹽可包括選自Zr0(N03) 2 ?!%0(0彡r彡5)、Zr0(N03)2、Zr(S04) 2、 和Zr(S04)2 ? 4H20的至少一種。
[0025] 基于100摩爾份的所述芯材料，包含四價元素的鹽可以約0. 001摩爾份-約10摩 爾份的量存在于所述鹽溶液中。
[0026] 包括包含四價元素的鹽的溶液（例如，所述鹽溶液）可為水溶液或醇溶液。
[0027] 所述第一溶劑和第二溶劑可各自獨(dú)立地包括水、醇、或其組合。
[0028] 所述熱處理可在約350°C -約1000°C的溫度下進(jìn)行。
[0029] 所述熱處理可在空氣氣氛或氧氣氣氛下進(jìn)行。
[0030] 另一實(shí)施方式提供可再充電鋰電池，其包括：包括所述正極活性物質(zhì)的正極；負(fù) 極；和電解質(zhì)。
[0031] 其它實(shí)施方式包括在以下詳細(xì)描述中。
[0032] 可實(shí)現(xiàn)具有高的容量、以及改善的熱安全性和循環(huán)壽命特性的可再充電鋰電池。
【附圖說明】
[0033] 附圖與說明書一起說明本公開內(nèi)容的實(shí)施方式，且與說明書一起用于解釋本公開 內(nèi)容的原理。
[0034] 圖1為根據(jù)一個實(shí)施方式的可再充電鋰電池的示意性透視圖。
[0035] 圖2為顯示根據(jù)實(shí)施例1-4的正極活性物質(zhì)的X-射線衍射（XRD)分析的圖。
[0036] 圖3為顯示根據(jù)實(shí)施例1、5和6以及對比例1-2的正極活性物質(zhì)的DSC(差示掃 描量熱法）曲線的圖。
[0037] 圖4為顯示根據(jù)實(shí)施例5的正極活性物質(zhì)的一系列透射電子顯微鏡（TEM)照片。
[0038] 圖5為顯示根據(jù)實(shí)施例1、5和6以及對比例1的可再充電鋰電池單元的循環(huán)壽命 特性的圖。
[0039] 圖6為顯示根據(jù)實(shí)施例7和對比例3的可再充電鋰電池單元的循環(huán)壽命特性的 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 在下文中，通過說明顯示和描述一些實(shí)施方式。然而，這些實(shí)施方式是示例性的， 且本公開內(nèi)容不限于此。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到的，本發(fā)明可以許多不同的形式體現(xiàn)。 而且，在本申請的上下文中，當(dāng)?shù)谝辉环Q為"在"第二元件上時，其可直接在所述第二元 件上或者間接在所述第二元件上，其中一個或多個中間元件介于其間。在整個說明書中，相 同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。
[0041] 根據(jù)一個實(shí)施方式的用于可再充電鋰電池的正極活性物質(zhì)包括芯和在（例如，位 于）所述芯的表面處的包覆層。所述芯可包括選自由以下化學(xué)式1表示的基于鎳的復(fù)合氧 化物和由以下化學(xué)式2表示的鋰錳氧化物的至少一種。所述包覆層可包括由以下化學(xué)式3 表示的鋰金屬氧化物。
[0042] 化學(xué)式1
[0043] LiNixCoyM ni_x_y02
[0044] 在以上化學(xué)式中1，0. 1彡x彡0? 8,且0? 1彡y彡0? 8。
[0045] 化學(xué)式2
[0046] LiaMnb0c
[0047] 在以上化學(xué)式中2，1彡a彡2，1彡b彡2,且2彡c彡4。
[0048] 化學(xué)式3
[0049] Li2M03
[0050] 在以上化學(xué)式3中，M為選自Zr和Ti的至少一種四價元素。
[0051] 當(dāng)在芯中包括由以上化學(xué)式1表示的基于鎳的復(fù)合氧化物時，可獲得具有高的容 量的基于Co-Ni-Mn三組分的氧化物或基于Co-Ni雙組分的氧化物。在一些實(shí)施方式中，由 以上化學(xué)式3表示的鋰金屬氧化物包覆在前述基于三組分的氧化物的表面上（例如，在包 括由以上化學(xué)式1表示的基于鎳的復(fù)合氧化物的芯的表面上）。在可再充電鋰電池中可包 括經(jīng)包覆的基于三組分的氧化物以實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的熱安全性和循環(huán)壽命特性、以及高的容量。
[0052] 當(dāng)在芯中包括由以上化學(xué)式2表示的鋰錳氧化物時，可獲得高的性能。在一些實(shí) 施方式中，由以上化學(xué)式3表示的鋰金屬氧化物包覆在所述鋰錳氧化物的表面上（例如，在 包括由以上化學(xué)式2表示的鋰錳氧化物的芯的表面上）。在可再充電鋰電池中可包括經(jīng)包 覆的鋰錳氧化物以實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的熱安全性和循環(huán)壽命特性、以及高的容量。
[0053] 所述芯可一起包括所述基于鎳的復(fù)合氧化物和所述鋰錳氧化物，但本公開內(nèi)容不 限于此。在本文中，所述芯在所述芯的表面上包覆有由以上化學(xué)式3表示的鋰金屬氧化物， 且由此可改善可再充電鋰電池的儲存特性、熱安全性和循環(huán)壽命特性。
[0054] 在使用CuK a射線的XRD圖案中，具有在表面上包覆有由以上化學(xué)式3表示的鋰 金屬氧化物的芯的正極活性物質(zhì)可具有在約19° -約22°的2 0值處的峰和在約40° -約 45°的20處的另一峰。例如，所述峰可在約20° -約21°的20值處，且所述另一峰可 在約42° -約43°的2 0值處。在各自的20值處的峰表明（或顯示），由以上化學(xué)式3 表示的鋰金屬氧化物的相存在，且所述XRD圖案對應(yīng)于（或顯示）其中所述鋰金屬氧化物 包覆在所述芯的