正極活性物質(zhì)、其制備方法和包括其的可充電鋰電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種正極活性物質(zhì)、其制備方法和包括該正極活性物質(zhì)的可充電鋰電池，所述正極活性物質(zhì)包括由Li1+xM1-kMekO2表示的化合物。在正極活性物質(zhì)的顆粒的表面部分中，Li1+xM1-kMekO2中的由Me表示的元素與由M表示的元素的摩爾比[Me/M](A)為0.05≤A≤0.60；在整個(gè)顆粒中，Li1+xM1-kMekO2中的由Me表示的元素與由M表示的元素的摩爾比[Me/M](B)為0.003≤B≤0.012；在顆粒的內(nèi)側(cè)部分中，由Me表示的元素在兩個(gè)位置之間具有小于或等于大約0.04wt％的濃度差。在Li1+xM1-kMekO2中，-0.2≤x≤0.2，0＜k≤0.05，M是從Ni、Mn、Co和它們的組合中選擇的一種，Me是從Al、Mg、Ti、Zr、B、Ni、Mn和它們的組合中選擇的一種，以及M是與Me不同的元素，或者M(jìn)不包括與Me相同的元素。
【專利說(shuō)明】正極活性物質(zhì)、其制備方法和包括其的可充電鋰電池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]公開(kāi)了一種用于可充電鋰電池的正極活性物質(zhì)、一種制備該正極活性物質(zhì)的方法和一種包括該正極活性物質(zhì)的可充電鋰電池。
【背景技術(shù)】
[0002]響應(yīng)于制造輕質(zhì)的便攜式電子裝置并減小其尺寸的趨勢(shì)，用于為這些便攜式電子裝置供電的電池應(yīng)當(dāng)被制造成具有高性能和高容量。
[0003]電池使用用于正極和負(fù)極的電化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)(在下文中簡(jiǎn)稱為“活性物質(zhì)”)來(lái)產(chǎn)生電能?？沙潆婁囯姵卦阡囯x子在正極和負(fù)極處的嵌入/脫嵌過(guò)程中由于化學(xué)勢(shì)的變化而產(chǎn)生電能。
[0004]可充電鋰電池使用用于正極活性物質(zhì)和負(fù)極活性物質(zhì)的在充電和放電反應(yīng)過(guò)程中可逆地嵌入或脫嵌鋰離子的材料，并包括位于正極和負(fù)極之間的有機(jī)電解質(zhì)或聚合物電解質(zhì)。
[0005]在用于可充電鋰電池的正極活性物質(zhì)中，已經(jīng)研究了鋰復(fù)合金屬氧化物，例如LiCoO2' LiMn2O4, LiNiO2' LiNi1^xCoxO2 (O < x < 1)、LiMnO2, LiNi1_x_yCoxMny02 (O < x < 1，1< y < 1)等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]實(shí)施例的一方面涉及一種能夠提高可充電鋰電池的容量和/或循環(huán)壽命特性的用于可充電鋰電池的正極活性物質(zhì)。
[0007]實(shí)施例的一方面涉及一種制備所述正極活性物質(zhì)的方法。
[0008]實(shí)施例的一方面涉及一種包括所述正極活性物質(zhì)的可充電鋰電池。
[0009]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供了一種包括由下面的化學(xué)式I表示的化合物的正極活性物質(zhì)。
[0010]在正極活性物質(zhì)的顆粒的表面部分中，下面的化學(xué)式I中的由Me表示的元素與由M表示的元素的摩爾比[Me/M] (A)為0.05≤A≤0.60 ;在整個(gè)顆粒中，下面的化學(xué)式I中的由Me表示的元素與由M表示的元素的摩爾比[Me/M] (B)為0.003≤B≤0.012。
[0011]在顆粒的內(nèi)側(cè)部分中，由Me表示的元素在兩個(gè)位置之間具有小于或等于大約0.04wt%的濃度差。
[0012][化學(xué)式1]
[0013]LHMekO2
[0014]-0.2 ≤ X ≤ 0.2，0 < k≤ 0.05
[0015]M是從N1、Mn、Co和它們的組合中選擇的一種，
[0016]Me是從Al、Mg、T1、Zr、B、N1、Mn和它們的組合中選擇的一種，以及
[0017]M是與Me不同的元素，或者M(jìn)不包括與Me相同的元素。
[0018]A/B 可以為 10 ≤ A/B ≤ 100。[0019]表面部分和內(nèi)側(cè)部分由界面來(lái)劃分，所述界面位于從顆粒表面朝顆粒中心的恒定的深度處，表面部分被指定為從顆粒表面到所述界面，內(nèi)側(cè)部分被指定為所述界面的內(nèi)部。界面可以設(shè)置在從顆粒表面到顆粒中心的大約3nm至大約IOnm的深度。
[0020]由Me表示的元素可以具有濃度從顆粒表面趨向于顆粒中心而減小的濃度梯度。
[0021]在正極活性物質(zhì)顆粒的內(nèi)側(cè)部分中，化學(xué)式I中的由Me表示的元素可以具有大約0.0 Iwt %至大約0.50wt%的濃度。
[0022]在一個(gè)實(shí)施例中，在上面的化學(xué)式I中，M可以為Co。
[0023]正極活性物質(zhì)可以具有大約5 μ m至大約20 μ m的平均顆粒直徑。
[0024]根據(jù)另一實(shí)施例，提供了一種可充電鋰電池，所述可充電鋰電池包括:正極，包括所述正極活性物質(zhì)；負(fù)極，包括負(fù)極活性物質(zhì)；以及非水電解質(zhì)。
[0025]負(fù)極活性物質(zhì)可以是可逆地嵌入和脫嵌鋰離子的材料、鋰金屬、鋰金屬合金、能夠摻雜和脫摻雜鋰的材料或過(guò)渡金屬氧化物。
[0026]非水電解質(zhì)可以包括從碳酸酯類溶劑、酯類溶劑、醚類溶劑、酮類溶劑、醇類溶劑和非質(zhì)子溶劑以及它們的組合中選擇的非水有機(jī)溶劑。
[0027]根據(jù)又一實(shí)施例，提供了一種制備用于可充電鋰電池的正極活性物質(zhì)的方法，所述正極活性物質(zhì)包括由下面的化學(xué)式I表示的化合物，所述方法包括:混合Li原料、由M表示的元素的原料(其中，M是從N1、Mn、Co和它們的組合中選擇的一種)和由Me1表示的元素的原料(其中，Me1是從Al、Mg、T1、Zr、B、N1、Mn和它們的組合中選擇的一種)，并對(duì)其進(jìn)行焙燒，以提供包括L1、M和Me1的化合物的初級(jí)顆粒；以及用由Me2 (其中，Me2是從Al、Mg、T1、Zr、B、N1、Mn和它們的組合中選擇的一種)表示的元素的原料包覆初級(jí)顆粒，并對(duì)其進(jìn)行焙燒，以提供包括L1、M和Me1以及Me2的化合物的次級(jí)顆粒。
[0028][化學(xué)式I]
[0029]LHMekO2
[0030]-0.2 ≤ X ≤ 0.2，O < k ≤ 0.05，
[0031]M是從N1、Mn、Co和它們的組合中選擇的一種，
[0032]Me是從Al、Mg、T1、Zr、B、N1、Mn和它們的組合中選擇的一種，以及
[0033]M是與Me不同的元素，或者M(jìn)不包括與Me相同的元素。
[0034]考慮到上述內(nèi)容并根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述可充電鋰電池具有提高的容量和循環(huán)壽命特性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0035]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的可充電鋰電池的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0036]圖2A是從示例2獲得的正極活性物質(zhì)顆粒的顯微照片。
[0037]圖2B是示出從示例2獲得的正極活性物質(zhì)顆粒的根據(jù)深度的Ti和Mg的濃度的曲線圖。
[0038]圖3是示出從對(duì)比示例4獲得的正極活性物質(zhì)顆粒的根據(jù)深度的Ti和Mg的濃度的曲線圖。
[0039]圖4是示出從示例I至示例3和對(duì)比示例I至對(duì)比示例4獲得的可充電鋰電池單元的根據(jù)循環(huán)次數(shù)的容量以確定循環(huán)壽命特性的曲線圖。[0040]圖5是示出從示例I至示例3和對(duì)比示例2至對(duì)比示例4獲得的可充電鋰電池單元的根據(jù)循環(huán)次數(shù)的平均電壓以確定循環(huán)壽命特性的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041]在下文中將詳細(xì)地描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。然而，這些實(shí)施例僅是示例性的，本發(fā)明不限于此。
[0042]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供了一種用于可充電鋰電池的包括由下面的化學(xué)式I表示的化合物的正極活性物質(zhì)。
[0043][化學(xué)式I]
[0044]LHMekO2
[0045]-0.2 ≤ X ≤ 0.2，O < k ≤ 0.05
[0046]M是從N1、Mn、Co和它們的組合中選擇的一種，
[0047]Me是從Al、Mg、T1、Zr、B、N1、Mn和它們的組合中選擇的一種，以及
[0048]M是與Me不同的元素，或者不包括與Me相同的元素。
[0049]該正極活性物質(zhì)與在內(nèi)側(cè)部分中相比在表面部分中具有更高濃度的由Me表示的元素。例如，當(dāng)在正極活性物質(zhì)的顆粒的表面部分中，化學(xué)式I中的由Me表示的元素與由M表示的元素的摩爾比[Me/M]稱為A時(shí)，A可以為0.05≤A≤0.60 ;當(dāng)在正極活性物質(zhì)的整個(gè)顆粒中，化學(xué)式I中的由Me表示的元素與由M表示的元素的摩爾比[Me/M]稱為B時(shí)，B 可以為 0.003 ^ B ^ 0.012。
[0050]由Me表示的每一元素以相對(duì)均勻的濃度分布在顆粒的內(nèi)側(cè)部分中。例如，化學(xué)式I中的由Me表示的特定的一種元素在設(shè)定的或預(yù)定的兩個(gè)位置之間具有小于或等于大約0.04wt%的濃度差。
[0051]由位于從顆粒表面朝顆粒中心的恒定的深度處的界面(例如，在圖2A中示出的虛線)來(lái)劃分內(nèi)側(cè)部分和表面部分，將表面部分定義為從顆粒表面到界面，將內(nèi)側(cè)部分定義為從界面開(kāi)始的內(nèi)部(例如，從界面到中心)。界面可以位于從顆粒表面到顆粒中心的大約3nm至大約IOnm的深度。例如，界面可以是在從顆粒表面到中心的大約5nm的深度存在的表面。
[0052]可以通過(guò)X射線光電子能譜(XPS)對(duì)于每一元素測(cè)量顆粒的表面部分的濃度，因而可以由此計(jì)算A的值。
[0053]為了測(cè)量基于整個(gè)一個(gè)顆粒的濃度，其可以通過(guò)電感耦合等離子體-原子發(fā)射光譜儀(ICP-AES)進(jìn)行測(cè)量，并可以由此計(jì)算B的值。
[0054]正極活性物質(zhì)可以具有10 A/B ≤100的A/B。例如，A/B可以為25 ( A/B ( 70，具體地為30 < A/B ( 50。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)具有濃度梯度以使得A/B在該范圍內(nèi)時(shí)，具有這種組成的可充電鋰電池具有顯著提高的循環(huán)壽命特性。
[0055]在一個(gè)實(shí)施例中，正極活性物質(zhì)可以在顆粒的表面部分中包括高濃度的由Me表示的元素，并且還具有濃度趨向于中心部分而減小的濃度梯度。在這種情況下，內(nèi)側(cè)部分可以保持設(shè)定的或預(yù)定的濃度水平。例如，在正極活性物質(zhì)顆粒的內(nèi)側(cè)部分中，化學(xué)式I中的由Me表示的元素可以具有大約0.01wt%至大約0.50wt%的濃度，具體地,大約0.05wt%至大約0.3(^丨％的濃度。[0056]根據(jù)另一實(shí)施例，正極活性物質(zhì)可以是基于鋰鈷的復(fù)合氧化物，其中，由M表示的元素為Co。
[0057]正極活性物質(zhì)可以具有大約5 μ m至大約20 μ m的平均顆粒直徑。
[0058]在下文中，描述制備正極活性物質(zhì)的方法。
[0059]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供了一種制備用于可充電鋰電池的正極活性物質(zhì)的方法，所述方法包括:將Li原料、由M(其中，M是從N1、Mn、Co和它們的組合中選擇的一種)表示的元素的原料和由Me1 (其中，Me1是從Al、Mg、T1、Zr、B、N1、Mn和它們的組合中選擇的一種)表示的元素的原料混合，并對(duì)其進(jìn)行熱處理(焙燒)，以提供包括L1、M和Me1的化合物的初級(jí)顆粒；以及在初級(jí)顆粒上包覆由Me2 (其中，Me2是從Al、Mg、T1、Zr、B、N1、Mn和它們的組合中選擇的一種)表示的元素的原料，并對(duì)其進(jìn)行熱處理(焙燒)，以提供包括L1、M、Me1和Me2的化合物的次級(jí)顆粒。
[0060]Li原料可以包括磷酸鋰(Li3PO4)、硝酸鋰(LiNO3)、乙酸鋰(LiCH3COOH)、碳酸鋰(Li2CO3)、氫氧化鋰(LiOH)、磷酸二氫鋰(LiH2PO4)或它們的組合，但是不限于此。
[0061]由M表示的元素的原料可以包括由M表示的元素的氧化物、硫酸鹽、硝酸鹽、乙酸鹽、氫氧化物、氯化物、草酸鹽、氟化物、碳酸鹽或它們的組合，但不限于此。
[0062]由Me1和Me2表示的元素的原料可以包括由Me1和Me2表示的元素的氧化物、硫酸鹽、硝酸鹽、乙酸鹽、氫氧化物、氯化物、草酸鹽、氟化物、碳酸鹽或它們的組合，但不限于此。
[0063]將Li原料、由M表示的元素的原料和由Me1表示的元素的原料混合并焙燒，以提供包括L1、M和Me1的化合物的初級(jí)顆粒；然后與由Me2 (其中，Me2是從Al、Mg、T1、Zr、B、N1、Mn和它們的組合中選擇的一種)表示的元素的原料混合以提高其在正極活性物質(zhì)顆粒的表面部分中的濃度，并進(jìn)行焙燒，以提供包括L1、M和Me1以及Me2的化合物的次級(jí)顆粒，在所述次級(jí)顆粒中，由Me2表示的元素以高濃度存在于顆粒的表面部分中。Me1和Me2可以相同。另外，在其它實(shí)施例中，Me1和Me2可以不同。
[0064]在提供初級(jí)顆粒的過(guò)程中，可以在大約950°C至大約1100°C執(zhí)行焙燒大約10小時(shí)至大約30小時(shí)；并且在提供次級(jí)顆粒的過(guò)程中，可以在大約600°C至大約1000°C執(zhí)行焙燒大約10小時(shí)至大約30小時(shí)。
[0065]根據(jù)另一實(shí)施例，提供了一種可充電鋰電池，該可充電鋰電池包括:正極，包括所述正極活性物質(zhì)；負(fù)極，包括負(fù)極活性物質(zhì)；以及非水電解質(zhì)。
[0066]根據(jù)在電池中使用的電解質(zhì)的種類和分隔件的存在，可以將可充電鋰電池分為鋰離子電池、鋰離子聚合物電池和鋰聚合物電池。可充電鋰電池可以具有各種形狀和尺寸，包括圓柱型、棱柱型、幣型或袋型電池，并且可以是薄膜電池或在尺寸上可以相當(dāng)大。用于與本公開(kāi)相關(guān)的鋰離子電池的結(jié)構(gòu)和制造方法在本領(lǐng)域中是公知的。
[0067]圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的可充電鋰電池的分解透視圖。參照?qǐng)D1，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的可充電鋰電池100包括電池單元、容納電池單元的電池殼體120和密封電池殼體120的密封構(gòu)件140，電池單元包括正極114、面對(duì)正極114的負(fù)極112、設(shè)置在正極114和負(fù)極112之間的分隔件113以及浸潰正極114、負(fù)極112和分隔件113的電解質(zhì)。通過(guò)順序地堆疊負(fù)極112、分隔件113和正極114并螺旋卷繞它們以及將卷繞的產(chǎn)物容納在電池殼體120中來(lái)制造可充電鋰電池100。
[0068]負(fù)極包括集流體和形成在集流體上的負(fù)極活性物質(zhì)層，負(fù)極活性物質(zhì)層包括負(fù)極活性物質(zhì)。
[0069]負(fù)極活性物質(zhì)層包括可逆地嵌入/脫嵌鋰離子的材料、鋰金屬、鋰金屬合金、能夠摻雜和脫摻雜鋰的材料或過(guò)渡金屬氧化物。
[0070]可逆地嵌入/脫嵌鋰離子的材料包括碳材料。碳材料可以是在鋰離子可充電電池中常用的任何碳基負(fù)極活性物質(zhì)。碳材料的示例包括結(jié)晶碳、非晶碳和它們的混合物。結(jié)晶碳可以是無(wú)定形的或板形的、小片形的、球形的或纖維形的天然石墨或人造石墨。非晶碳可以是軟碳、硬碳、中間相浙青碳化產(chǎn)物、燒制焦炭等。
[0071]鋰金屬合金包括鋰和從Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、S1、Sb、Pb、In、Zn、Ba、Ra、Ge、Al或Sn中選擇的金屬。
[0072]能夠摻雜和脫摻雜鋰的材料可以包括S1、SiOx (O < X < 2), S1-C復(fù)合物、S1-Q合金(其中，Q是從堿金屬、堿土金屬、13族至16族元素、過(guò)渡元素、稀土元素或它們的組合中選擇的兀素，并且不是Si)、Sn、SnO2> Sn-C復(fù)合物、Sn-R合金(其中，R選自于堿金屬、堿土金屬、13族至16族元素、過(guò)渡元素、稀土元素或它們的組合,并且不是Sn)等。這些材料中的至少一種可以與SiO2混合。元素Q和R可以為Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Sc、Y、T1、Zr、Hf、Rf、V、Nb、Ta、Db、Cr、Mo、W、Sg、Tc、Re、Bh、Fe、Pb、Ru、Os、Hs、Rh、Ir、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、B、Al、Ga、Sn、In、T1、Ge、P、As、Sb、B1、S、Se、Te、Po 或它們的組合。
[0073]過(guò)渡金屬氧化物可以包括氧化釩、氧化鋰釩等。
[0074]負(fù)極活性物質(zhì)層包括粘結(jié)劑，并可選地包括導(dǎo)電材料。
[0075]粘結(jié)劑提高負(fù)極活性物質(zhì)顆粒彼此間的粘結(jié)性能以及負(fù)極活性物質(zhì)與集流體的粘結(jié)性能。粘結(jié)劑包括聚乙烯醇、羧甲基纖維素、羥丙基纖維素、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含亞乙基氧的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡膠、丙烯酸(酯)化的丁苯橡膠、環(huán)氧樹(shù)脂、尼龍等，但不限于此。
[0076]導(dǎo)電材料用于為電極提供導(dǎo)電性。該導(dǎo)電材料可以是用作導(dǎo)電材料的任何導(dǎo)電材料，除非它引起化學(xué)變化。導(dǎo)電材料的示例包括:碳基材料，例如天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纖維等；包括銅、鎳、鋁、銀等的金屬粉末或金屬纖維的金屬基材料；導(dǎo)電聚合物，例如聚亞苯基衍生物等；或它們的混合物。
[0077]集流體可以是銅箔、鎳箔、不銹鋼箔、鈦箔、泡沫鎳、泡沫銅、包覆有導(dǎo)電金屬的聚合物基板或者它們的組合。
[0078]正極包括集流體和設(shè)置在集流體上的正極活性物質(zhì)層。
[0079]正極活性物質(zhì)與上面描述的相同。
[0080]正極活性物質(zhì)層可以包括粘結(jié)劑和導(dǎo)電材料。
[0081]粘結(jié)劑提高正極活性物質(zhì)顆粒彼此之間以及正極活性物質(zhì)顆粒與集流體的粘結(jié)性能。粘結(jié)劑的示例包括聚乙烯醇、羧甲基纖維素、羥丙基纖維素、二乙?；w維素、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含亞乙基氧的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡膠、丙烯酸(酯)化的丁苯橡膠、環(huán)氧樹(shù)脂、尼龍等，但不限于此。
[0082]導(dǎo)電材料用于為電極提供導(dǎo)電性。在包括導(dǎo)電材料的電池中，該導(dǎo)電材料可以包括不引起化學(xué)變化或引起可忽略的化學(xué)變化的任何合適的導(dǎo)電材料。例如，導(dǎo)電材料可以包括天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纖維、金屬粉末或金屬纖維等(例如銅、鎳、鋁、銀等)、諸如聚亞苯基衍生物等的導(dǎo)電聚合物或者它們中的至少兩種的混合物。
[0083]集流體可以是Al，但不限于此。
[0084]可分別通過(guò)包括下述步驟的方法來(lái)制造負(fù)極和正極:將活性物質(zhì)、導(dǎo)電材料和粘結(jié)劑混合成活性物質(zhì)組合物，并將該組合物涂覆在集流體上。電極制造方法是公知的，因此在本說(shuō)明書中不再詳細(xì)描述。溶劑包括N-甲基吡咯烷酮等，但不限于此。
[0085]電解質(zhì)包括非水有機(jī)溶劑和鋰鹽。
[0086]非水有機(jī)溶劑用作用于傳遞參與電池的電化學(xué)反應(yīng)的離子的媒介。
[0087]非水有機(jī)溶劑可包括碳酸酯類溶劑、酯類溶劑、醚類溶劑、酮類溶劑、醇類溶劑或非質(zhì)子溶劑。碳酸酯類溶劑可包括碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)、碳酸甲乙酯(MEC)、碳酸亞乙酯(EC)、碳酸亞丙酯(PC)、碳酸亞丁酯(BC)等。酯類溶劑可包括乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、Y-丁內(nèi)酯、癸內(nèi)酯、戊內(nèi)酯、甲瓦龍酸內(nèi)酯、己內(nèi)酯等。醚類溶劑包括二丁醚、四甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、二甲氧基乙烷、2-甲基四氫呋喃、四氫呋喃等，酮類溶劑包括環(huán)己酮等。醇類溶劑包括乙醇、異丙醇等，非質(zhì)子溶劑包括腈例如R_CN(其中，R為包括雙鍵、芳香環(huán)或醚鍵的C2至C20直鏈烴基、支鏈烴基或環(huán)烴基)、酰胺(例如，二甲基甲酰胺)、二氧戊環(huán)(例如，1，3-二氧戊環(huán))、環(huán)丁砜等。
[0088]非水有機(jī)溶劑可以單獨(dú)地使用或以混合物的形式使用。當(dāng)以混合物的形式使用有機(jī)溶劑時(shí)，可以根據(jù)期望的電池性能來(lái)控制混合比。
[0089]可以通過(guò)混合環(huán)狀碳酸酯和鏈狀碳酸酯來(lái)制備碳酸酯類溶劑。環(huán)狀碳酸酯和鏈狀碳酸酯以大約1:1至大約1: 9的體積比混合在一起。在此范圍內(nèi)，可以改善電解質(zhì)的性能。
[0090]另外，還可以通過(guò)將碳酸酯類溶劑與芳香烴類溶劑混合來(lái)制備非水有機(jī)溶劑。碳酸酯類溶劑和芳香烴類溶劑可以以范圍為大約1:1至大約30: I的體積比混合在一起。[0091 ] 芳香烴類有機(jī)溶劑可以由下面的化學(xué)式A表示。
[0092][化學(xué)式A]
[0093]
【權(quán)利要求】
1.一種用于可充電鋰電池的正極活性物質(zhì)，所述正極活性物質(zhì)包括: 由下面的化學(xué)式I表示的化合物， 其中，在正極活性物質(zhì)的顆粒的表面部分中，下面的化學(xué)式1中的由Me表示的元素與由M表示的元素的摩爾比A為0.05≤A≤0.60 ; 其中，在整個(gè)顆粒中，下面的化學(xué)式I中的由Me表示的元素與由M表示的元素的摩爾比B為0.003≤B≤0.012 ;以及 其中，在顆粒的內(nèi)側(cè)部分中，由Me表示的元素在兩個(gè)位置之間具有小于或等于0.04wt%的濃度差， 化學(xué)式1 Li1+XM1-kMek02
其中，-0.2 ≤ X ≤ 0.2，0 < k≤ 0.05， M是從Ni、Mn、Co和它們的組合中選擇的一種， Me是從Al、Mg、Ti、Zr、B、Ni、Mn和它們的組合中選擇的一種，以及 M是與Me不同的元素,或者M(jìn)不包括與Me相同的元素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極活性物質(zhì)，其中，A/B為10≤A/B≤ 100。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極活性物質(zhì)， 其中，表面部分和內(nèi)側(cè)部分由界面來(lái)劃分，所述界面位于從顆粒表面到顆粒中心相同的深度； 其中，表面部分被指定為從顆粒表面到所述界面，內(nèi)側(cè)部分被指定為所述界面的內(nèi)部；以及 其中，所述界面位于從顆粒表面到顆粒中心的3nm至IOnm的深度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極活性物質(zhì)，其中，由Me表示的元素具有從顆粒表面到顆粒中心減小的濃度梯度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極活性物質(zhì)，其中，化學(xué)式1中的由Me表示的元素在顆粒的內(nèi)側(cè)部分中具有0.01wt%至0.50wt%的濃度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極活性物質(zhì)，其中，在上面的化學(xué)式1中，M是Co。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正極活性物質(zhì),其中，正極活性物質(zhì)具有5μ m至20 μ m的平均顆粒直徑。
8.一種可充電鋰電池，所述可充電鋰電池包括: 正極，包括正極活性物質(zhì)； 負(fù)極，包括負(fù)極活性物質(zhì)；以及 非水電解質(zhì)， 其中，正極活性物質(zhì)包括由下面的化學(xué)式I表示的化合物， 其中，在正極活性物質(zhì)的顆粒的表面部分中，下面的化學(xué)式1中的由Me表示的元素與由M表示的元素的摩爾比A為0.05≤A≤0.60 ; 其中，在整個(gè)顆粒中，下面的化學(xué)式1中的由Me表示的元素與由M表示的元素的摩爾比B為0.003≤B≤0.012 ;以及 其中，在顆粒的內(nèi)側(cè)部分中，由Me表示的元素在兩個(gè)位置之間具有小于或等于.0.04wt%的濃度差，化學(xué)式I Li 1+XM 卜 kMek02
其中，-0.2 ≤ X ≤ 0.2，0 < k ≤ 0.05，
M是從N1、Mn、Co和它們的組合中選擇的一種，
Me是從Al、Mg、T1、Zr、B、N1、Mn和它們的組合中選擇的一種，以及
M是與Me不同的元素,或者M(jìn)不包括與Me相同的元素。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的可充電鋰電池，其中，負(fù)極活性物質(zhì)是可逆地嵌入和脫嵌鋰離子的材料、鋰金屬、鋰金屬合金、摻雜和脫摻雜鋰的材料或過(guò)渡金屬氧化物。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的可充電鋰電池，其中，非水電解質(zhì)包括從碳酸酯類溶劑、酯類溶劑、醚類溶劑、酮類溶劑、醇類溶劑和非質(zhì)子溶劑以及它們的組合中選擇的非水有機(jī)溶劑。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的可充電鋰電池，其中，A/B為10≤A/B≤100。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的可充電鋰電池， 其中，表面部分和內(nèi)側(cè)部分由界面來(lái)劃分，所述界面位于從顆粒表面到顆粒中心相同的深度； 其中，表面部分被指定為從顆粒表面到所述界面，內(nèi)側(cè)部分被指定為所述界面的內(nèi)部；以及 其中，所述界面位于從顆粒表面到顆粒中心的3nm至10nm的深度。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的可充電鋰電池，其中，由Me表示的元素具有從顆粒表面到顆粒中心減小的濃度梯度。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的可充電鋰電池，其中，化學(xué)式I中的由Me表示的元素在顆粒的內(nèi)側(cè)部分中具有0.01界1:%至0.50界1:%的濃度。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的可充電鋰電池，其中，在上面的化學(xué)式I中，M是Co。
16.根據(jù)權(quán)利要求8所述的可充電鋰電池，其中，正極活性物質(zhì)具有5μ m至20 μ m的平均顆粒直徑。
17.一種制備用于可充電鋰電池的正極活性物質(zhì)的方法，所述正極活性物質(zhì)包括由下面的化學(xué)式I表示的化合物，所述方法包括下述步驟: 混合Li原料、由M表示的元素的原料和由Me1表示的元素的原料，并對(duì)其進(jìn)行焙燒，以提供包括L1、M和Me1的化合物的初級(jí)顆粒，其中，M是從N1、Mn、Co和它們的組合中選擇的一種，Me1是從Al、Mg、T1、Zr、B、N1、Mn和它們的組合中選擇的一種；以及 用由Me2表示的元素的原料包覆初級(jí)顆粒，并對(duì)其進(jìn)行焙燒，以提供包括L1、M和Me1以及Me2的化合物的次級(jí)顆粒，其中，Me2是從Al、Mg、T1、Zr、B、N1、Mn和它們的組合中選擇的一種， 化學(xué)式I Li 1+XM 卜 kMek02
-0.2 ≤ X ≤ 0.2，0 < k ≤ 0.05， 其中，M是從N1、Mn、Co和它們的組合中選擇的一種， Me是從Al、Mg、T1、Zr、B、N1、Mn和它們的組合中選擇的一種，以及 M是與Me不同的元素,或者M(jìn)不包括與Me相同的元素。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，焙燒以提供次級(jí)顆粒的步驟包括:將初級(jí)顆粒與由Me2表示的元素的原料混合，并在600°C至1000°C下焙燒10小時(shí)至30小時(shí)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，焙燒以提供初級(jí)顆粒的步驟包括:在950°C至1100°C下焙燒10小時(shí)至30小 時(shí)。
【文檔編號(hào)】H01M10/0525GK103594692SQ201310047994
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年2月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月14日
【發(fā)明者】樸晸浚 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社