复合正极活性物质、采用其的正极和锂电池及其制备方法与流程

本公开涉及一种复合正极活性物质、包括该复合正极活性物质的正极和锂电池以及制备该复合正极活性物质的方法。

背景技术：

1、对于各种装置的小型化和高性能，除了小尺寸和轻重量特性之外，锂电池的高能量密度正变得越来越重要。换句话说，高容量锂电池正变得越来越重要。

2、为了实现适合于以上用途的锂电池，正在考虑具有高容量的正极活性物质。

3、相关技术的镍基正极活性物质由于副反应而具有劣化的寿命特性和差的热稳定性。

4、因此，需要一种能够在包括镍基正极活性物质的同时防止电池性能劣化的方法。

技术实现思路

1、技术问题

2、本公开的一个或更多个实施例的方面旨在提供一种新型的复合正极活性物质，该复合正极活性物质能够抑制复合正极活性物质的副反应并且改善电极反应的可逆性，以便防止锂性能的劣化。

3、本公开的一个或更多个实施例的方面旨在提供一种包括该复合正极活性物质的正极。

4、本公开的一个或更多个实施例的方面旨在提供一种包括该正极的锂电池。

5、本公开的一个或更多个实施例的方面旨在提供一种制备该复合正极活性物质的方法。

6、技术方案

7、根据本公开的一个或更多个实施例，提供了一种复合正极活性物质，该复合正极活性物质包括：

8、第1核，包括第一锂过渡金属氧化物；

9、第2核，包括第二锂过渡金属氧化物；以及

10、壳，沿着第1核和第2核中的至少一个的表面设置，

11、其中，壳包括：至少一种第一金属氧化物，由maob(其中，0<a≤3，0<b<4，并且当a为1、2或3时，b不为整数)表示；以及碳基材料，

12、所述至少一种第一金属氧化物设置在碳基材料的基质中，并且m是选自于元素周期表的2族至13族、15族和16族中的至少一种金属，并且

13、第一锂过渡金属氧化物和第二锂过渡金属氧化物具有彼此不同的平均粒径。

14、根据本公开的一个或更多个实施例，

15、提供了一种包括该正极活性物质的正极。

16、根据本公开的一个或更多个实施例，

17、提供了一种包括该正极的锂电池。

18、根据本公开的一个或更多个实施例，提供了一种制备复合正极活性物质的方法，该方法包括：

19、提供第一锂过渡金属氧化物；提供第二锂过渡金属氧化物；提供复合物；

20、制备第1核/壳结构和第2核/壳结构中的至少一种，其中，第1核/壳结构通过机械研磨第一锂过渡金属氧化物和复合物获得，并且第2核/壳结构通过机械研磨第二锂过渡金属氧化物和复合物获得；以及

21、将所述第1核/壳结构与第二锂过渡金属氧化物混合、将第2核/壳结构与第一锂过渡金属氧化物混合、或者将第1核/壳结构与第2核/壳结构混合，

22、其中，复合物包括：至少一种第一金属氧化物，由maob(其中，0<a≤3，0<b<4，并且当a为1、2或3时，b不为整数)表示；以及碳基材料，并且

23、所述至少一种第一金属氧化物设置在碳基材料的基质中，并且m是选自于元素周期表的2族至13族、15族和16族中的至少一种金属。

24、有益效果

25、根据本公开的一个或更多个实施例，在复合正极活性物质中，可以在大直径锂过渡金属氧化物和小直径锂过渡金属氧化物的至少一个核上设置包括第一金属氧化物和碳基材料的壳，因此，可以改善锂电池的高温循环特性，并且可以抑制锂电池的内阻的增大。

技术特征：

1.一种复合正极活性物质，所述复合正极活性物质包括：

2.根据权利要求1所述的复合正极活性物质，其中，所述第一锂过渡金属氧化物是大直径锂过渡金属氧化物，并且所述第一锂过渡金属氧化物的粒径是大直径并且大于所述第二锂过渡金属氧化物的粒径。

3.根据权利要求1所述的复合正极活性物质，其中，所述第一锂过渡金属氧化物和所述第二锂过渡金属氧化物具有双峰粒度分布。

4.根据权利要求1所述的复合正极活性物质，其中，所述第一锂过渡金属氧化物的平均粒径大于10μm且小于或等于25μm，并且所述第二锂过渡金属氧化物的平均粒径是在1μm至10μm的范围内。

5.根据权利要求1所述的复合正极活性物质，其中，所述第一锂过渡金属氧化物与所述第二锂过渡金属氧化物的重量比在90:10至60:40的范围内。

6.根据权利要求1所述的复合正极活性物质，其中，所述壳仅布置在所述第1核上、所述壳仅设置在所述第2核上、或者所述壳设置在所述第1核和所述第2核两者上。

7.根据权利要求1所述的复合正极活性物质，其中，包括在所述至少一种第一金属氧化物中的金属包括选自于al、nb、mg、sc、ti、zr、v、w、mn、fe、co、pd、cu、ag、zn、sb和se中的至少一种金属。

8.根据权利要求1所述的复合正极活性物质，其中，所述至少一种第一金属氧化物包括选自于以下物质中的至少一种：al2oz，其中，0<z<3；nbox，其中，0<x<2.5；mgox，其中，0<x<1；sc2oz，其中，0<z<3；tioy，其中，0<y<2；zroy，其中，0<y<2；v2oz，其中，0<z<3；woy，其中，0<y<2；mnoy，其中，0<y<2；fe2oz，其中，0<z<3；co3ow，其中，0<w<4；pdox，其中，0<x<1；cuox，其中，0<x<1；agox，其中，0<x<1；znox，其中，0<x<1；sb2oz，其中，0<z<3；以及seoy，其中，0<y<2。

9.根据权利要求1所述的复合正极活性物质，其中，所述壳还包括由maoc表示的第二金属氧化物，其中，0<a≤3，0<c≤4，a为1、2或3，c为整数，

10.根据权利要求9所述的复合正极活性物质，其中，所述第二金属氧化物选自于al2o3、nbo、nbo2、nb2o5、mgo、sc2o3、tio2、zro2、v2o3、wo2、mno2、fe2o3、co3o4、pdo、cuo、ago、zno、sb2o3和seo2，并且

11.根据权利要求1所述的复合正极活性物质，其中，所述壳具有在1nm至5μm的范围内的厚度。

12.根据权利要求1所述的复合正极活性物质，其中，所述壳包括选自于复合物和所述复合物的研磨产物中的至少一种，所述复合物包括所述至少一种第一金属氧化物和所述碳基材料，并且

13.根据权利要求12所述的复合正极活性物质，其中，所述复合物还包括具有与所述至少一种第一金属氧化物的组成不同的组成的第二金属氧化物，

14.根据权利要求12所述的复合正极活性物质，其中，所述碳基材料具有分支结构，并且所述至少一种第一金属氧化物分布在所述分支结构中，并且

15.根据权利要求12所述的复合正极活性物质，其中，所述碳基材料具有选自于球形结构、多个球形结构彼此连接的螺旋结构和多个球形结构聚集的簇结构中的至少一种结构，

16.根据权利要求1所述的复合正极活性物质，其中，所述锂过渡金属氧化物由式1或式2表示：

17.一种正极，所述正极包括根据权利要求1至16中的任一项所述的复合正极活性物质。

18.一种锂电池，所述锂电池包括：

19.一种制备复合正极活性物质的方法，所述方法包括以下步骤：

20.根据权利要求19所述的方法，其中，提供所述复合物的步骤包括：向至少一种第二金属氧化物供应由碳源气体组成的反应气体并且对所述至少一种第二金属氧化物执行热处理，所述至少一种第二金属氧化物由maoc，其中，0<a≤3，0<c≤4，并且当a为1、2或3时，c为整数，

技术总结
提供了一种复合正极活性物质、包括该复合正极活性物质的正极和锂电池以及用于制备该复合正极活性物质的方法。该复合正极活性物质包括：第一核(第1核)，包括第一锂过渡金属氧化物；第二核(第2核)，包括第二锂过渡金属氧化物；以及壳，沿着第一核和/或第二核的表面布置，其中，壳包括由化学式M<subgt;a</subgt;O<subgt;b</subgt;(其中，0<a≤3，0<b<4，并且如果a为1、2或3，b不为整数)表示的至少一种类型的第一金属氧化物以及碳基材料，第一金属氧化物布置在碳基材料基质中，M为选自于元素周期表的2族至13族、15族和16族之中的至少一种金属，并且第一锂过渡金属氧化物和第二锂过渡金属氧化物具有彼此不同的平均粒径。

技术研发人员：文钟硕,孙寅赫,安德烈·科皮洛夫,金圭成,马相国,赵偗任
受保护的技术使用者：三星SDI株式会社
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15