用于可再充电锂电池的正极活性物质和可再充电锂电池的制作方法_4

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Mgb02(b = 0· 0093)芯和包覆在表 面上的ATP层的正极活性物质,除了将丁醇钛、硝酸锂、磷酸二氢铵和硝酸铝九水合物的各 自的量改为〇. 573g、0. 089g、0. 342g和0. 112g之外。所述正极活性物质具有20 μπι的尺寸 且包括1. 9重量%的ΑΤΡ,基于所述正极活性物质的总重量。另外,ΑΤΡ包覆层具有范围为 lOOnm至150nm的厚度。
[0145] 实施例3
[0146] 根据与实施例1相同的方法制造在表面上包覆有ATPaiuAUUPOD的 LiC〇1 bMgb02(b = 0· 0093)正极活性物质,即,具有LiC〇1 bMgb02(b = 0· 0093)芯和在表面上 的ATP层的正极活性物质,除了将丁醇钛、硝酸锂、磷酸二氢铵和硝酸铝九水合物的各自的 量改为0. 543g、0. 084g、0. 324g和0. 106g之外。所述正极活性物质具有20 μ m的尺寸且包 括1. 8重量%的ATP,基于所述正极活性物质的总重量。另外,ATP包覆层具有范围为lOOnm 至150nm的厚度。
[0147] 实施例4
[0148] 根据与实施例1相同的方法制备在表面上包覆有ATPaiuAUUPOD的 LiC〇1 bMgb02(b = 0· 0093)正极活性物质,即,具有LiC〇1 bMgb02(b = 0· 0093)芯和在表面上 的ATP层的正极活性物质,除了将丁醇钛、硝酸锂、磷酸二氢铵和硝酸铝九水合物的各自的 量改为0. 03018g、0. 04676g、0. 1800g和0. 0587g之外。所述正极活性物质具有20 μ m的尺 寸并包括1重量^^^ΑΤΡ,基于所述正极活性物质的总重量。另外,ATP包覆层具有范围为 lOOnm至150nm的厚度。
[0149] 实施例5
[0150] 根据与实施例1相同的方法制备在表面上包覆有ATPaiuAUUPOD的 LiC〇1 bMgb02(b = 0· 0093)正极活性物质,即,具有LiC〇1 bMgb02(b = 0· 0093)芯和在表面上 的ATP层的正极活性物质,除了将丁醇钛、硝酸锂、磷酸二氢铵和硝酸铝九水合物的各自的 量改为0. 3320g、0. 05143g、0. 1980g和0. 06457g之外。所述正极活性物质具有20 μ m的尺 寸并包括1. 1重量%的六了?,基于所述正极活性物质的总重量。另外,ATP包覆层具有范围 为lOOnm至150nm的厚度。
[0151] 实施例6
[0152] 根据与实施例1相同的方法制造在表面上包覆有ATPaiuAU^JPOdJ的 LiC〇1 bMgb02(b = 0· 0093)正极活性物质,即,具有LiC〇1 bMgb02(b = 0· 0093)芯和在表面上 的ATP层的正极活性物质,除了将丁醇钛、硝酸锂、磷酸二氢铵和硝酸铝九水合物的各自的 量改为0. 3621g、0. 05611g、0. 2160g和0. 0705g之外。所述正极活性物质具有20 μL?的尺 寸并包括1. 2重量%的六了?,基于所述正极活性物质的总重量。另外,ΑΤΡ包覆层具有范围 为100nm至150nm的厚度。
[0153] 实施例7
[0154] 根据与实施例1相同的方法制备在表面上包覆有ATPaiuAUUPOD的 LiC〇1 bMgb02(b = 0· 0093)正极活性物质,即,具有LiC〇1 bMgb02(b = 0· 0093)芯和在表面上 的ATP层的正极活性物质,除了将丁醇钛、硝酸锂、磷酸二氢铵和硝酸铝九水合物的各自的 量改为〇· 4527g、0. 07014g、0. 2700g和0· 08806g之外。所述正极活性物质具有20 μ m的尺 寸并包括1. 5重量%的六了?,基于所述正极活性物质的总重量。另外,ATP包覆层具有范围 为lOOnm至150nm的厚度。
[0155] 实施例8
[0156] 根据与实施例1相同的方法制备在表面上包覆有ATPaiuAUUPOD的 LiC〇1 bMgb02(b = 0· 0093)正极活性物质,即,具有LiC〇1 bMgb02(b = 0· 0093)芯和在表面上 的ATP层的正极活性物质,除了将丁醇钛、硝酸锂、磷酸二氢铵和硝酸铝九水合物的各自的 量改为0· 5130g、0. 07949g、0. 30603g和0· 0998g之外。所述正极活性物质具有20 μ m的尺 寸并包括1. 7重量%的六了?,基于所述正极活性物质的总重量。另外,ATP包覆层具有范围 为lOOnm至150nm的厚度。
[0157] 实施例9
[0158] 根据与实施例1相同的方法制备在表面上包覆有ATPaiuAUUPOD的 LiC〇1 bMgb02(b = 0· 0093)正极活性物质,即,具有LiC〇1 bMgb02(b = 0· 0093)芯和在表面上 的ATP层的正极活性物质,除了将丁醇钛、硝酸锂、磷酸二氢铵和硝酸铝九水合物的各自的 量改为0. 6036g、0. 09351g、0. 3600g和0. 1174g之外。所述正极活性物质具有20 μπι的尺 寸并包括2重量^^^ΑΤΡ,基于所述正极活性物质的总重量。另外,ΑΤΡ包覆层具有范围为 lOOnm至150nm的厚度。
[0159] 实施例10
[0160] 根据与实施例1相同的方法制备在表面上包覆有ATPaiuAluT^JPO^J的 LiC〇1 bMgb02(b = 0· 0093)正极活性物质,即,具有LiC〇1 bMgb02(b = 0· 0093)芯和在表面上 的ATP层的正极活性物质,除了将丁醇钛、硝酸锂、磷酸二氢铵和硝酸铝九水合物的各自的 量改为0. 9054g、0. 14027g、0. 5400g和0. 17612g之外。所述正极活性物质具有20μπι的尺 寸并包括3重量^^^ΑΤΡ,基于所述正极活性物质的总重量。另外,ΑΤΡ包覆层具有lOOnm 至150nm的厚度。
[0161] 实施例11
[0162] 根据与实施例1相同的方法制备在表面上包覆有ATPaiuAU^JPOdJ的 LiC〇1 bMgb02(b = 0· 0093)正极活性物质,即,具有LiC〇1 bMgb02(b = 0· 0093)芯和在表面上 的ATP层的正极活性物质,除了将丁醇钛、硝酸锂、磷酸二氢铵和硝酸铝九水合物的各自的 量改为1. 2701g、0. 1870g、0. 7200g和0· 2348g之外。所述正极活性物质具有20 μπι的尺 寸并包括4重量^^^ΑΤΡ,基于所述正极活性物质的总重量。另外,ΑΤΡ包覆层具有范围为 lOOnm至150nm的厚度。
[0163] 对比例1
[0164] 将900kg具有20 μ m尺寸的LiCoO# 60L乙醇混合并将所得物与具有0. 025kg/ L浓度的异丙醇铝溶液(溶剂:乙醇)混合,且将所得混合物在720°C下热处理5小时以制 备其中LiC〇02的表面包覆有A1 203的正极活性物质。
[0165] 对比例2
[0166] 根据与实施例1相同的方法制备正极活性物质,除了使用1^〇)02作为正极活性物 质之外。
[0167] 电池单元的制i告
[0168] 使用根据实施例1至11以及对比例1和2的各正极、作为其对电极的Li金属、以 及包括体积比为3:6:1的碳酸亚乙酯、碳酸乙甲酯、碳酸二乙酯的混合物和1. 15M LiPFj9 电解质溶液制造硬币型半单元电池。
[0169] 实验实施例
[0170] 1· zLi ss-NMR 谱
[0171] 测量实施例1中使用的ATP(A)以及根据实施例1的正极活性物质(B)和根据对 比例1的正极活性物质(C)的7Li ss-NMR,且将结果提供在图2中。如图2中所示,像ATP 自身一样,根据实施例1的正极活性物质显示出超过一个单重峰。
[0172] 相反,对比例1的正极活性物质显示出多重峰而不是单重峰,且原因是对比例1的 正极活性物质包括异质粒子或非反应产物。
[0173] 另外,图3显示出根据实施例1和对比例2的正极活性物质的放大的7Li ss-NMR 测量结果。如图3中所示,实施例1显示出单重峰,但对比例2明显显示出在主峰的两侧上 的肩峰。
[0174] 基于图2和3中提供的结果,根据实施例1的正极活性物质证明与根据对比例1 和2的正极活性物质相比具有优异的结构稳定性。
[0175] 2. -A1 ss-NMRit
[0176] 测量实施例1中使用的ATP以及根据实施例1和对比例1的正极活性物质的27A1 ss-NMR,且将结果提供在图4中。如图4中所示,在7A1 NMR结果中,根据实施例1的正极 活性物质显示出在约_18ppm、约18ppm、约40ppm和约80ppm处的主峰。另一方面,ATP自 身显示出仅在-18ppm和40ppm处的主峰,且根据对比例1的正极活性物质显示出在18ppm 和80ppm处的主峰。由于实施例1的活性物质显示出在18ppm和80ppm处的主峰,A1从包 覆的ATP扩散到所述正极活性物质内部,且同时在其表面的一部分上形成LiA102结构。该 结果显示,由于包覆有A1203的正极活性物质显示出在18ppm和80ppm处的主峰,所述正极 活性物质可具有A1203包覆效果。
[0177] 3. -P ss-NMRit
[0178] 测量根据实施例1的ATP和根据实施例1的正极活性物质的31P ss-NMR,且将结 果提供在图5中。参考图2的结果,像ATP自身一样,根据实施例1的活性物质显示出非常 小的7Li峰,但参考图5,31P显示出在约9ppm处的主峰。基于所述结果,在包覆于所述活性 物质的表面上的ATP中存在的A1扩散到所述活性物质中,且在ATP中存在的P与Li反应 并形成Li3P04。
[0179] 4. SEM横截而照片和EDS (能量色散X-射线能谱仪)测绘照片
[0180] 将使用根据实施例1的正极活性物质的可再充电锂电池单元在0. 5C下在3. 0V至 4. 5V的范围内充电和放电1000次,并将正极从所述单元分离。拍摄经分离的正极的SHM横 截面和EDS测绘照片并将其提供在图6A和6B中。图6B中的A-SEIL层表示ATP包覆层。
[0181] 另外,将使用根据对比例2的正极活性物质的可再充电锂电池单元在0. 5C下在 3. 0V至4. 5V的范围内充电和放电1000次,并将正极从所述单元分离。拍摄经分离的正极 的SEM横截面和EDS测绘照片并将其提供在图7A和7B中。
[0182] 如图7A和7B中所示,当将使用LiCo02正极活性物质的单元充电和放电时,所述 正极活性物质与电解质溶液中的副反应产物(F成分)反应并形成副反应层。另一方面,使 用具有ATP包覆层的LiC〇02E极活性物质的单元不具有副反应层,因为所述包覆层防止所 述正极活性物质与所述电解质溶液的反应,如图6A和6B中所示。
[0183] 5. Mg掺杂效果
[0184] 通过如下检测对比例2和实施例1的正极活性物质:使用CBS (同心背散射)电子 显微镜检测它们的包覆状态,并将结果提供在图8A和8B中。在图8A和8B中,最亮的部分 表示芯,且所述芯上的部分表示包覆层。如图8B中所示,实施例1的正极活性物质显示出 在包覆层中的明亮的颗粒(晶粒)形状,但对比例2的正极活性物质未显示出明亮的颗粒 形状,而是仅显示出灰色包覆层,如图8A中所示。在图8A中,在包覆层中的棒形状表示空 隙,且图8A中的粒子具有彼此不同的形式和形状。
[0185] 参考图8A和8B的结果,由于当电子传导性较高时发现CBS结果较明亮,而当电子 传导性较低时发现CBS结果较暗,因此当使用用Mg掺杂的化合物作为芯时,Mg在热处理期 间扩散到包覆层中并代替其中的A1且因此改善包覆层的传导性。
[0186] 另外,为了检测包覆层的
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