用于非水电解质二次电池的正极活性材料以及使用所述正极活性材料的正极和二次电池的制作方法_2

文档序号:9757134阅读:来源:国知局
低,运反过来使充电/放电容量和循环性能劣化。
[0031] 在化学式中,y表示化的量。化在层状化合物LiCo化的层之间分散并且在充电过程 中防止晶体结构在Li消除的位置处的分解。运被认为是因为相比Li ,Na具有较低的迁移率 并且需要更多的时间W被电压作用提取,因此,化往往停留在层之间并且抑制晶体结构的 分解,从而改善充电过程的耐久性。
[0032] 通过优化y,连续充电过程中或者在不低于4.3V的高压充电过程中Li的消除所引 起的晶体结构分解可W被抑制,运最终有助于高容量或优越的循环性能。因为化的离子半 径大于Li,用化部分替代Li扩展了层间距离,运可W通过粉末X-射线衍射(XRD)来确定,其 中,相比没有化的材料,峰值朝向低角的一侧移动。y的范围优选地是0<y ^ 0.020,更优选 地是0.002 < y < 0.018。当y超过0.020时,过量的化可能不能被容纳在Li层中,并且晶体结 构可能不会被保持,运可能最终不利地影响电池性能。
[0033] 在化学式中,W表示Co的量。Co是构成本发明的包含Li的复合氧化物的主要元素之 一。巧的范围是0.990 < W < 1.015。当W小于0.990时,容量和循环性能低,而当W超过1.015时, 晶体结构的稳定性低。
[0034] 在化学式中,a表示Al的量。Al稳定晶体结构W改善热稳定性和连续充电性能。当 正极活性材料粒子表面上的Al的量大于体内的Al的量时,循环性能较好。a的范围是0.005 < a < 0.020,优选地0 . OlO < a < 0.016。当a小于0.005时,连续充电性能明显很差,而当a超 过0.020时,容量低。
[0035] 在化学式中,b表示Mg的量。Mg稳定晶体结构W改善热稳定性和连续充电性能。b的 范围是0.0 Ol非< 0.020,优选地0.005非< 0.012。当b小于0.0 Ol时,可能不会显著地产生 上述效果,而当b超过0.020时,比表面积可能太小。
[0036] 在化学式中,C表示元素 M的量。元素 M是选自化、¥、稀±元素、Ti、化、Hf、V、师、Ta、 Cr、Mo、W、Mn、Fe、Ni、Cu、Ag、al、B、Ga、C、Si、Sn、N、P、S、F、或Cl的至少一种元素。c的范围优选 地是0.0005含C含0.005,更优选地是O. OOl含C含0.003。当C不超过0.0005时,元素 M有助于 晶体结构稳定性的改善,而当C超过0.005时,循环性能可能被损害,虽然其详细的机理未 知。
[0037] 当Zr作为M被包含时,晶体结构的稳定性被更多地改善。Zr的量优选地不低于 0.0 OOl并低于0.005,更优选地不低于0.0005并不超过0.003。当Zr的量低于0.0 OOl时,可能 不会充分地产生上述效果,当Zr的量不低于0.005时,比表面积可能太小。
[0038] 当Ti作为M被包含时,充电/放电过程中Li的脱嵌/嵌入速率高,并因此负载特性 高。Ti的量优选地不低于0.0 OOl并低于0.005,更优选地不低于0.0005并不超过0.003。当Ti 的量低于0.0001时,可能不会充分地产生上述效果,而当Ti的量不低于0.005时,主要粒子 的生长被抑制,可能引起构成二次粒子的主要粒子的数量增加。
[0039] 优选地,Ti和化两者作为M被包含。当M是Ti和Zr时,可W获得可W制作具有稳定质 量的高负载特性和高容量的电池的正极活性材料。
[0040] 在化学式中,2+a表示氧的量,并且根据^、防、41、1邑、和1的含量确定其范围。曰的 范围是-0.1 <曰<〇.1。
[0041 ] (X)/ (w+a+b+c)表示(Xi +Na)和(Co+Al +Mg+M)的摩尔比。优选地,(X) / (w+a+b+c)不 小于0.990,并且当其小于0.990时,连续充电时间明显缩短。
[0042] 根据本发明的正极活性材料为包含裡的复合氧化物粒子的形式,该包含裡的复合 氧化物粒子具有粘附至其表面的化合物,所述化合物包含选自Al、Mg和M(与化学式(1)中的 M相同)的至少一种元素(在下文有时被称为"粘附化合物")。粘附化合物是无机化合物,例 如W上提到的元素的氨氧化物、氧化物或碳酸盐。优选地,在复合氧化物粒子的表面上均匀 地分散和粘附该无机化合物。正极活性材料的粒子尺寸没有特别限制,并且平均粒子尺寸 可W优选地为大约2到50WI1,从而当粒子被涂在电极板时,达到足够的密度。为了提高密度, 可W混合两种或多种具有落在上述粒子尺寸范围内的不同平均粒子尺寸的正极活性材料 来使用。
[0043] 现在讨论用于制造根据本发明的正极活性材料的方法。
[0044] 首先,用于制造根据本发明的正极活性材料中的包含裡的复合氧化物的方法没有 特别的限制,只要能够获得本发明的包含裡的复合氧化物即可。例如,可W通过如下获得本 发明的正极活性材料:将作为裡源的裡化合物、作为钢源的钢化合物、作为钻源的钻化合 物、作为侣源的侣化合物、作为儀源的儀化合物、和作为M的源的M的化合物混合,然后将所 得到的混合物般烧。
[0045] 裡化合物可W是例如无机盐,例如氨氧化裡、氯化裡、硝酸裡、碳酸裡、或硫酸裡, 或者有机盐,例如甲酸裡、乙酸裡、或草酸裡。
[0046] 钢化合物可W是例如无机盐,例如氨氧化钢、氯化钢、硝酸钢、碳酸钢、或硫酸钢, 或者有机盐,例如甲酸钢、乙酸钢、或草酸钢。
[0047] 钻化合物可W是例如氧化物、氨氧化物、碳酸盐、或径基氧化物,优选地为钻的氧 化物。因为正极活性材料呈现钻化合物的形状,所W通过将钻化合物形成为球形或楠球形、 W及调节粒子尺寸、粒子尺寸分布或类似因素可W控制正极活性材料的形状。
[0048] 侣化合物可W是例如氨氧化侣、氯化侣、氧化侣、碳酸侣、硝酸侣、硫酸侣或甲酸 侣。
[0049] 儀化合物可W是例如氨氧化儀、碳酸儀、氯化儀、过氧化儀、氧化儀、硝酸儀、乙酸 儀、碳酸儀、或硝酸儀。
[0050] M的化合物可W根据所选择的元素改变,并且可W是包含M的氧化物、氨氧化物、碳 酸盐、硫酸盐、硝酸盐、或面化物,或者是包含M的气体。
[0051] 上述化合物被提供作为原材料,首先,规定量的裡化合物、钢化合物、钻化合物、侣 化合物、儀化合物、和可选择的M的化合物被分别按量配出并且混合在一起。可W通过传统 方法实施混合,例如在球磨机中,W及优选地为了提高分散在高速揽拌混合器中。
[0052] 然后,所得到的混合物被般烧。可W通过在台车、害、或网带炉中W传统方法在950 至1050°C(优选地在1030至1050°C)实施般烧1至24小时。可W通过如下实施般烧:在低于预 期溫度的溫度下初步般烧,然后将溫度升高至预期溫度,或者在预期溫度下般烧,然后在较 低的溫度下退火。初步般烧或退火优选地在500至800°C实施30分钟至6小时。
[0053] 除了在般烧之前混合Li、Na、Co、Al、Mg和M的相应化合物,通过经由共同沉淀混合 Co、Al、Mg和M所获得的复合化合物可W优选地在般烧之前与Li化合物和Na化合物混合。
[0054] 粘附化合物可W被粘附在包含裡的复合氧化物的粒子表面上,例如通过下列步骤 由此得到:
[0055] 步骤1:单独地按量配出包含裡的复合氧化物(W粒子的形式)、粘附化合物的原材 料和作为pH值调节剂的一水氨氧化裡;
[0056] 步骤2:将一水氨氧化裡溶解在IOOmL纯水中,并且将包含裡的复合氧化物引入其 中W制备第一悬浮液;
[0057] 步骤3:将粘附化合物的原材料溶解在IOmL的纯水中W制备粘附化合物的原材料 溶液;
[0058] 步骤4:将粘附化合物的原材料溶液引入第一悬浮液W制备第二悬浮液;
[0059] 步骤5:揽拌步骤4获得的第二悬浮液W稳定其pH值;
[0060] 步骤6:将pH值稳定的第二悬浮液过滤,并且使用纯水冲洗所获得
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