锂二次电池用正极活性材料的制作方法_2

文档序号:9923015阅读:来源:国知局
4.35V)而下降。相反,如果X<0.95,则倍率性能和 可逆容量下降。
[0029] 此外,Ni的含量为0.4~0.9,运比儘和钻的含量相对更高。如果Ni的含量小于0.4, 则正极活性材料不能具有高容量。相反,当儀含量超过0.9时,安全性急剧下降。
[0030] M是指选自在六配位时稳定的元素如胞、(:〇、1旨、41等中的至少一种。优选地,1是胞 或Co。
[0031] 由式1表示的裡儀氧化物的优选实例可W为由下式Ia表示的物质:
[0032] LixNiyMncCod 化(Ia)
[0033] 其中 c+d = l-y,条件是 0.05<c<0.4 且 0.1 <d<0.4。
[0034]当Mn的含量V小于0.05时,安全性劣化。在c>0.4的情况下,用于传输离子的电 荷量减少,由此降低了充电容量。
[0035] 另外,Co的含量'd'为0.1~0.4。如果d>0.4即钻的含量过高,则原料的成本通常 增加且同时在单电池充电期间Co 4+不稳定,由此降低了电池的安全性。另一方面,如果d<0 即钻的含量太低,则难W同时实现电池的期望倍率性能和高功率密度。
[0036] 裡儀氧化物粒度的增大可提高晶体粒子的稳定性,从而使得能够容易地制造含所 述裡儀氧化物的电池并提高制造方法的效率。然而,如果粒子太大,则活性材料与电池单元 中所包含的电解质发生反应的表面积下降,从而导致诸如高压储存、倍率性能等的特性急 剧下降。相反,如果裡儀氧化物的粒度过度下降,则诸如高溫特性的结构稳定性发生劣化。 考虑到运些问题,所述裡儀氧化物可具有3~20WI1的平均粒径(D50)。简而言之,包括高溫特 性的运种结构稳定性可相对有利,并同时降低诸如电解质降解的不利影响。
[0037] 优选地,所述裡儀氧化物可包含通过初级粒子的聚集而形成的次级粒子。所述初 级粒子具有0.0 l~祉m的平均粒径,同时所述次级粒子的平均粒径优选为3~20WI1。
[0038] 当初级粒子的大小下降时,可实现优异的倍率性能。然而,如果该粒径太小,则初 级粒子的比表面积明显大。从而,存在于裡儀氧化物表面上的杂质的量增加,且由初级粒子 的聚集而形成的次级粒子的结构可能因在正极的制造期间所施加的压力而破裂。另一方 面,当初级粒子的粒径大时,杂质的量下降且可优选保持次级粒子的结构。然而,过大的粒 径可能会遭遇倍率性能的劣化。
[0039] 同时,在次级粒子的大小下降时,可提高裡离子迁移率,从而实现了优异的倍率性 能。然而,如果在正极的制造期间粒度太小,则遇到包括如下的一些问题,例如因粒子聚集 而造成的分散性下降、粘合剂的量增加、单电池容量下降等。
[0040] 对于本发明正极活性材料包含的具有高Ni含量的裡儀氧化物,随着般烧期间Ni2+ 离子的含量增大,在高溫下氧的解吸变得严重。结果,遇到了如下几个问题,即晶体结构的 稳定性下降、比表面积变宽、杂质含量增大、从而使得上述氧化物与电解质的反应性增加, 高溫稳定性下降等。
[0041] 因此,本发明提供一种包含裡儀-钻-儘氧化物的正极活性材料,所述氧化物涂覆 有烙点为80~300°C的聚合物,从而提高高溫稳定性。如果所述烙点低于80°C,则即使在普 通操作条件下仍可能增大内阻,由此降低了单电池特性。当烙点大于30(TC时,难W获得期 望的高溫稳定性。
[0042] 目P,在电池的异常高溫下聚合物烙化,烧焦并粘附在正极活性材料的表面上或流 入正极活性材料的间隙中,由此阻断了导电通道并降低了离子和电子的迁移率。因此,通过 提高电池的内阻,可阻止电化学反应的进行,由此抑制了电池的燃烧。
[0043] 根据优选实施方式,可通过电解质或有机溶剂使上述聚合物惰性化。由于在电极 的制造期间不将运种惰性化的聚合物除去和/或在电池中含有所述聚合物时所述聚合物不 会溶出至电解质中或发生降解,因此有利地阻止了单电池性能的下降。
[0044] 上述聚合物可W为选自聚乙締、聚丙締、聚下締和聚苯乙締、或包含其两种W上的 共聚物或共混物中的至少一种,但当然不限于此。
[0045] 所述聚合物的分子量没有特别限制。然而,如果分子量太小,则电解质可能溶出。 相反,如果分子量过大,则可能增大涂覆溶液的粘度。优选地,所述聚合物可具有1000~ 1000000的数均分子量。
[0046] 可通过化学键合、或者另外考虑到处理简易性和裡过渡金属氧化物的稳定性可通 过物理接触如范德华力或静电引力等将上述聚合物涂布到裡过渡金属氧化物的表面上。
[0047] 通过使用融合用的机械融合装置或Nobilta装置的任何简单方法可实现运种物理 接触。所述机械融合装置在干燥状态下利用物理旋转来制备混合物,从而形成构成成分的 静电禪合。
[004引不必为实现本发明的功能效果而利用上述聚合物将裡儀-钻-儘氧化物完全涂覆。 优选地,将聚合物均匀涂布到待涂覆的裡儀-钻-儘氧化物的整个表面的一部分上。如果涂 覆面积过大,则裡离子的迁移率下降且倍率性能可能劣化。当涂覆面积太小时,可能不能实 现期望的效果。因此,优选的是,利用上述聚合物对裡儀-钻-儘氧化物整个表面的约20%~ 80 %进行涂覆。
[0049]此外,涂覆厚度取决于多种因素如有机溶剂的类型、聚合物的添加量、裡儀-钻-儘 氧化物的添加量、揽拌速度、速率等,因此所述厚度没有特别限制。所述涂覆厚度优选为0.1 ~10皿。
[0050] 如果聚合物的涂覆量太小,则可能难W实现涂覆效果。相反,当涂覆量太大时,单 电池性能可能劣化。因此,相对于活性材料的总重量,涂覆量可W为0.5~10重量%。
[0051] 本发明还提供一种含有上述正极活性材料的裡二次电池。所述裡二次电池可包含 例如正极、负极、隔板和含裡盐的非水电解质。
[0052] 通过例如向正极集电体涂布正极活性材料、导电材料和粘合剂的混合物并对涂覆 的集电体进行干燥来制造正极。任选地,可向所述混合物中添加填料。通过向负极集电体涂 布负极活性材料并对涂覆的集电体进行干燥来制造负极,如果需要,所述负极可进一步包 含上述成分。
[0053] 所述负极活性材料可包括例如:碳和石墨材料如天然石墨、人造石墨、可膨胀石 墨、碳纤维、硬碳、碳黑、碳纳米管、富勒締、活性碳等;可与裡形成合金的金属如AUSi、Sn、 Ag、Bi、Mg、Zn、In、Ge、Pb、Pd、Pt、Ti等W及含所述金属的化合物;金属和其与碳和石墨材料 的化合物的复合材料;含裡的氮化物等。其中,更优选碳基活性材料、娃基活性材料、锡基活 性材料和/或娃-碳基活性材料,其可单独或W其两种W上组合的方式使用。
[0054] 所述隔板设置在所述正极与所述负极之间,且所述隔板由具有高离子渗透率和优 异机械强度的薄绝缘膜构成。隔板中各个孔的直径通常为0.01~IOwii且其厚度通常为5~ 300WI1。可使用片或无纺布来制造运种隔板,所述片或无纺布由例如締控聚合物如具有耐化 学性和疏水性的聚丙締、玻璃纤维或聚乙締制成。当使用固体电解质如聚合物电解质时,运 种电解质也可充当隔板。
[0055] 所述隔板的另一个实例可W为具有活性膜的有机/无机复合多孔隔板,其特征在 于,选自活性膜中的一部分多孔区域、聚締控基隔板基材和基材表面的至少一个区域涂覆 有无机粒子与粘合剂聚合物的混合物。任选地,可W将所述无机粒子涂布至电极侧面。
[0056] 运种无机粒子可包括例如具有5W上介
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