复合正极活性物质制造技术

提供了一种复合正极活性物质

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】复合正极活性物质、使用其的正极和锂电池及其制备方法


[0001]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
。

技术介绍

[0002]为了各种装置的小型化和高性能，除了小型化和更轻的重量之外，锂电池的高能量密度变得越来越重要
。
换句话说，高容量锂电池变得重要
。
[0003]为了实现适用于上述用途的锂电池，正在考虑具有高容量的正极活性物质
。
[0004]相关技术的镍类正极活性物质由于副反应而具有降低的寿命特性和差的热稳定性
。
[0005]因此，需要一种能够在包括镍类正极活性物质的同时防止电池性能的劣化的方法
。

技术实现思路

[0006]技术问题
[0007]一方面提供了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，以防止锂性能的劣化
。
[0008]另一方面提供了一种包括该复合正极活性物质的正极
。
[0009]另一方面提供了一种包括该正极的锂电池
。
[0010]另一方面提供了一种制备该复合正极活性物质的方法
。
[0011]技术方案
[0012]根据一方面，提供了一种复合正极活性物质，所述复合正极活性物质包括：
[0013]核，包括锂过渡金属氧化物；以及
[0014]壳，沿着核的表面设置，
[0015]其中，壳包括：由
M
a
O
b
(
其中，
0<a≤3
，
0<b<4
，并且当
a
为
1、2
或3时，
b
不是整数
)
表示的至少一种第一金属氧化物；碳类材料；以及掺杂的磷
(P)
元素，
[0016]所述至少一种第一金属氧化物设置在碳类材料的基质中，并且
M
是选自元素周期表的2族至
13
族
、15
族和
16
族中的至少一种金属
。
[0017]根据另一方面，提供了包括该正极活性物质的正极
。
[0018]根据另一方面，提供了包括该正极的锂电池
。
[0019]根据另一方面，提供了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：
[0020]提供锂过渡金属氧化物；
[0021]提供复合物；以及
[0022]机械研磨锂过渡金属氧化物和复合物，
[0023]其中，复合物包括：由
M
a
O
b
(
其中，
0<a≤3
，
0<b<4
，当
a
为
1、2
或3时，
b
不是整数
)
表示
的至少一种第一金属氧化物；碳类材料；以及掺杂的磷
(P)
元素，
[0024]所述至少一种第一金属氧化物设置在碳类材料的基质中，并且
M
是选自元素周期表的2族至
13
族
、15
族和
16
族中的至少一种金属
。
[0025]有益效果
[0026]根据一方面，复合正极活性物质包括包含第一金属氧化物
、
碳类材料和掺杂的磷
(P)
元素的壳，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
。
附图说明
[0027]图1是在制备示例1中制备的未掺杂的复合物和在制备示例1中制备的掺杂有磷
(P)
元素的复合物的
XPS
光谱
。
[0028]图2是根据实施例的锂电池的示意图
。
[0029]表示附图的主要元件的附图标记的说明
[0030]1：锂电池
[0031]2：负极
[0032]3：正极
[0033]4：隔膜
[0034]5：电池壳体
[0035]6：盖组件
[0036]最佳实施方式
[0037]在下文中描述的本专利技术构思可以具有各种修改和各种实施例，示例实施例将在附图中示出并且在详细描述中更充分地描述
。
然而，本专利技术构思不应被解释为限于在此阐述的示例实施例，相反，应被理解为涵盖落入本专利技术构思的范围内的所有修改
、
等同物或替代物
。
[0038]在此使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并不意图限制本专利技术构思
。
除非其在上下文中具有明显不同的含义，否则以单数使用的表述包含复数的表述
。
还将理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”和
/
或其变型或者“包含”和
/
或其变型时，说明存在所陈述的特征
、
区域
、
整数
、
步骤
、
操作
、
元件和
/
或组件，但是不排除存在或添加一个或更多个其它特征
、
区域
、
整数
、
步骤
、
操作
、
元件
、
组件和
/
或它们的组
。
如在此所使用的，“/”可以根据上下文被解释为“和”，或者被解释为“或”。
[0039]在附图中，可以放大或夸大厚度以清楚地示出各种层和区域
。
贯穿附图和以下描述，同样的附图标记可以指同样的元件
。
将理解的是，当一个元件
、
层
、
膜
、
部分
、
片等被称为“在”另一元件“上”时，它可以直接在所述另一元件上，或者可以在其间存在居间元件
。
尽管在此可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制
。
这些术语仅用于将一个元件与另一元件区分开
。
[0040]在下文中，根据示例实施例，将进一步详细描述复合正极活性物质
、
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
。
[0041]复合正极活性物质包括：核，包括锂过渡金属氧化物；以及壳，沿着核的表面设置，其中，壳包括由
M
a
O
b
(
其中，
0<a≤3
，
0&本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种复合正极活性物质，所述复合正极活性物质包括：核，包括锂过渡金属氧化物；以及壳，沿着所述核的表面设置，其中，所述壳包括：至少一种第一金属氧化物，由
M
a
O
b
表示，其中，
0<a≤3
，
0<b<4
，并且当
a
为
1、2
或3时，
b
不是整数；碳类材料；以及掺杂的
P
元素，并且所述至少一种第一金属氧化物设置在所述碳类材料的基质中，并且
M
是选自元素周期表的2族至
13
族
、15
族和
16
族中的至少一种金属
。2.
根据权利要求1所述的复合正极活性物质，其中，基于所述壳中的原子的总数，包括在所述壳中的所述掺杂的
P
元素的含量大于
0at
％且至多
5at
％
。3.
根据权利要求1所述的复合正极活性物质，其中，基于所述壳中的原子的总数，包括在所述壳中的所述至少一种第一金属的含量大于
0at
％且至多
10at
％，并且基于所述壳中的原子的总数，包括在所述壳中的氧的含量大于
0at
％且至多
10at
％
。4.
根据权利要求1所述的复合正极活性物质，其中，基于所述壳中的原子的总数，包括在所述壳中的碳的含量在约
80at
％至约
99at
％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，包括在所述至少一种第一金属氧化物中的金属包括选自
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
。6.
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是选自以下中的至少一种：
Al2O
z
，其中，
0<z<3
；
NbO
x
，其中，
0<x<2.5
；
MgO
x
，其中，
0<x<1
；
Sc2O
z
，其中，
0<z<3
；
TiO
y
，其中，
0<y<2
；
ZrO
y
，其中，
0<y<2
；
V2O
z
，其中，
0<z<3
；
WO
y
，其中，
0<y<2
；
MnO
y
，其中，
0<y<2
；
Fe2O
z
，其中，
0<z<3
；
Co3O
w
，其中，
0<w<4
；
PdO
x
，其中，
0<x<1
；
CuO
x
，其中，
0<x<1
；
AgO
x
，其中，
0<x<1
；
ZnO
x
，其中，
0<x<1
；
Sb2O
z
，其中，
0<z<3
；以及
SeO
y
，其中，
0<y<2。7.
根据权利要求1所述的复合正极活性物质，其中，所述壳还包括第二金属氧化物，所述第二金属氧化物由式
M
a
O
c
表示，其中，
0<a≤3
，
0<c≤4
，并且当
a
为
1、2
或3时，
c
是整数，所述第二金属氧化物包括与包括在所述至少一种第一金属氧化物中的金属相同的金属，并且所述第二金属氧化物中
c
与
a
的比
c/a
大于所述至少一种第一金属氧化物中
b
与
a
的比
b/a。8.
根据权利要求7所述的复合正极活性物质，其中，所述第二金属氧化物选自
Al2O3、NbO、NbO2、Nb2O5、MgO、Sc2O3、TiO2、ZrO2、V2O3、WO2、MnO2、Fe2O3、Co3O4、PdO、CuO、AgO、ZnO、Sb2O3和
SeO2，并且所述至少一种第一金属氧化物是所述第二金属氧化物的还原产物
。9.
根据权利要求1所述的复合正极活性物质，其中，所述壳具有在约
1nm
至约5μ
m
的范围内的厚度
。10.
根据权利要求1所述的复合正极活性物质，其中，所述碳类材料是石墨烯
。11.
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
、
所述碳类材料和所述掺杂的
P
元素，并且基于所述复合正极活性物质的总重量，所述复合物和所述复合物的所述研磨产物中的
所述至少一种的含量小于或等于约
3wt
％
。12.
根据权利要求
11
所述的复合正极活性物质，其中，所述碳类材料具有分支结构，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，并且所述分支结构包括彼此接触的多个碳类材料
。13.
根据权利要求
11
所述的复合正极活性物质，其中，所述碳类材料具有选自球形结构
、
所述球形结构彼此连接的螺旋结构和所述球形结构团聚的簇结构中的至少一种结构，所述至少一种第一金属氧化物分布在所述球形结构中，并且所述球形结构的尺寸在约
50nm
至约
300nm
的范围内，所述螺旋结构的尺寸在约
500nm
至约
100
μ
m
的范围内，并且所述簇结构的尺寸在约
0.5mm
至约
10cm
的范围内，所述复合物具有起皱的多面...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈，
申请(专利权)人：三星，
类型：发明
国别省市：