正极活性材料及其制备方法和锂离子二次电池技术

本发明专利技术公开了一种制备用于锂离子二次电池的正极活性材料的方法、一种通过该方法制备的正极活性材料以及一种包括该正极活性材料的锂离子二次电池，所述方法包括：通过混合含锂化合物和金属氧化物来获得混合物；将含锂化合物粉末分布到炉内；在炉内对所述混合物进行热处理，其中，分布到炉内的含锂化合物粉末的热分解温度低于与金属氧化物混合的含锂化合物的热分解温度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的多个方面涉及一种制备用于锂离子二次电池的正极活性材料的方法，更具体地讲，涉及一种可通过使诸如Li2CO3和LiOH的副产物最少化来改善电池的寿命特性和安全特性的制备用于锂离子二次电池的正极活性材料的方法、一种通过该方法制备的正极活性材料以及一种包括该正极活性材料的锂离子二次电池。
技术介绍
由于近来诸如蜂窝电话、可携式摄像机和笔记本电脑的便携式电子设备朝着更紧 凑且更轻的趋势发展，对可以用作电子设备的电源的高性能、高耐久性和高可靠性的改进的锂离子二次电池的需求正在增加。此外，随着电动车辆的实现被热切关注，锂离子二次电池作为用于电动车辆的电源尤其备受关注。锂离子二次电池通常包括正极和负极，能够使锂离子嵌入和脱出；分隔件，防止正极和负极相互物理接触；有机电解质或聚合物电解质，在正极和负极之间传输锂离子。在锂离子二次电池中，当锂离子在正极和负极中嵌入/脱出时，通过电化学氧化/还原反应来产生电能。在制造正极的常用方法中，将含锂化合物和金属氧化物混合并在高温下进行热处理，从而制备正极活性材料。接着，将正极活性材料与诸如PVDF树脂的粘结剂在溶剂中进行混合，从而制备料浆。将料浆涂覆在由例如铝箔制成的正极集流体的两个表面上，并对其进行干燥，从而制备正极。因在制造正极的过程中锂离子在高温热处理期间的挥发导致正极活性材料中包含的锂的量不足，为了解决锂含量的不足，将含锂化合物与金属氧化物的摩尔比控制成使得相对于金属氧化物而言，使用过量的含锂化合物。由于上述原因，过量使用的含锂化合物中的一部分主要扩散到金属氧化物中，含锂化合物中的一部分被挥发，而未扩散到金属晶格中且位于金属氧化物表面上的剩余含锂化合物用来与在煅烧工艺过程中产生的H2O和O2生成副产物，例如LiOH, LiHCO3或Li2CO30即使在反复的充电/放电循环后，过量的锂离子仍存在于作为正极活性材料的锂金属氧化物的表面上而没有嵌入到金属晶格中/从金属晶格脱出，在这种情况下，过量的锂离子可能会溶解或沉淀，导致枝晶生长。这样会造成短路，并且还会对电池的寿命和安全带来严重的问题。
技术实现思路
本专利技术的一方面提供一种制备用于锂离子二次电池的正极活性材料的方法，该方法使作为副产物的LiOH或Li2CO3的量减少。本专利技术的其他方面提供了一种通过该制造方法制备的正极活性材料和一种具有改善的寿命特性和安全特性的包括该正极活性材料的锂离子二次电池。根据本专利技术的一方面，提供了一种制备用于锂离子二次电池的正极活性材料的方法，所述方法包括通过混合含锂化合物和金属氧化物来获得混合物；将含锂化合物粉末分布到炉内；在炉内对所述混合物进行热处理，其中，分布到炉内的含锂化合物粉末的热分解温度低于与金属氧化物混合的含锂化合物的热分解温度。在本专利技术的一个实施例中，含锂化合物可以是从由氢氧化锂、碳酸锂、硝酸锂和醋酸锂组成的组中选择的至少一种。在本专利技术的一个实施例中，基于100重量份的与金属氧化物混合的含锂化合物，含锂化合物粉末的使用量可以为O. 5重量份至I. 5重量份。在本专利技术的一个实施例中，可在700°C至1000°C的范围内的温度下执行所述热处理大约10小时至30小时。 根据本专利技术的另一方面，提供了一种用于锂离子二次电池的正极活性材料，所述正极活性材料是通过根据本专利技术的所述一方面的方法制备的。根据本专利技术的又一方面，提供了一种锂离子二次电池，所述锂离子二次电池包括通过根据本专利技术的所述一方面的方法制备的正极活性材料，所述锂离子二次电池包括正极、负极、分隔件和有机电解质。如上所述，根据本专利技术，由于减少了诸如LiOH或Li2CO3W副产物的量，所以抑制了因副产物的分解导致的氧的产生，从而即使在高温长期充电/放电测试之后，电池的内部压力仍几乎没有变化。此外，由于不发生枝晶形成，所以正极活性材料可以改善电池的安全特性和寿命特性。本专利技术的另外的方面和/或优点将在下面的描述中部分地进行阐述，部分地将通过描述是清楚的，或者可通过对本专利技术的实践而了解。具体实施例方式在下文，将详细地描述本专利技术的实施例。本专利技术在于一种制备用于锂离子二次电池的正极活性材料方法，该方法包括通过混合含锂化合物和金属氧化物来获得混合物、将含锂化合物粉末分布到炉内并在炉内对该混合物进行热处理，其中，分布到炉内的含锂化合物粉末的热分解温度低于与金属氧化物混合的含锂化合物的热分解温度。含锂化合物是在用于锂离子二次电池的正极活性材料中常用的化合物，其示例可以包括氢氧化锂、碳酸锂、硝酸锂和醋酸锂。金属氧化物也是在用于锂离子二次电池的正极活性材料中常用的金属氧化物，其示例可以包括 Ni CO3、Ni O、CoCO3、Co3O4、MnO2 和 Mn2O3。根据本专利技术的正极活性材料的制造方法包括将热分解温度低于作为原料的含锂化合物的热分解温度的含锂化合物粉末分布到炉内。通过将热分解温度低于用作原料的含锂化合物的热分解温度的含锂化合物粉末分布到炉内，使所分布的含锂化合物粉末比用作原料的含锂化合物分解得早，使得炉内的锂蒸气压力增大，从而抑制含锂化合物中的锂的挥发。因此，使与金属氧化物混合的含锂化合物的量减少，从而抑制在煅烧工艺后产生诸如Li0H、LiHC03* Li2CO3的副产物。可以使用锂金属来代替含锂化合物粉末。然而，不期望的是，锂金属在空气中容易被氧化并且与空气中的水分迅速地反应。基于100重量份的与金属氧化物混合的含锂化合物，含锂化合物粉末的使用量优选地为O. 5重量份至I. 5重量份，更优选地为O. 8重量份至I. I重量份。如果含锂化合物粉末的量在上述范围内，则使正极活性材料中副产物的产生得到抑制，并且可以改善电池的安全性。热处理是煅烧工艺，并且优选地在700°C至1000°C的范围内的温度下执行10小时至30小时，更优选地在800°C至900°C的范围内的温度下执行12小时至24小时。如果在低于700°C的温度下执行热处理，则正极活性材料粉末的结晶性差。因此，充放电使得在锂的嵌入/脱出过程中难以保持稳定的晶体结构，从而劣化了电池的寿命。如果在高于1000°c的温度下执行热处理，则粉末尺寸过度增大并且粉末团聚紧密，使得难 以执行后续的研磨成粉工艺。由于难以将正极活性材料粉末研磨成粉，所以也难以在制备用于形成电池的料浆时使该粉末与粘结剂和导电剂均质化。本专利技术还提供了一种包括正极、负极、分隔件和有机电解质的锂离子二次电池，其中，正极包括通过根据本专利技术的制造方法制备的正极活性材料。锂离子二次电池中使用的电极通常通过以下方法来制造通过将活性材料、粘结剂和导电材料与溶剂混合来形成料浆、将料浆涂覆在电极集流体上、干燥并压制料浆涂覆的电极集流体。由于锂离子二次电池具有包括通过根据本专利技术的制造方法制备的正极活性材料的正极，所以减少了诸如LiOH或Li2CO3的副产物的量，从而改善了电池的安全特性和寿命特性。在根据本专利技术的锂离子二次电池中，作为非限制性示例，天然石墨、人造石墨、碳纤维、焦炭、炭黑、碳纳米管、富勒烯、活性碳、锂金属或锂合金可以用作负极活性材料。锂离子二次电池的集流体通过活性材料的电化学反应来收集电子，或者提供电化学反应所需的电子。任何适合的材料可以用作负极集流体，只要它可以具有导电性而不使电池引起化学变化，其非限制性示例可以包括铝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备用于锂离子二次电池的正极活性材料的方法，所述方法包括下述步骤：通过混合含锂化合物和金属氧化物来获得混合物；将含锂化合物粉末分布到炉内；以及在炉内对所述混合物进行热处理，其中，分布到炉内的含锂化合物粉末的热分解温度低于与金属氧化物混合的含锂化合物的热分解温度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：赵允珠，尹弼相，李美善，曹海印，
申请(专利权)人：三星康宁精密素材株式会社，
类型：发明
国别省市：