[發明專利]正極活性物質及包括該正極活性物質的正極和鋰電池

有效

• 申請號: 201110085226.2
• 申請日: 2011-03-31
• 公開（公告）號: CN102208642A
• 公開（公告）日: 2011-10-05
• 發明（設計）人: 金民漢;樸度炯;金志炫;李政燮;金昶赫;權善英;金潤昶
• 申請（專利權）人: 三星SDI株式會社
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M4/131;H01M10/052
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 陳萬青;王珍仙

技術領域

本發明的一個或多個實施方式涉及正極活性物質及包括該正極活性物質的正極和鋰電池。

背景技術

最近，鋰電池作為便攜式小型電子裝置的電源引起了關注。因為鋰電池使用有機電解質溶液，因而鋰電池具有為使用含水堿性溶液的電池的放電電壓兩倍或更高的放電電壓，因此具有更高的能量密度。

鋰電池使用允許鋰離子嵌入和解嵌的材料作為負極和正極。鋰電池通過在正極和負極之間注入有機電解質溶液或聚合物電解質溶液來制備，并通過正極和負極上鋰離子的嵌入和解嵌期間的氧化和還原反應來產生電能。

LiCoO₂主要用作鋰電池用的正極活性物質。但是，LiCoO₂的制備昂貴，而且在制備期間相對不穩定。所以，正極活性物質可以使用鎳或錳復合氧化物作為取代或補充LiCoO₂的材料。

對于鎳類復合氧化物，為了提高鋰電池的單位體積容量，增大鎳的原子百分比，或增大正極活性物質的密度。但是，仍然需要熱穩定并具有良好的容量以及改善的填充密度的正極活性物質。

發明內容

本發明的一個或多個實施方式包括用于改善填充密度和容量并獲得熱穩定性的正極活性物質。

根據本發明的一個或多個實施方式，正極活性物質包括具有3.0μm≤D25≤10.0μm、5.0μm≤D50≤20.0μm且10.0μm≤D75≤25.0μm的顆粒體積分布的第一鋰鎳復合氧化物，和具有0.01μm≤D25≤5.0μm、1.0μm≤D50≤10.0μm且5.0μm≤D75≤15.0μm的顆粒體積分布的第二鋰鎳復合氧化物。

所述第一鋰鎳復合氧化物可具有大于第二鋰鎳復合氧化物的鎳原子含量x2的鎳原子含量x1。

所述正極活性物質也可包括具有2.0μm≤D25≤7.0μm、3.0μm≤D50≤15.0μm且7.0μm≤D75≤20.0μm的顆粒體積分布的第三鋰鎳復合氧化物。

所述第三鋰鎳復合氧化物可具有鎳原子含量x₃，而且x₁≥x₃＞x₂。

所述第一鋰鎳復合氧化物可以基于所述正極活性物質重量的約75wt％至約99.99wt％存在，且所述第二鋰鎳復合氧化物可以基于所述正極活性物質重量的約0.01wt％至約25wt％存在。

根據本發明的一個或多個實施方式，所述正極活性物質具有約3.2g/cm³至約4.0g/cm³的壓實密度。

本發明的一個或多個實施方式包括包含所述正極活性物質的正極。

本發明的一個或多個實施方式包括包含所述正極活性物質的鋰電池。

附圖說明

本發明的這些和/或其它方面，將從下面結合附圖的實施方式的說明中變得明白并且更容易理解，其中：

圖1是根據本發明實施方式的鋰電池的示意透視截面圖；

圖2是根據制備例1制備的鋰鎳復合氧化物的掃描電子顯微鏡(SEM)照片；

圖3是制備例9中制備的鋰鎳復合氧化物的SEM照片；以及

圖4是比較根據實施例1、7和8以及對比例1制備的鋰電池的差示掃描量熱分析的圖表。

具體實施方式

以下詳細說明參考某些示例性實施方式，其實施例在附圖中圖示。整個說明書中相似的附圖標記指代相似的元件。在這一點上，所描述的實施方式是示例性的，本領域普通技術人員應明了可以對所描述的實施方式進行某些修改。本說明書不限于所描述的這些具體實施方式。

根據這些示例性實施方式，將參考附圖描述正極活性物質、包括該正極活性物質的正極和包括該正極的鋰電池。

為了改善用于鋰電池的正極的容量，可優化單種粉末(single-typepowder)或異質粉末(heterogeneous?powder)的分布。例如，當填充單種粉末時，在顆粒之間存在空隙。所以，當該單種粉末包括硬球形顆粒時，即使粉末能以任何方式填充，理論填充率通常不超過64％，且填充密度一般不超過3.2g/cm³，從而限制了單種粉末分布的優化。所以，為了改善填充密度和填充率，可以使用兩種或更多種不同大小的顆粒，而且較大尺寸的顆粒之間的空間可以由較小尺寸的顆粒來填充。