[發明專利]正極活性材料及其制備方法和包括其的鋰離子二次電池

有效

• 申請號: 201210135328.5
• 申請日: 2012-05-02
• 公開（公告）號: CN102769129A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發明（設計）人: 趙偗任;李美善;曹海印
• 申請（專利權）人: 三星康寧精密素材株式會社
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M10/0525
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 韓芳;劉燦強

技術領域

本發明的各方面涉及一種制備用于鋰離子二次電池的鋰錳氧化物正極活性材料的方法。更具體地講，本發明的各方面涉及一種制備具有包括兩種或兩種以上不同尺寸的球形尖晶石型鋰錳氧化物顆粒的用于鋰離子二次電池的鋰錳氧化物正極活性材料的方法、一種通過該方法制備的鋰錳氧化物正極活性材料以及一種包括該鋰錳氧化物正極活性材料的鋰離子二次電池。

背景技術

由于近來諸如蜂窩電話、可攜式攝像機和筆記本電腦的便攜式電子設備朝著更緊湊且更輕的趨勢發展，對可以用作電子設備的電源的鋰離子二次電池的包括高性能、高耐久性和高可靠性的特性改進的需求正在增加。此外，隨著更多的注意力付諸于實現電動車輛，鋰離子二次電池作為用于電動車輛的電源尤其備受關注。

鋰離子二次電池通常包括：正極和負極，能夠使鋰離子嵌入和脫嵌；分隔件，防止正極和負極相互物理接觸；有機電解質或聚合物電解質，在正極和負極之間傳輸鋰離子。在鋰離子二次電池中，當鋰離子在正極和負極中嵌入/脫嵌時，通過電化學氧化/還原反應來產生電能。

可使用各種類型的碳材料作為鋰離子二次電池的負極活性材料，可使用諸如LiCoO₂、LiMnO₂或LiMn₂O₄的鋰金屬氧化物作為鋰離子二次電池的正極活性材料。

在鋰金屬氧化物中，尖晶石型鋰錳氧化物是一種環境友好且安全的正極活性材料，因為未使用像鈷一樣的有害重金屬。因此，尖晶石型鋰錳氧化物有利地用于電動車輛等的功率存儲。然而，尖晶石型鋰錳氧化物的缺點在于與層狀型鋰金屬氧化物相比，其單位重量和單位體積的能量密度低。

發明內容

本發明的一方面提供一種制備用于鋰離子二次電池的鋰錳氧化物正極活性材料的方法，所述鋰錳氧化物正極活性材料包括具有兩種或兩種以上不同尺寸的球形尖晶石型鋰錳氧化物顆粒。

本發明的其它方面提供一種通過上述制造方法制備的鋰錳氧化物正極活性材料和一種包括鋰錳氧化物正極活性材料的具有改善了的體積能量密度和電池容量的鋰離子二次電池。

根據本發明的一方面，提供一種制備用于鋰離子二次電池的鋰錳氧化物正極活性材料的方法，所述鋰錳氧化物正極活性材料包括具有兩種或兩種以上不同尺寸的球形尖晶石型鋰錳氧化物顆粒，該方法包括下述步驟：將具有兩種或兩種以上不同尺寸的錳氧化物與含鋰化合物均勻地混合；對所得的混合物進行熱處理，以獲得鋰錳氧化物。

根據本發明的實施例，相對較大的鋰錳氧化物顆粒與相對較小的鋰錳氧化物顆粒的粒度比可為1:0.2至1:0.4。

根據本發明的實施例，相對較大的鋰錳氧化物顆粒和相對較小的鋰錳氧化物顆粒可以以1:1至1:3的重量比混合。

根據本發明的實施例，相對較大的錳氧化物顆粒的粒度可在10μm至20μm的范圍內。

根據本發明的實施例，所述方法還可包括通過將錳氧化物溶解在酸性溶液或堿性溶液中并進行熱處理來執行預處理工藝，以控制錳氧化物的尺寸和形狀。

根據本發明的實施例，酸性溶液可包括硫酸溶液或鹽酸溶液，堿性溶液可包括氨水溶液或氫氧化鈉溶液。

根據本發明的實施例，可以在300℃至600℃的范圍內的溫度下執行熱處理4至6小時。

根據本發明的實施例，所述方法還可包括通過研磨執行預處理工藝，以控制錳氧化物的尺寸和形狀。

根據本發明的另一方面，提供一種用于鋰離子二次電池的鋰錳氧化物正極活性材料，通過上述方法制備所述鋰錳氧化物正極活性材料。

根據本發明的又一方面，提供一種包括由上述方法制備的鋰錳氧化物正極活性材料的鋰離子二次電池，所述鋰離子二次電池包括正極、負極、分隔件和有機電解質。

如上所述，根據本發明，尖晶石型鋰錳氧化物正極活性材料具有大大改善了的體積能量密度和輸出特性。因此，可在高速充電和放電過程中防止電池容量的減小，從而顯著地改善用于電動車輛等的儲能的鋰離子二次電池的容量和壽命特性。

本發明的附加方面和/或優點將在下面的描述中部分地闡述，部分地將通過描述而清楚，或者可通過實踐本發明而明了。

附圖說明

通過下面結合附圖進行的詳細描述，本發明的目的、特征和優點將變得更加清楚，在附圖中：

圖1、圖2和圖3是在示例和對比示例中生產的產品的掃描電子顯微鏡（SEM）照片；

圖4、圖5和圖6是示出根據本發明的實施例的具有兩種不同尺寸的混合顆粒的示意圖。

具體實施方式