用于锂二次电池的正极活性物质及包括其的锂二次电池的制作方法

本文公开的技术涉及一种用于锂二次电池的正极活性物质和包括其的锂二次电池。

背景技术：

1、电动汽车和移动电子设备(如摄像机、手机和笔记本电脑)的快速发展，带来了对可重复充放电的二次电池的越来越多的需求。其中，锂二次电池因其每单位重量的运行电压和能量密度高、充电速率高、体积紧凑等优点而被广泛开发和应用。

技术实现思路

1、在本文公开的技术的一个方面中，提供了一种用于具有提高的电性能和功率的锂二次电池的正极活性物质。

2、在本文公开的技术的一个方面中，提供了一种具有提高的电性能和功率的锂二次电池。

3、用于锂二次电池的正极活性物质包括磷酸铁锂基颗粒(lithium ironphosphate-based particle)，该颗粒包括表面部分和中心部分，这两个部分都包含钒(v)。磷酸铁锂基颗粒中所含的钒的总重量包括磷酸铁锂基颗粒表面部分中所含的钒的第一重量量和磷酸铁锂基颗粒中心部分中所含的钒的第二重量量。第一重量量大于第二重量量。

4、在一些实施方案中，磷酸铁锂基颗粒的表面部分可以包括与从磷酸铁锂基颗粒的最外表面向磷酸铁锂基颗粒的中心部分的磷酸铁锂基颗粒的半径的25％相对应的区域。

5、在一些实施方案中，磷酸铁锂基颗粒的表面部分中所含的钒的第一重量量可以是磷酸铁锂基颗粒中所含的钒的总重量的70重量％以上。

6、在一些实施方案中，磷酸铁锂基颗粒的表面部分中所含的钒的第一重量量可以是磷酸铁锂基颗粒中所含的钒的总重量的80重量％以上。

7、在一些实施方案中，表面部分可以包括钒的浓度梯度部分。在一些实施方案中，含钒的颗粒、层或其他结构可以包括其中钒的浓度发生变化的部分，术语“浓度梯度部分(concentration gradient section)”可以用来表示磷酸铁锂基颗粒的表面部分的在浓度梯度部分的一个位置和浓度梯度部分的另一个位置之间具有钒的浓度差的部分(portion)或区域(section)。在一个实例中，钒的浓度梯度部分中钒的浓度可以从磷酸铁锂基颗粒的表面部分向中心部分的方向递减。

8、在一些实施方案中，表面部分可以包括钒的浓度沿磷酸铁锂基颗粒的最外表面向磷酸铁锂基颗粒的中心部分的方向递减的部分。

9、在一些实施方案中，从磷酸铁锂基颗粒的最外表面到磷酸铁锂基颗粒的中心方向的浓度梯度部分的长度相对于磷酸铁锂基颗粒的半径的比值范围可以为0.001至0.5。

10、在一些实施方案中，钒可以在中心部分中具有均匀的浓度。

11、在一些实施方案中，磷酸铁锂基颗粒还可包括钛(ti)。

12、在一些实施方案中，磷酸铁锂基颗粒可以在整个磷酸铁锂基颗粒中具有均匀浓度的钛。

13、在一些实施方案中，正极活性物质可以包括包含所述磷酸铁锂基颗粒的多个磷酸铁锂基颗粒。多个磷酸铁锂基颗粒的平均粒径范围可以在0.2μm至10μm的范围内。

14、在一些实施方案中，磷酸铁锂基颗粒可包括由以下化学式表示的化学组成：

15、liafebmcvdpeo4

16、0.9≤a≤1.56，0.15≤b≤1.01，0≤c≤0.85，0.001≤d≤0.85，0.96≤e≤1.04，并且m可以包括al、mg、ni、co、mn、ti、ga、cu、nb、zr、ce、in、zn和y中的至少一种元素。

17、锂二次电池包括正极和负极。正极包括正极活性物质，并且负极被设置为与正极相对。正极活性物质包括磷酸铁锂基颗粒，该颗粒的结构包括表面部分和中心部分，这两部分都包含钒。磷酸铁锂基颗粒所含钒的总重量包括磷酸铁锂基颗粒的表面部分中所含的钒的第一重量量和磷酸铁锂基颗粒的中心部分中所含的钒的第二重量量。第一重量量大于第二重量量。

18、基于本文公开的技术的一些实施方案的用于锂二次电池的正极活性物质包括磷酸铁锂基颗粒，并可以含有钒(v)。钒可以掺杂或分布在磷酸铁锂基颗粒的内部或磷酸铁锂的晶体结构中，以促进锂离子的迁移率(transfer rate)。

19、磷酸铁锂基颗粒可包括表面部分和中心部分，在表面部分中可以增加v的浓度或含量。因此，可以防止由于颗粒表面处电导率(conductivity)降低而导致的电阻增加和功率输出降低。

20、在一些实施方案中，磷酸铁锂基颗粒还可以包括ti，并且ti的浓度或含量可以从磷酸铁锂基颗粒的中心到磷酸铁锂基颗粒的表面基本恒定。因此，通过ti可以在整个颗粒中实现锂离子通道扩展效应(lithium ion channel expansion effect)，通过v可以额外提高表面处的电导率。

21、本文公开的技术的正极活性物质和锂二次电池可以广泛应用于如电动汽车、电池充电站、太阳能发电、风力发电等的使用电池的绿色技术领域。基于本文公开的技术一些实施方案的正极活性物质和锂二次电池可以用于环保型电动汽车和混合动力汽车，以通过抑制空气污染和温室气体排放等防止气候变化。

技术特征：

1.一种用于锂二次电池的正极活性物质，其包括：

2.根据权利要求1所述的正极活性物质，其中所述磷酸铁锂基颗粒的表面部分包括与从所述磷酸铁锂基颗粒的最外表面向所述磷酸铁锂基颗粒的中心部分的所述磷酸铁锂基颗粒的半径的25％相对应的区域。

3.根据权利要求2所述的正极活性物质，其中所述磷酸铁锂基颗粒的表面部分中所含的钒的第一重量量为所述磷酸铁锂基颗粒中所含的钒的总重量的70重量％以上。

4.根据权利要求2所述的正极活性物质，其中所述磷酸铁锂基颗粒的表面部分中所含的钒的第一重量量为所述磷酸铁锂基颗粒中所含钒的总重量的80重量％以上。

5.根据权利要求1所述的正极活性物质，其中所述表面部分包括钒的浓度梯度部分，所述浓度梯度部分的一个位置与所述浓度梯度部分的另一个位置之间具有钒的浓度差。

6.根据权利要求1所述的正极活性物质，其中所述表面部分包括钒的浓度沿所述磷酸铁锂基颗粒的最外表面向所述磷酸铁锂基颗粒的中心方向递减的部分。

7.根据权利要求5所述的正极活性物质，其中从所述磷酸铁锂基颗粒的最外表面到所述磷酸铁锂基颗粒的中心方向的所述浓度梯度部分的长度相对于所述磷酸铁锂基颗粒的半径的比值范围为0.001至0.5。

8.根据权利要求5所述的正极活性物质，其中钒在所述中心部分中具有均匀的浓度。

9.根据权利要求1所述的正极活性物质，其中所述磷酸铁锂基颗粒还包括钛。

10.根据权利要求9所述的正极活性物质，其中所述磷酸铁锂基颗粒在整个所述磷酸铁锂基颗粒中具有均匀浓度的钛。

11.根据权利要求1所述的正极活性物质，其中所述正极活性物质包括包含所述磷酸铁锂基颗粒的多个磷酸铁锂基颗粒，并且

12.根据权利要求1所述的正极活性物质，其中所述磷酸铁锂基颗粒包括由以下化学式表示的化学组成：

13.一种锂二次电池，其包括：

14.根据权利要求13所述的锂二次电池，其中所述表面部分包括与从所述磷酸铁锂基颗粒的最外表面向所述磷酸铁锂基颗粒的中心部分的所述磷酸铁锂基颗粒的半径的25％相对应的所述磷酸铁锂基颗粒的区域。

15.根据权利要求14所述的锂二次电池，其中所述磷酸铁锂基颗粒的表面部分中所含的钒的第一重量量为所述磷酸铁锂基颗粒中所含的钒的总重量的70重量％以上。

16.根据权利要求14所述的锂二次电池，其中所述磷酸铁锂基颗粒的表面部分中所含的钒的第一重量量为所述磷酸铁锂基颗粒中所含的钒的总重量的80重量％以上。

17.根据权利要求13所述的锂二次电池，其中所述表面部分包括钒的浓度梯度部分，所述浓度梯度部分的一个位置与所述浓度梯度部分的另一个位置之间具有钒的浓度差。

18.根据权利要求17所述的锂二次电池，其中从所述磷酸铁锂基颗粒的最外表面到所述磷酸铁锂基颗粒的中心方向的所述浓度梯度部分的长度相对于所述磷酸铁锂基颗粒的半径的比值范围为0.001至0.5。

19.根据权利要求17所述的锂二次电池，其中钒在所述中心部分中具有均匀的浓度。

20.根据权利要求13所述的锂二次电池，其中所述表面部分包括钒的浓度沿所述磷酸铁锂基颗粒的最外表面向所述磷酸铁锂基颗粒的中心方向递减的部分。

技术总结
本发明公开了一种用于锂二次电池的正极活性物质以及包括该正极活性物质的锂二次电池。在一个实施方案中，正极活性物质包括磷酸铁锂基颗粒，该颗粒包括表面部分和中心部分，表面部分和中心部分两者都包含钒(V)。磷酸铁锂基颗粒中所含的钒的总重量包括磷酸铁锂基颗粒表面部分中所含的钒的第一重量量和磷酸铁锂基颗粒中心部分中所含的钒的第二重量量，且第一重量量大于第二重量量。

技术研发人员：姜玟锡,吉孝植,都智睿,白旼澈
受保护的技术使用者：SK新能源株式会社
技术研发日：
技术公布日：2024/6/5