正极活性物质、制备其的方法和包括其的可再充电锂电池的制作方法
【技术领域】
[0001] 本公开内容的实施方式的方面涉及用于可再充电锂电池的正极活性物质、制备其 的方法和包括其的可再充电锂电池。
【背景技术】
[0002] 可再充电锂电池作为用于小型便携式电子装置的电源已引起了注意。可再充电锂 电池包括有机电解质溶液并具有为包括碱性水溶液的常规电池的两倍或更多倍高的放电 电压。因此，这样的电池具有高的能量密度。
[0003] 这样的可再充电锂电池可通过将电解质注入电极组件中而制造，所述电极组件包 括包含能够嵌入/脱嵌锂离子的正极活性物质的正极和包含能够嵌入/脱嵌锂离子的负极 活性物质的负极。
[0004] 尽管LiC〇02广泛地用作正极活性物质，但由于其容量限度和安全性问题，正在积 极地研究其它材料作为LiC〇02的代替物。
[0005] 例如，由于LiCo02具有稳定的电化学特性，LiNi02具有高的容量，且LiMn204具有 优异的热稳定性和低的价格，因此已研究Co-Ni-Mn三元锂金属复合氧化物致力于将前述 优点组合。
[0006] 然而，尽管前述三元锂金属复合氧化物具有高的容量，但是其具有关于热安全性 和循环寿命特性的问题。
【发明内容】
[0007] 根据实施方式的一个方面涉及提供用于可再充电锂电池的正极活性物质，其具有 高的容量以及改善的热安全性和循环寿命特性。
[0008] 根据实施方式的另一方面涉及提供制备所述用于可再充电锂电池的正极活性物 质的方法。
[0009] 根据实施方式的又一方面涉及提供可再充电锂电池，其包括所述用于可再充电锂 电池的正极活性物质。
[0010] 根据一个实施方式，用于可再充电锂电池的正极活性物质包括：包括选自由以下 化学式1表示的基于镍的复合氧化物和由以下化学式2表示的锂锰氧化物的至少一种的 芯；和在所述芯的表面上并包括由以下化学式3表示的锂金属氧化物的包覆层，其中在使 用CuKa射线的X-射线衍射图案中，所述正极活性物质具有在约19° -约22°的20值 处的峰和在约40°-约45°的20值处的另一峰。
[0011] 化学式1
[0012] LiNixCoyMni_x_y02
[0013] 在以上化学式1中，0? 1彡x彡0? 8,且0? 1彡y彡0? 8。
[0014] 化学式2
[0015] LiaMnb0c
[0016] 在以上化学式2中，1彡a彡2，1彡b彡2,且2彡c彡4。
[0017] 化学式3
[0018] Li2M03
[0019]在以上化学式3中，M为选自Zr和Ti的至少一种四价元素。
[0020] 所述正极活性物质可具有约2. 0-约3. 0的所述在约19°-约22°的2 0值处的 峰对所述在约40° -约45°的2 0值处的另一峰的强度比。所述正极活性物质可具有约 2.0-约2. 5的所述在约19° -约22°的2 0值处的峰对所述在约40° -约45°的2 0值 处的另一峰的强度比。
[0021] 所述正极活性物质可包括约90重量％ -约99. 9重量％的所述芯和约0. 1重 量％ -约10重量％的所述包覆层。
[0022] 根据另一实施方式，制备用于可再充电锂电池的正极活性物质的方法包括：将选 自由以上化学式1表示的基于镍的复合氧化物和由以上化学式2表示的锂锰氧化物的至少 一种芯材料与包括包含选自Zr和Ti的至少一种四价元素的盐的溶液混合以形成混合物； 和热处理所述混合物以用由以上化学式3表示的锂金属氧化物包覆所述芯材料的表面。
[0023] 根据又一实施方式，制备用于可再充电锂电池的正极活性物质的方法包括：将包 含选自Zr和Ti的至少一种四价元素的盐与第一溶剂混合以形成盐溶液；将螯合剂和第二 溶剂混合以形成螯合剂溶液；将所述盐溶液和所述螯合剂溶液混合以形成第一混合溶液； 将所述第一混合溶液和均化剂（homogenizer)混合以形成第二混合溶液；将选自由以上化 学式1表示的基于镍的复合氧化物和由以上化学式2表示的锂锰氧化物的至少一种芯材料 与所述第二混合溶液混合以形成混合物；和热处理所述混合物以用由以上化学式3表示的 锂金属氧化物包覆所述芯材料的表面。
[0024] 包含四价元素的盐可包括选自Zr0(N03) 2 ?!%0(0彡r彡5)、Zr0(N03)2、Zr(S04) 2、 和Zr(S04)2 ? 4H20的至少一种。
[0025] 基于100摩尔份的所述芯材料，包含四价元素的盐可以约0. 001摩尔份-约10摩 尔份的量存在于所述盐溶液中。
[0026] 包括包含四价元素的盐的溶液（例如，所述盐溶液）可为水溶液或醇溶液。
[0027] 所述第一溶剂和第二溶剂可各自独立地包括水、醇、或其组合。
[0028] 所述热处理可在约350°C -约1000°C的温度下进行。
[0029] 所述热处理可在空气气氛或氧气气氛下进行。
[0030] 另一实施方式提供可再充电锂电池，其包括：包括所述正极活性物质的正极；负 极；和电解质。
[0031] 其它实施方式包括在以下详细描述中。
[0032] 可实现具有高的容量、以及改善的热安全性和循环寿命特性的可再充电锂电池。
【附图说明】
[0033] 附图与说明书一起说明本公开内容的实施方式，且与说明书一起用于解释本公开 内容的原理。
[0034] 图1为根据一个实施方式的可再充电锂电池的示意性透视图。
[0035] 图2为显示根据实施例1-4的正极活性物质的X-射线衍射（XRD)分析的图。
[0036] 图3为显示根据实施例1、5和6以及对比例1-2的正极活性物质的DSC(差示扫 描量热法）曲线的图。
[0037] 图4为显示根据实施例5的正极活性物质的一系列透射电子显微镜（TEM)照片。
[0038] 图5为显示根据实施例1、5和6以及对比例1的可再充电锂电池单元的循环寿命 特性的图。
[0039] 图6为显示根据实施例7和对比例3的可再充电锂电池单元的循环寿命特性的 图。
【具体实施方式】
[0040] 在下文中，通过说明显示和描述一些实施方式。然而，这些实施方式是示例性的， 且本公开内容不限于此。如本领域技术人员将认识到的，本发明可以许多不同的形式体现。 而且，在本申请的上下文中，当第一元件被称为"在"第二元件上时，其可直接在所述第二元 件上或者间接在所述第二元件上，其中一个或多个中间元件介于其间。在整个说明书中，相 同的附图标记表示相同的元件。
[0041] 根据一个实施方式的用于可再充电锂电池的正极活性物质包括芯和在（例如，位 于）所述芯的表面处的包覆层。所述芯可包括选自由以下化学式1表示的基于镍的复合氧 化物和由以下化学式2表示的锂锰氧化物的至少一种。所述包覆层可包括由以下化学式3 表示的锂金属氧化物。
[0042] 化学式1
[0043] LiNixCoyM ni_x_y02
[0044] 在以上化学式中1，0. 1彡x彡0? 8,且0? 1彡y彡0? 8。
[0045] 化学式2
[0046] LiaMnb0c
[0047] 在以上化学式中2，1彡a彡2，1彡b彡2,且2彡c彡4。
[0048] 化学式3
[0049] Li2M03
[0050] 在以上化学式3中，M为选自Zr和Ti的至少一种四价元素。
[0051] 当在芯中包括由以上化学式1表示的基于镍的复合氧化物时，可获得具有高的容 量的基于Co-Ni-Mn三组分的氧化物或基于Co-Ni双组分的氧化物。在一些实施方式中，由 以上化学式3表示的锂金属氧化物包覆在前述基于三组分的氧化物的表面上（例如，在包 括由以上化学式1表示的基于镍的复合氧化物的芯的表面上）。在可再充电锂电池中可包 括经包覆的基于三组分的氧化物以实现优异的热安全性和循环寿命特性、以及高的容量。
[0052] 当在芯中包括由以上化学式2表示的锂锰氧化物时，可获得高的性能。在一些实 施方式中，由以上化学式3表示的锂金属氧化物包覆在所述锂锰氧化物的表面上（例如，在 包括由以上化学式2表示的锂锰氧化物的芯的表面上）。在可再充电锂电池中可包括经包 覆的锂锰氧化物以实现优异的热安全性和循环寿命特性、以及高的容量。
[0053] 所述芯可一起包括所述基于镍的复合氧化物和所述锂锰氧化物，但本公开内容不 限于此。在本文中，所述芯在所述芯的表面上包覆有由以上化学式3表示的锂金属氧化物， 且由此可改善可再充电锂电池的储存特性、热安全性和循环寿命特性。
[0054] 在使用CuK a射线的XRD图案中，具有在表面上包覆有由以上化学式3表示的锂 金属氧化物的芯的正极活性物质可具有在约19° -约22°的2 0值处的峰和在约40° -约 45°的20处的另一峰。例如，所述峰可在约20° -约21°的20值处，且所述另一峰可 在约42° -约43°的2 0值处。在各自的20值处的峰表明（或显示），由以上化学式3 表示的锂金属氧化物的相存在，且所述XRD图案对应于（或显示）其中所述锂金属氧化物 包覆在所述芯的