正电极活性物质、具有正电极活性物质的正电极和包括具有正电极活性物质的正电极的可再充电锂电池的制作方法

本公开内容涉及正电极活性物质、具有正电极活性物质的正电极和包括具有正电极活性物质的正电极的可再充电锂电池。

背景技术：

1、便携式信息设备(诸如蜂窝电话(移动电话)、膝上型计算机或智能电话)或电动车辆已经使用具有高能量密度的可再充电锂电池作为驱动电源。近来，已经积极地进行了研究以使用具有高能量密度的可再充电锂电池作为用于混合动力或电动车辆的驱动电源或作为电力存储电源。

2、为了上述目的，已经研究了多种正电极活性物质。在它们中，使用锂镍基复合氧化物(例如，锂镍锰钴氧化物或锂镍钴铝氧化物)、锂钴氧化物和磷酸铁锂(磷酸锂铁)基化合物作为正电极活性物质。在这些中，具有大约80摩尔%或更多的镍量的高镍基正电极活性物质可实现高能量密度。然而，增加镍含量存在限制，其可由于多种问题(例如由充电和放电导致的结构劣化、与电解质的表面副反应以及由于颗粒破裂导致的劣化)而产生电池的循环寿命的劣化。

3、因此，为了结构稳定性，正在尝试用碳基材料包覆正电极活性物质的表面，但是用碳基材料包覆正电极活性物质导致诸如离子传导率和循环寿命特性的劣化的问题。因此，开发可使正电极活性物质的结构稳定而不使离子传导率和循环寿命特性劣化的包覆技术是有利的。

技术实现思路

1、提供具有改善的结构稳定性、抑制的粉末电阻的增加和改善的离子传导率的正电极活性物质。

2、通过包括前述正电极活性物质，可产生具有改善的高温循环寿命特性的正电极和/或具有改善的高温循环寿命特性的可再充电锂电池。

3、根据本公开内容的一些实施方式的正电极活性物质可包括二次颗粒的形式的芯和包覆部分(包覆部)。二次颗粒可包括锂镍基复合氧化物和可团聚的多个一次颗粒。设置在芯的表面上的包覆部分包括具有层状结构的石墨烯和锂离子传导性固体电解质。

4、在一些实施方式中，层状结构可包括2个层至50个层。

5、在一些实施方式中，包覆部分的石墨烯可源自包括具有小于或等于约2.5μm的平均尺寸的石墨微粒。

6、在一些实施方式中，石墨微粒可具有范围约0.15至约0.50的比率id/ig，其可为在拉曼光谱中的在约1350cm-1处的峰强度id对在约1580cm-1处的峰强度ig。

7、在一些实施方式中，锂离子传导性固体电解质可由以下表示：

8、li1+x1rx1m2-x1(po4)3。

9、r可为al、b、sn、ge或其组合的金属。m可为ti、zr、hf或其组合。0≤x1<2。

10、在一些实施方式中，锂离子传导性固体电解质可为颗粒的形式。锂离子传导性固体电解质的颗粒的平均粒径d50可为约1 nm至约1 μm。

11、在一些实施方式中，基于正电极活性物质的总重量，正电极活性物质可以约0.01重量%至约5重量%的量包括石墨烯。

12、在一些实施方式中，基于正电极活性物质的总重量，正电极活性物质可以约0.05重量%至约6重量%的量包括锂离子传导性固体电解质。

13、在一些实施方式中，包覆部分的厚度可为约1 nm至约500 nm。

14、在一些实施方式中，包覆部分包括：包括石墨烯的第一包覆部分和包括锂离子传导性固体电解质的第二包覆部分。第一包覆部分可为连续地围绕芯的表面的包覆层的形式。第二包覆部分可具有在芯的表面上可为不连续的岛几何形状。

15、在一些实施方式中，正电极活性物质可进一步包括在一次颗粒的表面上的晶界包覆部分，晶界包覆部分包括锂离子传导性固体电解质。

16、在一些实施方式中，锂镍基复合氧化物可由以下表示：

17、lia3nix3m3y3m4z3o2-b3xb3。

18、0.9≤a3≤1.2，0.8≤x3<1，0

19、在一些实施方式中，锂镍基复合氧化物可包括可大于或等于约80摩尔%的镍的量，基于100摩尔%的在锂镍基复合氧化物中的除锂之外的总金属。

20、在一些实施方式中，芯的平均粒径d50可以为约8 μm至约20 μm。

21、在一些实施方式中，正电极活性物质的粉末电阻可为大于85 ω·cm且小于约150ω·cm。

22、根据本公开内容的一些实施方式的正电极可包括正电极集流体和在正电极集流体上且包括如上所述的正电极活性物质的正电极活性物质层。

23、在一些实施方式中，正电极的界面电阻可为大于或等于约50 ω且小于约150 ω。

24、根据本公开内容的一些实施方式的可再充电锂电池可包括所述正电极、负电极和电解质。

25、根据一些实施方式，正电极活性物质包括包含碳基材料和锂离子传导性固体电解质两者的包覆部分，由此改善结构稳定性、抑制粉末电阻的增加且同时改善离子传导率。

26、根据一些实施方式，通过包括上述正电极活性物质，正电极和可再充电锂电池可具有改善的高温循环寿命特性。

1.正电极活性物质，包括：

2.根据权利要求1所述的正电极活性物质，其中所述层状结构包括2个层至50个层。

3.根据权利要求1所述的正电极活性物质，其中所述包覆部分的所述石墨烯源自具有小于或等于2.5 μm的平均尺寸的石墨微粒。

4.根据权利要求3所述的正电极活性物质，其中所述石墨微粒具有范围0.15至0.50的比率id/ig，所述比率id/ig为在拉曼光谱中的在1350 cm-1处的峰强度id对1580 cm-1处的峰强度ig。

5.根据权利要求1所述的正电极活性物质，其中所述锂离子传导性固体电解质由以下表示：

6.根据权利要求1所述的正电极活性物质，其中所述锂离子传导性固体电解质为颗粒的形式，且

7.根据权利要求1所述的正电极活性物质，其中基于所述正电极活性物质的总重量，所述正电极活性物质以0.01重量%至5重量%的量包括所述石墨烯。

8.根据权利要求1所述的正电极活性物质，其中基于所述正电极活性物质的总重量，所述锂离子传导性固体电解质的量为0.05重量%至6重量%。

9.根据权利要求1所述的正电极活性物质，其中所述包覆部分的厚度为1 nm至500 nm。

10.根据权利要求1所述的正电极活性物质，其中所述包覆部分包括：

11.根据权利要求1所述的正电极活性物质，其中所述正电极活性物质进一步包括在所述一次颗粒的表面上的晶界包覆部分，所述晶界包覆部分包括所述锂离子传导性固体电解质。

12.根据权利要求1所述的正电极活性物质，其中所述锂镍基复合氧化物由以下表示：

13.根据权利要求1所述的正电极活性物质，其中基于100摩尔%的在所述锂镍基复合氧化物中的除锂之外的总金属，所述锂镍基复合氧化物的镍含量为大于或等于80摩尔%。

14.根据权利要求1所述的正电极活性物质，其中所述芯的平均粒径d50为8 μm至20 μm。

15.根据权利要求1所述的正电极活性物质，其中所述正电极活性物质的粉末电阻为大于85 ω·cm且小于150 ω·cm。

16.正电极，包括：

17.根据权利要求16所述的正电极，其中所述正电极的界面电阻为大于或等于50 ω且小于150 ω。

18.可再充电锂电池，包括：