正电极活性物质、制备正电极活性物质的方法以及包括具有正电极活性物质的正电极的可再充电锂电池与流程

本公开内容涉及正电极活性物质、具有所述正电极活性物质的正电极和包括具有所述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)已经使用具有高能量密度和易便携性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电力存储电源。

2、为了实现适合于上述应用的可再充电锂电池，正在研究各种正电极活性物质。例如，主要使用锂镍基氧化物、锂镍锰钴复合氧化物、锂镍钴铝复合氧化物或锂钴基氧化物作为正电极活性物质。

3、近来，随着对具有优越的性能、例如优越的容量或优越的能量密度的可再充电锂电池的需求已迅速增加，需要开发可表现出长循环寿命特性的可再充电锂电池。

技术实现思路

1、一些实施方式提供能够表现出长循环寿命特性的正电极活性物质、具有所述正电极活性物质的正电极和包括具有所述正电极活性物质的正电极的可再充电锂电池。

2、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第一正电极活性物质和第二正电极活性物质。第一正电极活性物质可包括具有锂钴基氧化物的颗粒。第一正电极活性物质的颗粒可具有约9 μm至约25 μm的平均粒径d50。第二正电极活性物质可包括具有锂钴基氧化物的颗粒和在第二正电极活性物质的颗粒的表面上的层状碳包覆层。第二正电极活性物质的颗粒可具有约1 μm至约9 μm的平均粒径d50。

3、在一些实施方式中，基于100重量%的第二正电极活性物质，第二正电极活性物质可以约0.05重量%至约5.0重量%的量包括碳包覆层。

4、在一些实施方式中，第二正电极活性物质的碳包覆层可包括具有包括2个层至50个层的层状结构的石墨烯。

5、在一些实施方式中，在碳包覆层中，石墨烯可源自(衍生自)板状碳材料。

6、在一些实施方式中，碳材料可包括石墨烯、石墨或其组合。

7、在一些实施方式中，碳材料的平均尺寸d50可为小于或等于约2.5 μm。

8、在一些实施方式中，碳材料的平均尺寸d50可为约50 nm至约900 nm。

9、在一些实施方式中，碳材料的厚度可为小于或等于约1.0 μm。

10、在一些实施方式中，碳包覆层可具有连续膜或岛的形式。

11、在一些实施方式中，碳包覆层可具有可为0.15至0.50的作为在拉曼光谱中在1350cm-1附近的峰强度id对在1580 cm-1附近的峰强度ig表示的比率id/ig。

12、在一些实施方式中，第一正电极活性物质可包括在第一正电极活性物质的各颗粒的表面上的小于或等于约0.01重量%的碳材料。

13、在一些实施方式中，第一正电极活性物质的锂钴基氧化物和第二正电极活性物质的锂钴基氧化物可彼此相同或可彼此不同，且可各自独立地由以下表示：lia1cox1m1y1o2-b1xb1。此外，0.9≤a1≤1.8，0.7≤x1≤1，0≤y1≤0.3，0.9≤x1+y1≤1.1，且0≤b1≤0.1。m1可为al、b、ba、ca、ce、cr、cu、fe、mg、mn、mo、ni、se、si、sn、sr、ti、v、w、y、zn和zr的一种或多种元素。x可为f、p和s的一种或多种元素。

14、在一些实施方式中，第一正电极活性物质的锂钴基氧化物和第二正电极活性物质的锂钴基氧化物各自进一步含有铝。基于100重量%的在第二正电极活性物质中的除锂之外的总金属的第二正电极活性物质中的铝的量可大于基于100重量%的在第一正电极活性物质中的除锂之外的总金属的在第一正电极活性物质中的铝的量。

15、在一些实施方式中，基于总计100重量%的第一正电极活性物质和第二正电极活性物质，正电极活性物质可以约20重量%至约95重量%的量包括第一正电极活性物质。基于总计100重量%的第一正电极活性物质和第二正电极活性物质，正电极活性物质可以约5重量%至约80重量%的量包括第二正电极活性物质。

16、根据本公开内容的一些实施方式的制备正电极活性物质的方法可包括：准备包括包含锂钴基氧化物的颗粒的第一正电极活性物质，第一正电极活性物质的颗粒具有约9 μm至约25 μm的平均粒径d50；通过将第二正电极活性物质的颗粒与板状碳材料干式混合(干混)来制备第二正电极活性物质，第二正电极活性物质的颗粒可包括锂钴基氧化物且可具有约1 μm至约9 μm的平均粒径d50；以及混合第一正电极活性物质和第二正电极活性物质。

17、在一些实施方式中，所述方法可进一步包括制备碳材料，使得碳材料可具有小于或等于约2.5 μm的平均尺寸d50。

18、在一些实施方式中，制备第二正电极活性物质可包括使用混合器、例如nobilta(诺比尔塔)混合器混合第二正电极活性物质的颗粒和碳材料，且以约1,000 s-1至约9,000s-1的剪切速率和使用小于或等于约20 m/s的叶片旋转速度混合第二正电极活性物质的颗粒和碳材料。

19、在一些实施方式中，制备第二正电极活性物质可包括将第二正电极活性物质的颗粒和范围约0.05重量%至约5.0重量%的量的碳材料混合，基于总计100重量%的第二正电极活性物质的颗粒和碳材料。

20、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正电极、负电极和电解质。正电极可包括集流体和在集流体上的正电极活性物质层。正电极活性物质层可包括如上所述的正电极活性物质。

21、根据一些实施方式的正电极活性物质可使由于充电和放电而导致的劣化最小化且可改善颗粒强度。另外，根据一些实施方式的正电极可改善与电极板的粘合强度和导电性，且根据一些实施方式的可再充电锂电池可表现出优异的循环寿命特性且还可具有高容量和高能量密度。

22、根据一些实施方式的制备正电极活性物质的方法可在使制造成本最小化的同时提供表现出长循环寿命特性的正电极活性物质。

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，其中基于100重量%的所述第二正电极活性物质，所述第二正电极活性物质以0.05重量%至5.0重量%的量包括所述碳包覆层。

3.根据权利要求1所述的正电极活性物质，其中所述第二正电极活性物质的所述碳包覆层包括具有包括2个层至50个层的层状结构的石墨烯。

4.根据权利要求3所述的正电极活性物质，其中在所述碳包覆层中，所述石墨烯源自板状碳材料。

5.根据权利要求4所述的正电极活性物质，其中所述碳材料包括石墨烯、石墨或其组合。

6.根据权利要求4所述的正电极活性物质，其中所述碳材料的平均尺寸d50为小于或等于2.5 μm。

7.根据权利要求4所述的正电极活性物质，其中所述碳材料的平均尺寸d50为50 nm至900 nm。

8.根据权利要求4所述的正电极活性物质，其中所述碳材料的厚度为小于或等于1.0 μm。

9.根据权利要求1所述的正电极活性物质，其中所述碳包覆层具有连续膜或岛的形式。

10.根据权利要求1所述的正电极活性物质，其中所述碳包覆层具有0.15至0.50的作为在拉曼光谱中的在1350 cm-1附近的峰强度id对在1580 cm-1附近的峰强度ig表示的比率id/ig。

11.根据权利要求1所述的正电极活性物质，其中所述第一正电极活性物质包括在所述第一正电极活性物质的各颗粒的表面上的小于或等于0.01重量%的碳材料。

12.根据权利要求1所述的正电极活性物质，其中所述第一正电极活性物质的所述锂钴基氧化物和所述第二正电极活性物质的所述锂钴基氧化物彼此相同或彼此不同，且各自独立地由以下表示：

13.根据权利要求1所述的正电极活性物质，其中所述第一正电极活性物质的所述锂钴基氧化物和所述第二正电极活性物质的所述锂钴基氧化物各自进一步含有铝，且

14.根据权利要求1所述的正电极活性物质，其中基于总计100重量%的所述第一正电极活性物质与所述第二正电极活性物质，所述正电极活性物质以20重量%至95重量%的量包括所述第一正电极活性物质，且

15.制备根据权利要求1至14任一项所述的正电极活性物质的方法，所述方法包括：

16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括制备所述碳材料，使得所述碳材料具有小于或等于2.5 μm的平均尺寸d50。

17.根据权利要求15所述的方法，其中制备所述第二正电极活性物质包括：

18.根据权利要求15所述的方法，其中制备所述第二正电极活性物质包括将所述第二正电极活性物质的所述颗粒与范围0.05重量%至5.0重量%的量的所述碳材料混合，基于总计100重量%的所述第二正电极活性物质的所述颗粒和所述碳材料。

19.可再充电锂电池，包括：