[发明专利]正极活性物质、制备方法和可再充电锂电池

说明书

技术领域

本发明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、其制备方法和包含上述正极活性物质的可再充电锂电池。

背景技术

电池使用用于正极和负极的电化学反应材料产生电能。可再充电锂电池通过在嵌入/解嵌锂离子时正极和负极上化学势的变化而产生电能。

可再充电锂电池使用在充电和放电反应时能可逆地嵌入或解嵌锂离子的材料作为正极和负极活性物质，并在正极和负极之间包含有机电解液或聚合物电解液。

对可再充电锂电池的负极活性物质来说，已经采用了可以嵌入和解嵌锂离子的例如人造石墨、天然石墨和硬质碳的各种碳类材料。

对可再充电锂电池的正极活性物质来说，已经研究了能够嵌入锂的例如LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNiO₂、LiNi_1-xCo_xO₂(0<x<1)、LiMnO₂、LiFePO₄等的锂-过渡元素复合氧化物。

发明概述

本发明实施方式的一个方面涉及到一种可以改善充电和放电容量以及高率特性的正极活性物质。

本发明实施方式的一个方面涉及到所述正极活性物质的制备方法。

本发明实施方式的一个方面涉及到一种包含所述正极活性物质的可再充电锂电池。

根据本发明一个实施方式，用于可再充电锂电池的正极活性物质包含如化学式1的化合物：

化学式1

Li_xM_yCo_zPO₄

其中0≤x≤2，0.98≤y≤1，0<z≤0.02，M选自由V、Mn、Fe、Ni及它们的组合组成的组中，且所述化合物在使用CuKα放射测量的X射线衍射(XRD)图中在40.0度至41.0度范围内的2θ值处呈现出峰值。

所述用于可再充电锂电池的正极活性物质可以呈现出X射线衍射图中(002)面的峰和X射线衍射图中(020)面的峰值，所述(020)面的峰值和所述(002)面的峰值具有在20:1至8:1范围内的强度比。

所述用于可再充电锂电池的正极活性物质可以具有在100至800nm范围内的平均粒径。

所述用于可再充电锂电池的正极活性物质可以进一步包含在所述化合物的至少一部分上的碳涂层。

所述碳涂层可以包含选自由碳纳米管、碳纳米棒、碳纳米线、乙炔碳黑(denkablack)、科琴黑(ketjen black)及它们的组合组成的组中的碳材料。

所述用于可再充电锂电池的正极活性物质可以具有在10^-42至10^-1S/m范围内的电导率和在10^-10至10^-1S/m范围内的离子电导率。

根据本发明的另一个实施方式，提供了一种用于可再充电锂电池的正极活性物质的制备方法，所述方法包含：混合Li原料、M原料、PO₄原料和Co原料；将所得到的混合物在650至850℃范围内的温度下进行热处理以制备如化学式1的化合物。

化学式1

Li_xM_yCo_zPO₄

其中0≤x≤2，0.98≤y≤1，0<z≤0.02，M选自由V、Mn、Fe、Ni及它们的组合组成的组中。

所述热处理可以包含以2℃/分钟的速率升高温度。

所述热处理可以进行10小时。

所述方法可以进一步包含冷却所述化合物。

所述冷却可以以2℃/分钟的速率降低温度。

所述方法可以进一步包含在热处理之前向所得到的混合物中加入碳原料。

所述碳原料可以选自由蔗糖、乙二醇、甘油、煤油及它们的组合组成的组中。

所述热处理可以以单一步骤进行。

根据本发明的另一个实施方式，提供一种可再充电锂电池，所述可再充电锂电池包含含有正极活性物质的正极；含有负极活性物质的负极；和电解液。

所述用于可再充电锂电池的正极活性物质具有改善的电导率和离子电导率，以及橄榄石结构的稳定性和经济特性，从而实现具有优异的循环寿命特性、起始充电和放电容量以及高率特性的可再充电锂电池。

附图简述