[发明专利]正极活性材料、其制造方法和使用其的可充电锂电池

说明书

技术领域

本公开涉及一种用于可充电锂电池的正极活性材料、一种包括该正极活性材料的可充电锂电池和一种制造该正极活性材料的方法。

背景技术

近来，由于便携式电子设备的尺寸减小和重量下降，因此需要开发用在便携式电子设备中的具有高性能和大容量的电池。

电池利用正极和负极的电化学反应材料(在下文中简称为“活性材料”)来产生电力。锂离子在正极和负极处嵌入/脱嵌的过程中，锂可充电电池由于化学势的变化产生电能。

锂可充电电池利用用于正极活性材料和负极活性材料的可逆地嵌入或脱嵌锂离子的材料，并且包含位于正极和负极之间的有机电解质或聚合物电解质。

对于可充电锂电池的正极活性材料，已经研究了诸如LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNiO₂、LiNi_1-xCo_xO₂(0＜x＜1)、LiMnO₂等的复合金属氧化物。

基于锰的正极活性材料(例如LiMn₂O₄和LiMnO₂)容易合成，比其它材料成本低，与其它活性材料相比具有优良的热稳定性，并且对环境友好。然而，这些基于锰的材料具有相对低的容量。

LiCoO₂具有良好的导电率、大约3.7V的高单体电池电压、优良的循环寿命、优良的稳定性和优良的放电容量，因此成为目前商业化的典型材料。然而，LiCoO₂如此昂贵，使得LiCoO₂占了电池成本的超过30％，因此LiCoO₂会失去价格竞争力。

另外，LiNiO₂在上述正极活性材料中具有最高的放电容量，但是LiNiO₂难以合成。此外，由于镍被高度氧化，所以LiNiO₂会劣化电池和电极的循环寿命，并且会具有严重的自放电和可逆性劣化的问题。此外，LiNiO₂会由于稳定性不足而难以商业化。

发明内容

示例性实施例提供了一种用于可充电锂电池的正极活性材料以及制造该正极活性材料的方法，所述正极活性材料是经济的，并且具有良好的稳定性、高容量、提高的导电率和/或高倍率特性。

根据本公开的一个方面，提供了一种用于可充电锂电池的正极活性材料，所述正极活性材料用下面的化学式1表示，并且所述正极活性材料在大约大于或等于居里温度的温度下具有大约2.4μ_B/mol或更大的有效磁矩。

化学式1

Li_aMeO₂

在化学式1中，Me为Ni_xCo_yMn_zM′_k，0.45≤x≤0.65，0.15≤y≤0.25，0.15≤z≤0.35，0.9≤a≤1.2，0≤k≤0.1，x+y+z+k＝1，且M′为Al、Mg、Ti、Zr或它们的组合。

所述正极活性材料可以具有大约或更大的正极活性材料的a轴晶格常数，并且可以具有大约或更大的正极活性材料的c轴晶格常数。

在化学式1中，Li与Me的摩尔比可以在从大约0.9至大约1.2的范围内。

在化学式1中，x、y、z和k也可以为0.55≤x≤0.65，0.15≤y≤0.25，0.15≤z≤0.25，0≤k≤0.1，并且x+y+z+k＝1。

y和z可以相同。

在化学式1中，Li与Me的摩尔比也可以在从大约0.97至大约1.05的范围内。

在化学式1中，Li与Me的摩尔比也可以在从大约0.98至1.02的范围内。

在假设Li原子可以100％填充正极活性材料的所有Li位的情况下，Li位中存在的Li原子的比例在从大约98％至大约100％的范围内。

可以通过在大于等于大约800℃且小于大约900℃的温度下烧结复合过渡元素前驱体和锂化合物来制备所述正极活性材料。