[发明专利]正极活性材料及其制备方法和包括其的锂离子二次电池

说明书

技术领域

本发明的各方面涉及一种制备用于锂离子二次电池的锂锰氧化物正极活性材料的方法。更具体地讲，本发明的各方面涉及一种制备具有包括两种或两种以上不同尺寸的球形尖晶石型锂锰氧化物颗粒的用于锂离子二次电池的锂锰氧化物正极活性材料的方法、一种通过该方法制备的锂锰氧化物正极活性材料以及一种包括该锂锰氧化物正极活性材料的锂离子二次电池。

背景技术

由于近来诸如蜂窝电话、可携式摄像机和笔记本电脑的便携式电子设备朝着更紧凑且更轻的趋势发展，对可以用作电子设备的电源的锂离子二次电池的包括高性能、高耐久性和高可靠性的特性改进的需求正在增加。此外，随着更多的注意力付诸于实现电动车辆，锂离子二次电池作为用于电动车辆的电源尤其备受关注。

锂离子二次电池通常包括：正极和负极，能够使锂离子嵌入和脱嵌；分隔件，防止正极和负极相互物理接触；有机电解质或聚合物电解质，在正极和负极之间传输锂离子。在锂离子二次电池中，当锂离子在正极和负极中嵌入/脱嵌时，通过电化学氧化/还原反应来产生电能。

可使用各种类型的碳材料作为锂离子二次电池的负极活性材料，可使用诸如LiCoO₂、LiMnO₂或LiMn₂O₄的锂金属氧化物作为锂离子二次电池的正极活性材料。

在锂金属氧化物中，尖晶石型锂锰氧化物是一种环境友好且安全的正极活性材料，因为未使用像钴一样的有害重金属。因此，尖晶石型锂锰氧化物有利地用于电动车辆等的功率存储。然而，尖晶石型锂锰氧化物的缺点在于与层状型锂金属氧化物相比，其单位重量和单位体积的能量密度低。

发明内容

本发明的一方面提供一种制备用于锂离子二次电池的锂锰氧化物正极活性材料的方法，所述锂锰氧化物正极活性材料包括具有两种或两种以上不同尺寸的球形尖晶石型锂锰氧化物颗粒。

本发明的其它方面提供一种通过上述制造方法制备的锂锰氧化物正极活性材料和一种包括锂锰氧化物正极活性材料的具有改善了的体积能量密度和电池容量的锂离子二次电池。

根据本发明的一方面，提供一种制备用于锂离子二次电池的锂锰氧化物正极活性材料的方法，所述锂锰氧化物正极活性材料包括具有两种或两种以上不同尺寸的球形尖晶石型锂锰氧化物颗粒，该方法包括下述步骤：将具有两种或两种以上不同尺寸的锰氧化物与含锂化合物均匀地混合；对所得的混合物进行热处理，以获得锂锰氧化物。

根据本发明的实施例，相对较大的锂锰氧化物颗粒与相对较小的锂锰氧化物颗粒的粒度比可为1:0.2至1:0.4。

根据本发明的实施例，相对较大的锂锰氧化物颗粒和相对较小的锂锰氧化物颗粒可以以1:1至1:3的重量比混合。

根据本发明的实施例，相对较大的锰氧化物颗粒的粒度可在10μm至20μm的范围内。

根据本发明的实施例，所述方法还可包括通过将锰氧化物溶解在酸性溶液或碱性溶液中并进行热处理来执行预处理工艺，以控制锰氧化物的尺寸和形状。

根据本发明的实施例，酸性溶液可包括硫酸溶液或盐酸溶液，碱性溶液可包括氨水溶液或氢氧化钠溶液。

根据本发明的实施例，可以在300℃至600℃的范围内的温度下执行热处理4至6小时。

根据本发明的实施例，所述方法还可包括通过研磨执行预处理工艺，以控制锰氧化物的尺寸和形状。

根据本发明的另一方面，提供一种用于锂离子二次电池的锂锰氧化物正极活性材料，通过上述方法制备所述锂锰氧化物正极活性材料。

根据本发明的又一方面，提供一种包括由上述方法制备的锂锰氧化物正极活性材料的锂离子二次电池，所述锂离子二次电池包括正极、负极、分隔件和有机电解质。

如上所述，根据本发明，尖晶石型锂锰氧化物正极活性材料具有大大改善了的体积能量密度和输出特性。因此，可在高速充电和放电过程中防止电池容量的减小，从而显著地改善用于电动车辆等的储能的锂离子二次电池的容量和寿命特性。

本发明的附加方面和/或优点将在下面的描述中部分地阐述，部分地将通过描述而清楚，或者可通过实践本发明而明了。

附图说明

通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的目的、特征和优点将变得更加清楚，在附图中：

图1、图2和图3是在示例和对比示例中生产的产品的扫描电子显微镜（SEM）照片；

图4、图5和图6是示出根据本发明的实施例的具有两种不同尺寸的混合颗粒的示意图。

具体实施方式