本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式涉及正電極活性物質(zhì)、其制備方法、包括正電極活性物質(zhì)的正電極和包括正電極的可再充電鋰電池。

背景技術(shù)：

1、便攜式信息裝置(諸如，蜂窩電話、膝上型計(jì)算機(jī)、智能電話等)和/或電動(dòng)汽車(chē)已經(jīng)利用具有相對(duì)高的能量密度和易攜帶性的可再充電鋰電池作為驅(qū)動(dòng)電源。最近，已經(jīng)積極地進(jìn)行研究，以利用具有高的能量密度的可再充電鋰電池作為用于混合動(dòng)力車(chē)輛或電動(dòng)車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)電源和/或用于家用儲(chǔ)能單元(例如，電能存儲(chǔ)單元或電力墻)的電力存儲(chǔ)電源。

2、已經(jīng)對(duì)各種正電極活性物質(zhì)進(jìn)行了研究，以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用于以上用途的可再充電鋰電池。其中，鋰鎳類(lèi)氧化物、鋰鎳錳鈷復(fù)合氧化物、鋰鎳鈷鋁復(fù)合氧化物和鋰鈷氧化物大部分或主要用作正電極活性物質(zhì)。近年來(lái)，已經(jīng)積極地開(kāi)發(fā)了鎳含量(例如，量)為約80mol％或更高的高鎳類(lèi)正電極活性物質(zhì)(由于它們潛在的高的能量密度(實(shí)現(xiàn)高的能量密度的能力))，但是它們具有各種問(wèn)題或挑戰(zhàn)(諸如，由于充電和放電的結(jié)構(gòu)劣化、與電解液的表面副反應(yīng)、由于顆粒破裂的劣化等)。相應(yīng)地，仍需要或要求開(kāi)發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)高的能量密度和長(zhǎng)的循環(huán)壽命特性二者的正電極活性物質(zhì)。

3、作為實(shí)現(xiàn)相對(duì)高容量的高鎳類(lèi)正電極活性物質(zhì)，已經(jīng)大部分或主要使用通過(guò)聚集多個(gè)初級(jí)顆粒制成的次級(jí)顆粒(例如，每個(gè)次級(jí)顆粒)，但是最近，為了實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)的循環(huán)壽命，同時(shí)減少氣體生成，已經(jīng)在評(píng)估或研究單個(gè)顆粒。然而，因?yàn)閱蝹€(gè)顆粒是通過(guò)提高燒制溫度制造的，所以存在增加顆粒的聚集和使可生產(chǎn)性劣化的問(wèn)題。為了防止或減少顆粒的聚集并且降低燒制溫度，已經(jīng)提出了在單個(gè)顆粒的合成期間添加堿性晶粒生長(zhǎng)促進(jìn)劑的研究，但是這存在一個(gè)問(wèn)題，即在燒制后堿性晶粒生長(zhǎng)促進(jìn)劑可能殘留在正電極中并且充當(dāng)電阻，結(jié)果使利用這種高鎳類(lèi)正電極活性物質(zhì)的可再充電鋰電池的循環(huán)壽命劣化。此外，可引入用于去除殘留的堿性晶粒生長(zhǎng)促進(jìn)劑或殘留的鹽的沖洗過(guò)程，但是帶來(lái)增加制造成本或使工藝復(fù)雜化的另一問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)方面涉及用于在相對(duì)低的燒制溫度下有效地制備呈單個(gè)顆粒的形式的高鎳類(lèi)正電極活性物質(zhì)而不利用堿性晶粒生長(zhǎng)促進(jìn)劑的方法，以及用于減少顆粒之間的聚集并且使總體制備工藝簡(jiǎn)單并且經(jīng)濟(jì)的方法。相應(yīng)地，提供了結(jié)構(gòu)上穩(wěn)定并且沒(méi)有殘留的雜質(zhì)，從而不增加電阻并且實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)的循環(huán)壽命的正電極活性物質(zhì)。

2、在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，正電極活性物質(zhì)包括層狀鋰鎳類(lèi)復(fù)合氧化物，其中，基于層狀鋰鎳類(lèi)復(fù)合氧化物的100mol％的總摩爾的除鋰之外的金屬，鎳含量(例如，量)大于或等于約60mol％，鋁含量(例如，量)為約0.8mol％～約1.5mol％，并且鋯含量(例如，量)為約0.1mol％～約0.3mol％，鋁含量(例如，量)與鋯含量(例如，量)的比例(al/zr)大于或等于約5，并且正電極活性物質(zhì)呈平均粒徑(d50)為約1μm～約4μm的單個(gè)顆粒的形式(例如，為單個(gè)顆?；蛘w式顆粒)。

3、在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，制備正電極活性物質(zhì)的方法包括：進(jìn)行鎳前驅(qū)體和m1前驅(qū)體的共沉淀反應(yīng)，以制備呈顆粒的形式并且在顆粒內(nèi)部具有微孔的鎳類(lèi)復(fù)合氫氧化物；將鎳類(lèi)復(fù)合氫氧化物、鋰原料、鋁原料和鋯原料混合并且進(jìn)行熱處理，以制備包括層狀鋰鎳類(lèi)復(fù)合氧化物并且在內(nèi)部具有孔的中空的次級(jí)顆粒，作為通過(guò)聚集多個(gè)初級(jí)顆粒制成的次級(jí)顆粒；粉碎次級(jí)顆粒；以及獲得正電極活性物質(zhì)，其中m1為選自硼(b)、鋇(ba)、鈣(ca)、鈰(ce)、鈷(co)、鉻(cr)、銅(cu)、鐵(fe)、鎂(mg)、錳(mn)、鉬(mo)、鈮(nb)、硅(si)、錫(sn)、鍶(sr)、鈦(ti)、釩(v)、鎢(w)和鋅(zn)中的一種或多種元素，基于鎳類(lèi)復(fù)合氫氧化物的金屬、鋁原料的鋁和鋯原料的鋯的100mol％的總摩爾，鋁原料的鋁含量(例如，量)為約0.8mol％～約1.5mol％并且鋯原料的鋯含量(例如，量)為約0.1mol％～約0.3mol％，并且鋁含量(例如，量)與鋯含量(例如，量)的比例(al/zr)大于或等于約5。

4、一些實(shí)施方式提供了用于可再充電鋰電池的正電極，其包括前述的正電極活性物質(zhì)。

5、一些實(shí)施方式提供了可再充電鋰電池，其包括正電極、負(fù)電極和電解液。

6、根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式，可在相對(duì)低的熱處理溫度下以簡(jiǎn)單的方式合成呈單個(gè)顆粒的形式的高鎳類(lèi)正電極活性物質(zhì)，并且由于在合成工藝期間不利用堿性晶粒生長(zhǎng)促進(jìn)劑，所以沒(méi)有殘?jiān)⑶也辉黾与娮?，正電極活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，并且可實(shí)現(xiàn)可再充電鋰電池的長(zhǎng)的循環(huán)壽命特性。即，在相對(duì)低的溫度下高鎳類(lèi)正電極活性物質(zhì)可容易合成為單個(gè)顆粒，而不使用堿性晶粒生長(zhǎng)促進(jìn)劑。這使得沒(méi)有殘?jiān)?、電阻降低、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，并且改善了可再充電鋰電池的長(zhǎng)期循環(huán)壽命。

技術(shù)特征：

1.一種正電極活性物質(zhì)，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正電極活性物質(zhì)，其中：所述正電極活性物質(zhì)呈與另一單個(gè)顆粒分開(kāi)的單個(gè)顆粒的形式或呈2個(gè)～9個(gè)彼此附接的單個(gè)顆粒的形式。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正電極活性物質(zhì)，其中：

4.一種正電極，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的正電極，其中所述正電極活性物質(zhì)層包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的正電極，其中：

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的正電極，其中：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的正電極，其中：

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的正電極，其中：

10.一種制備正電極活性物質(zhì)的方法，包括：

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中：

12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中：

13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中：

14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中：

15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中：

16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中：

17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述方法包括：

18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中：

19.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中獲得的所述正電極活性物質(zhì)包括：

20.一種可再充電鋰電池，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及正電極活性物質(zhì)、其制備方法、正電極和可再充電鋰電池。正電極活性物質(zhì)包括層狀鋰鎳類(lèi)復(fù)合氧化物，其中，基于層狀鋰鎳類(lèi)復(fù)合氧化物的100mol％的總摩爾的除鋰之外的金屬，鎳含量大于或等于約60mol％，鋁含量為約0.8mol％～約1.5mol％，鋯含量為約0.1mol％～約0.3mol％，并且鋁含量與鋯含量的比例(Al/Zr)大于或等于約5，并且正電極活性物質(zhì)呈平均粒徑(D<subgt;50</subgt;)為約1μm～約4μm的單個(gè)顆粒的形式。

技術(shù)研發(fā)人員：崔丞然,金秀玄,申?yáng)|旭,洪淳基,崔雅藍(lán),河在郁,車(chē)旼娥,金民漢
受保護(hù)的技術(shù)使用者：三星SDI株式會(huì)社
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/19