專利名稱：鋰電池正極物質(zhì)、由其制備的正極和含該正極的鋰電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的一個或多個實施方式涉及鋰電池正極物質(zhì)、由所述正極物質(zhì)制備的正極、和包括所述正極的鋰電池。
背景技術(shù)：
二次鋰電池由于在鋰離子嵌入到正極和負極中或者從正極和負極脫嵌時發(fā)生的氧化和還原反應(yīng)而產(chǎn)生電能。正極和負極各自包括使得能夠嵌入和脫嵌鋰離子的活性物質(zhì)。有機電解質(zhì)溶液或者聚合物電解質(zhì)位于正極和負極之間。作為用于二次鋰電池的正極活性物質(zhì)，例如可使用具有使得能夠嵌入鋰離子并且包括鋰和過渡金屬的結(jié)構(gòu)的氧化物。所述氧化物的實例為鋰鈷氧化物(LiCoO2)、鋰鎳氧化物(LiNiO2)、和鋰鎳鈷錳氧化物(Li [NiCoMnlO2, Li [Ni!^yCoxMny] O2)。如果正極板包括用于二次鋰電池的正極活性物質(zhì)和水性(aqueous)粘合劑，則所述正極活性物質(zhì)中的不反應(yīng)的或者溶解在水中的堿金屬離子可對所制備的正極活性物質(zhì)漿料的PH的顯著提高做出貢獻。因此，所述正極活性物質(zhì)漿料是強堿性的。然而，當將含水正極活性物質(zhì)漿料涂布在鋁電極基板上時，由于其高的pH，所述鋁電極基板腐蝕，從而產(chǎn)生氫氣 ，并且在所述電極板上形成許多針孔，由此提高所述正極板的內(nèi)阻。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方式，鋰電池正極物質(zhì)基本上防止對由強堿引起的腐蝕敏感的金屬基板(例如，鋁基板)的腐蝕。在本發(fā)明的一個或多個實施方式中，正極包括所述正極物質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方式，鋰電池包括所述正極。另外的方面將在以下描述中部分地闡明，并且部分地將從所述描述明晰，或者可通過所呈現(xiàn)實施方式的實踐而獲知。根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方式，鋰電池正極物質(zhì)包括:正極活性物質(zhì)；水性粘合劑；和三氧化鎢(WO3)。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，所述三氧化鎢(WO3)的平均粒徑可為約IOnm-約5μπι。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，所述三氧化鎢(WO3)的量可為約0.001-約50重量份，基于100重量份的所述正極活性物質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，所述正極活性物質(zhì)可包括如下的至少一種:基于鋰鈷的(鋰鈷類)氧化物、基于鋰鎳鈷錳的(鋰鎳鈷錳類)氧化物、和基于鋰鎳鈷鋁的(鋰鎳鈷鋁類)氧化物。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，所述水性粘合劑可包括如下的至少一種:羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、羥丙基甲基纖維素、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯、丁基橡膠、氟橡膠、聚氧乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯酸或其鹽、聚乙烯基吡咯烷酮、聚環(huán)氧氯丙烷、聚磷腈、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚乙烯基吡啶、氯磺化聚乙烯、膠乳、聚酯樹脂、丙烯?；鶚渲?、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、丙烯與具有2-8個碳原子的烯烴的聚合物、以及(甲基)丙烯酸與(甲基)丙烯酸烷基酯的共聚物。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，所述水性粘合劑的量可為約0.1-約10重量份，基于100重量份的所述正極活性物質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，所述正極物質(zhì)可進一步包括導電劑。在這點上，所述導電劑可包括如下的至少一種:天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纖維、碳納米管、金屬粉末、金屬纖維、和導電聚合物。根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方式，鋰電池正極包括:被強堿腐蝕的金屬基板；和在所述金屬基板的至少一個表面上的包括所述正極物質(zhì)的正極層。根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施方式，鋰電池包括:所述正極；面對所述正極設(shè)置的包括負極活性物質(zhì)的負極；和在所述正極和所述負極之間的電解質(zhì)。


當結(jié)合附圖考慮時，由以下詳細描述，這些和/或其它方面將變得明晰和更容易理解，其中:圖1是根據(jù)本發(fā)明實施方式的鋰電池的示意性橫截面圖；圖2是根據(jù)實施 例3制造的正極板的表面的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像；圖3是根據(jù)對比例I制造的正極板的表面的SEM圖像；和圖4是比較根據(jù)實施例6-10和對比例5制造的鋰電池的阻抗測量結(jié)果的圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將結(jié)合附圖描述一些示例性實施方式，其中相同的附圖標記始終是指相同的元件。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的，所描述的實施方式可以不同方式改變并且因此不應(yīng)解釋為限于本文中所闡述的描述。因此，參照附圖描述示例性實施方式以解釋本描述的方面。表述例如“…的至少一個(種)”當在要素列表之前或之后時，修飾要素的整個列表而不修飾該列表的單獨要素。下文中，詳細描述本發(fā)明的一個或多個實施方式。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，鋰電池正極物質(zhì)包括正極活性物質(zhì)、水性粘合劑和三氧化鎢(WO3)。所述正極物質(zhì)可通過使用水作為溶劑制備。典型地，鋁基板(其用作鋰電池正極中的集流體)在其表面具有由Al2O3形成的薄的氧化物膜。在中性含水溶液中，所述薄的氧化物膜防止鋁金屬與水反應(yīng)。因此，不發(fā)生根據(jù)以下反應(yīng)方案I的氫生成反應(yīng)。(反應(yīng)方案I) 2Α1+3Η20->Α1203+3Η2
然而，在堿性含水溶液中，根據(jù)以下反應(yīng)方案2，鋁酸根離子從氧化鋁膜洗脫進入到所述溶液中，并且因此在鋁基板的表面可發(fā)生根據(jù)以下反應(yīng)方案3的反應(yīng)。由于此時產(chǎn)生的氫氣，在形成的電極的表面中形成針孔。(反應(yīng)方案 2)Α1203+Η20+20Γ->2Α102>2Η20(反應(yīng)方案3) 2Α1+60Η>6Η20->2 [Al (OH) 6] 3>3Η2 所述正極物質(zhì)包括作為強氧化劑的三氧化鎢(WO3)。由于包括三氧化鎢，抑制了根據(jù)反應(yīng)方案3的反應(yīng)并且可根據(jù)以下反應(yīng)方案4形成氧化鋁膜。(反應(yīng)方案4) 2A1+3W03 — A1203+3W02如上所述，由于所述三氧化鎢(WO3)而基本上防止鋁的腐蝕，使得基本上防止在電極板上形成針孔，由此基本上防止電極電阻的升高。而且，所述三氧化鎢(WO3)具有低達19.25ηΩπι的電阻率。由于這樣低的電阻率，所述三氧化鎢(WO3)可為所述正極物質(zhì)提供良好的電導率特性，由此降低所述電極板的電阻和得到具有高的倍率特性和良好的壽命特性的鋰電池。所述三氧化鎢的粒度沒有限制。在一些實施方式中，所述三氧化鎢的平均粒徑可為約IOnm至約5 μ m。當所述三氧化鶴的平均粒徑為約5 μ m或更小時,可將所述三氧化鶴顆粒插入到正極活性物質(zhì)顆粒之間的孔(aperture)中，由此提高整個電極板的密度。當所述三氧化鎢的平均粒度為約IOnm或更大時，所述三氧化鎢可為使用物理分散方法可高度分散的。在一些實施方式中, 所述三氧化鎢的平均粒度可為例如約5nm-約I μ m，例如約IOnm-約 IOOnm。如本文中使用的，術(shù)語“平均粒徑”是指“D50”，即基于100%的總體積，在累積粒度分布曲線中，對應(yīng)于50體積％的累積平均粒徑。D50可使用本領(lǐng)域中各種已知的方法之一測量，例如，使用粒度分析儀測量，或者由透射電子顯微鏡(TEM)圖像或者掃描電子顯微鏡(SEM)圖像測量。而且，D50可容易地通過分析由使用動態(tài)光散射法的測量裝置測量的數(shù)據(jù)以對各粒度范圍的顆粒的數(shù)量進行計數(shù)和計算其平均值來測量。所述正極物質(zhì)中所述三氧化鎢的量沒有限制。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，所述三氧化鶴的量可為約0.001-約50重量份,基于100重量份的所述正極活性物質(zhì)。例如。所述三氧化鎢的量可為約0.001-約30重量份、約0.01-約20重量份、約0.1-約10重量份、約1-約10重量份、約1-約5重量份、或者約1-約3重量份，基于100重量份的所述正極活性物質(zhì)。因此，可基本上防止鋁集流體的腐蝕，并且改善所形成的電極的容量，因為所述電極板中所述正極活性物質(zhì)的比率被優(yōu)化。所述正極物質(zhì)中包括的正極活性物質(zhì)可為對所述水性粘合劑或所述含水溶劑不敏感，且不釋放金屬離子的各種正極活性物質(zhì)的任一種。例如，所述正極活性物質(zhì)可包括如下的至少一種:基于鋰鈷的氧化物、基于鋰鎳鈷錳的氧化物、和基于鋰鎳鈷鋁的氧化物，但是不限于此。而且，取決于所需用途，所述正極活性物質(zhì)可摻雜有一種或多種不同的元素。所述正極活性物質(zhì)的非限制性實例包括以下化合物:LiaA1^bBbD2 (其中 0.90 彡 a 彡 1.8 和 O 彡 b 彡 0.5)LiaEhbBb02_cDc (其中 0.90 彡 a 彡 1.8，O 彡 b 彡 0.5 和 O 彡 c 彡 0.05)LiE2_bBb04_cDc(其中 O 彡 b 彡 0.5 和 O 彡 c 彡 0.05)LiaNi 卜 b_cCobBcDa (其中 0.90 彡1.8,0彡b 彡0.5,0 彡(3彡0.05 和 0〈α 彡 2)
權(quán)利要求
1.鋰電池正極物質(zhì)，所述正極物質(zhì)包括:正極活性物質(zhì)；水性粘合劑；和三氧化鎢。
2.權(quán)利要求1的正極物質(zhì),其中所述三氧化鎢的平均粒徑為10nm-5ym。
3.權(quán)利要求1的正極物質(zhì)，其中所述三氧化鎢以0.001-50重量份的量存在于所述正極物質(zhì)中，基于100重量份的所述正極活性物質(zhì)。
4.權(quán)利要求1的正極物質(zhì)，其中所述正極活性物質(zhì)包括如下的至少一種:基于鋰鈷的氧化物、基于鋰鎳鈷錳的氧化物、或者基于鋰鎳鈷鋁的氧化物。
5.權(quán)利要求1的正極物質(zhì)，其中所述水性粘合劑包括選自如下的材料:羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、羥丙基甲基纖維素、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯、丁基橡膠、氟橡膠、聚氧乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯酸及其鹽、聚乙烯基吡咯烷酮、聚環(huán)氧氯丙烷、聚磷腈、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚乙烯基吡啶、氯磺化聚乙烯、膠乳、聚酯樹脂、丙烯?；鶚渲?、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、丙烯與具有2-8個碳原子的烯烴的共聚物、(甲基)丙烯酸與(甲基)丙烯酸烷基酯的共聚物、及其組合。
6.權(quán)利要求1的正極物質(zhì)，其中所述水性粘合劑以約0.1-約10重量份的量存在于所述正極物質(zhì)中，基于100重量份的所述正極活性物質(zhì)。
7.權(quán)利要求1的正極物質(zhì)，進一步包括導電劑。
8.權(quán)利要求7的正極物質(zhì)，其中所述導電劑包括如下的至少一種:天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纖維、碳納米管、金屬粉末、金屬纖維、或?qū)щ娋酆衔铩?br> 9.鋰電池正極,所述正極包括: 能夠被強堿腐蝕的金屬基板；和 在所述金屬基板的至少一個表面上的正極層，所述正極層包括權(quán)利要求1-8任一項的正極物質(zhì)。
10.權(quán)利要求9的正極，其中所述金屬基板為鋁基板。
11.鋰電池，包括: 權(quán)利要求9或10的正極； 面對所述正極且包括負極活性物質(zhì)的負極；和 在所述正極和所述負極之間的電解質(zhì)。
全文摘要
公開了鋰電池正極物質(zhì)、由該正極物質(zhì)制備的正極和含該正極的鋰電池。所述正極物質(zhì)包括正極活性物質(zhì)、水性粘合劑和三氧化鎢。由于包括所述正極活性物質(zhì)、所述水性粘合劑和所述三氧化鎢(WO3)，所述正極物質(zhì)可基本上防止鋁基板的腐蝕。所述正極物質(zhì)具有高的電導率。包括由所述正極物質(zhì)制備的正極的鋰電池具有降低的電極板電阻、高的倍率特性和良好的壽命特性。
文檔編號H01M4/62GK103199233SQ20131000304
公開日2013年7月10日 申請日期2013年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月6日
發(fā)明者韓承勛, 車準圭, 鄭惠先, 金基俊 申請人:三星Sdi株式會社