用于可再充電鋰電池的正極和包括其的可再充電鋰電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于可再充電鋰電池的正極和一種可再充電鋰電池。在一方面，一種用于鋰可再充電電池的正極包括：集流體；正極活性物質層，設置在集流體上，其中，正極活性物質層包括正極活性物質、活性炭和添加劑。
【專利說明】用于可再充電鋰電池的正極和包括其的可再充電鋰電池
【技術領域】
[0001]本公開涉及一種用于可再充電鋰電池的正極和一種包括該正極的可再充電鋰電池。
【背景技術】
[0002]當電池充電和放電時，鋰可再充電電池利用鋰離子的嵌入和脫嵌反應。通常，鋰可再充電電池包括含有正極活性物質的正極、含有負極活性物質的負極、隔板和電解質溶液。
[0003]可能地，ISG (Idle Stop&Go或集成的起動機&發(fā)電機)系統(tǒng)將廣泛地用于電動車輛，專家預計的商業(yè)需求到2015年超過100億美元以上。
[0004]考慮到容量，已經(jīng)被研究用在車輛的ISG系統(tǒng)中的傳統(tǒng)鉛蓄電池在體積上非常大，并且由于充電和放電循環(huán)而具有縮短的循環(huán)壽命的缺點。
[0005]為了解決這些缺點，人們的關注已經(jīng)集中在使用鋰可再充電電池上。鋰可再充電電池通過氧化/還原反應產(chǎn)生電，并具有低倍率的充電和短壽命，這限制了它們在需要高輸入和輸出功率的應用(例如，ISG系統(tǒng))中的使用。
[0006]為了獲得高輸入和輸出功率，已經(jīng)開發(fā)出使用薄電極的低電阻設計。雖然已經(jīng)實現(xiàn)高倍率，但是使用薄電極的鋰可再充電電池由于它們的材料性能而具有局限性，并具有低容量的問題。

【發(fā)明內容】

[0007]一個實施例提供了一種用于可再充電鋰電池的正極，所述正極具有改善的容量、循環(huán)壽命和高倍率充電/放電性能。
[0008]另一實施例提供了一種包括以上正極的可再充電鋰電池。
[0009]一些實施例提供了一種用于可再充電鋰電池的正極，所述正極包括:集流體；以及正極活性物質層，設置在集流體上，其中，正極活性物質層包括:正極活性物質，包括鋰金屬氧化物；活性炭；以及添加劑，包括過渡金屬氧化物。
[0010]一些實施例提供了一種可再充電鋰電池，所述可再充電鋰電池包括:如這里所公開的且描述的正極；負極，包括負極活性物質；以及非水電解質。
[0011]在一些實施例中，過渡金屬氧化物包括氧化錳、氧化鈷、氧化鐵或氧化釩或者它們的組合。
[0012]在一些實施例中，氧化錳為Mn3O4,氧化鈷為Co3O4,氧化鐵為Fe3O4,氧化釩為V205。在一些實施例中，過渡金屬氧化物包括Mn3O4或Co3O4。
[0013]在一些實施例中，基于正極活性物質層的總重量，所述正極活性物質層可以包括大約0.01wt%至大約15wt%的所述添加劑。
[0014]在一些實施例中，基于正極活性物質層的總重量，所述正極活性物質層可以包括大約0.05wt%至大約3wt%的所述添加劑。
[0015]在一些實施例中，鋰金屬氧化物包括鋰鈷氧化物、鋰鎳鈷錳氧化物、鋰鎳鈷鋁氧化物、磷酸鋰鐵氧化物、磷酸鋰鎳氧化物或磷酸鋰鈷氧化物或者它們的組合。
[0016]在一些實施例中，基于正極活性物質層的總重量，所述正極活性物質層可以包括大約65wt%至大約90wt%的所述正極活性物質。
[0017]在一些實施例中，基于正極活性物質層的總重量，所述正極活性物質層可以包括大約lwt%至大約30被％的所述活性炭。在一些實施例中，基于正極活性物質層的總重量，所述正極活性物質層可以包括大約3wt%至大約10wt%的所述活性炭。
[0018]在一些實施例中，活性炭可以包括平均直徑為大約Iym至大約30μπι的顆粒。在一些實施例中，活性炭可以包括平均直徑為大約5 μ m至大約10 μ m的顆粒。
[0019]在一些實施例中，添加劑可以包括平均直徑為大約0.01 μ m至大約20 μ m的顆粒。在一些實施例中，添加劑可以包括平均直徑為大約0.Ιμπ?至大約Ιμπ?的顆粒。
[0020]在一些實施例中，活性炭與添加劑的重量比為1:0.03至1:0.3。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是示出根據(jù)一個實施例的可再充電鋰電池的分解透視圖。
[0022]圖2示出了示例1-示例3的鋰可再充電電池的容量特性。
[0023]圖3示出了示例I至示例3以及對比示例I的鋰可再充電電池的高倍率充電特性。
[0024]圖4示出了示例I至示例3以及對比示例I的鋰可再充電電池的高倍率放電特性。
[0025]圖5示出了示例I至示例3以及對比示例I的鋰可再充電電池的循環(huán)壽命特性。
【具體實施方式】
[0026]在下文中將詳細地描述本公開的示例性實施例。然而，這些實施例僅是示例性的，本公開不限于此。
[0027]—些實施例提供了一種用于鋰可再充電電池的正極，所述正極包括:集流體；以及設置在集流體上的正極活性物質層，其中，正極活性物質層包括正極活性物質、活性炭和添加劑。
[0028]在一些實施例中，集流體可以為Al，但不限于此。
[0029]在一些實施例中，正極活性物質可以為鋰金屬氧化物。
[0030]在一些實施例中，鋰金屬氧化物可以是鋰鈷基氧化物、鋰鎳鈷錳氧化物、鋰磷鎳基氧化物、鋰磷鈷基氧化物或它們的組合。
[0031]正極活性物質的示例可以為如下。
[0032]LiaAj 1-Br,,,Bd12(0.90 ≤ a ≤ 1.8，O ≤ b ≤ 0.5)；
[0033]LiaE^bR"，bOa-cD'c (0.90 ≤a ≤ 1.8，O ≤ b ≤ 0.5，OV c ≤ 0.05)；
[0034]LiE2_bR，’ ’ ！^(VcD1c (O≤b≤ 0.5，O ≤c V 0.05)；
[0035]LiaNi卜b_cCobR，，，J)1 α (0.90 ≤ a ≤ 1.8，O V b V 0.5，O ≤ c V 0.05，0〈α ( 2)；
[0036]LiaNi卜b_cCobR，，，c02_aZa (0.90≤ a ≤1.8，OV b V 0.5，OV c ≤ 0.05，0〈α〈2)；
[0037]LiaNi卜b_cCobR，，，c02_aZ2(0.90 ≤ a ≤ 1.8，O ≤ b ≤ 0.5，O ≤ c ≤ 0.05，0〈 a〈2);
[0038]LiaNi卜b_cMnbR，，’ J)1 α (0.90 ≤ a ≤ 1.8，O ≤ b ≤ 0.5，O ≤c ≤ 0.05，0〈α ( 2)；
[0039]LiaNi卜b_cMnbR，，’ c02_aZa (0.90 ≤ a ≤ 1.8，O ≤ b ≤0.5，O ≤c≤ 0.05，0〈α〈2)；
[0040]LiaNi卜b_cMnbR，，’ c02_aZ2(0.90≤ a ≤ 1.8，O≤ b ≤ 0.5，O ≤ c ≤ 0.05，0〈 a〈2);[0041]LiaNibEcGdO2 (0.90 ≤ a ≤ 1.8，O ≤ b ≤ 0.9，O ≤ c ≤ 0.5，0.001 ≤ d ≤ 0.1);
[0042]LiaNibCocMndGeO2 (0.90 ≤ a ≤ 1.8，O ≤ b ≤ 0.9，O ≤ c ≤ 0.5，O ≤ d ≤ 0.5，
0.001 ≤ e ≤ 0.1)；
[0043]LiaNiGbO2 (0.90 ≤ a ≤ 1.8，0.001 ≤ b ≤ 0.1)；
[0044]LiaCoGbO2 (0.90 ≤ a ≤ 1.8，0.001 ≤ b ≤ 0.1)；
[0045]LiaMnGbO2 (0.90 ≤ a ≤ 1.8，0.001 ≤ b ≤ 0.1)；
[0046]LiaMn2GbO4(0.90 ≤ a ≤ 1.8,0.001 ≤ b ≤ 0.1)；
[0047]QO2 ；QS2 ；LiQS2 ；V205 ；LiV205 ；LiT02 ；LiNiV04 ;Li(3_f) J2 (PO4) 3 (0 ^ f ^ 2)；
[0048]Li(3_f)Fe2 (PO4) 3(0 ^ f ^ 2) ;LiFeP04。
[0049]在上面的化學式中，A’可以為N1、Co、Mn或它們的組合；R’’’可以為Al、N1、Co、Mn、Cr、Fe、Mg、Sr、V、稀土元素或它們的組合；D1可以為O (氧)、F (氟)、S (硫)、P (磷)或它們的組合；E可以為Co、Mn或它們的組合；Z可以為F (氟)、S (硫)、P (磷)或它們的組合；G可以為A1、Cr、Mn、Fe、Mg、La、Ce、Sr、V或它們的組合；Q可以為T 1、Mo、Mn或它們的組合；T可以為Cr、V、Fe、Sc、Y或它們的組合J可以為V、Cr、Mn、Co、N1、Cu或它們的組合。
[0050]在一些實施例中，該化合物可具有位于表面上的涂覆層，或者可與具有涂覆層的化合物混合。在一些實施例中，涂覆層可包括從由涂覆元素的氧化物、涂覆元素的氫氧化物、涂覆元素的羥基氧化物、涂覆元素的碳酸氧鹽(oxycarbonate)和涂覆元素的羥基碳酸鹽組成的組中選擇的至少一種涂覆元素化合物。在一些實施例中，用于涂覆層的化合物可為非晶的或結晶的。在一些實施例中，用于涂覆層的涂覆元素可包括Mg、Al、Co、K、Na、Ca、S1、T1、V、Sn、Ge、Ga、B、As、Zr或它們的混合物。在一些實施例中，可以通過將這些元素包括在化合物中以對正極活性物質的性能沒有負面影響的方法形成涂覆層。例如，該方法可包括諸如噴涂、浸涂等的任何涂覆方法，但是沒有更詳細地說明，因為該方法對于本領域技術人員來講是公知的。
[0051]在一些實施例中，基于正極活性物質層的總重量，可以包括65wt%至90wt%、具體地70wt%至85wt%的正極活性物質。在這個范圍內，鋰可再充電電池可以具有改善的容量、循環(huán)壽命和高倍率充電/放電性能。
[0052]在一些實施例中，活性炭可以通過離子的吸附和分離(不是通過化學反應而是通過物理反應)來改善鋰可再充電電池的高倍率充電/放電性能。
[0053]在一些實施例中，活性炭的平均直徑可以為I μ m至30 μ m，具體地3 μ m至20 μ m，更具體地5μπ?至ΙΟμπ?。在這些范圍內，活性炭具有與正極活性物質的平均直徑類似的平均直徑，因此活性炭的分散性可以是良好的。
[0054]這里，可以使用激光和包括分散在其中的顆粒的溶液來測量平均直徑。例如，可以通過分散在溶液中的顆粒使用激光的折射角來測量平均直徑。平均直徑可以是分散顆粒的尺寸的平均值。
[0055]在一些實施例中，基于正極活性物質層的總重量，可以包括lwt%至30wt%、具體地3wt%至25wt%、更具體地3wt%至10wt%的活性炭。在這些范圍內，包括活性炭的鋰可再充電電池可以具有改善的容量、循環(huán)壽命和高充電/放電倍率。
[0056]在一些實施例中，添加劑可以包括過渡金屬氧化物。
[0057]在一些實施例中，過渡金屬氧化物可以包括氧化錳、氧化鈷、氧化鐵、氧化釩或它們的組合。
[0058]在一些實施例中，氧化錳可以包括由下面的化學式I表示的化合物，鈷基氧化物可以包括由下面的化學式2表示的化合物，鐵基氧化物可以包括由下面的化學式3表示的化合物，釩基氧化物可以包括由下面的化學式4表示的化合物。
[0059]在一些實施例中，由下面的化學式I表示的氧化錳可以用作添加劑。
[0060]化學式I
[0061]Mn3O4 ；
[0062]化學式2
[0063]Co3O4 ；
[0064]化學式3
[0065]Fe3O4 ；
[0066]化學式4
[0067]V2O5。
[0068]在一些實施例中，由化學式I表示的氧化錳具有尖晶石結構，并且Mn的外圍電子的數(shù)目可以從2+改變?yōu)?+。當在正極中以穩(wěn)定的氧化物形式使用例如Co、Fe、V的過渡金屬以及Mn等時，因為陰離子被吸附到添加劑的表面上，所以隨著電極表面上的鋰離子濃度增大，鋰可再充電電池具有改善的容量。
[0069]在一些實施例中，活性炭有助于鋰離子物理吸附到添加劑的表面，由此鋰離子快速傳遞到正極活性物質。在一些實施例中，用作添加劑的氧化物通過還原反應增加了鋰離子在表面上的分散，從而提高了活性炭的性能，以及提供了電子的通路。以這種方式，根據(jù)一個實施例的正極減小了內部電阻并提高了導電率，從而實現(xiàn)了高倍率充電/放電性能。
[0070]在一些實施例中，可以包括重量比為1:0.03至1:0.3、具體地1:0.05至1:0.25、更具體地1:0.05至1:0.23的活性炭和添加劑。在這個范圍內，鋰可再充電電池可以具有改善的容量、循環(huán)壽命和高倍率充電/放電性能。
[0071 ] 在一些實施例中，添加劑的平均直徑可以為0.01 μ m至20 μ m，具體地0.1 μ m至I μ m。在這個范圍內，添加劑具有與正極活性物質和活性炭的良好的分散能力。
[0072]這里，可以利用與測量活性炭的平均直徑的方法相同的方法測量添加劑的平均直徑。
[0073]在一些實施例中，基于正極活性物質層的總重量，可以包括0.01wt%至15wt%、具體地0.05wt%至10wt%、更具體地0.05wt%至3wt%的添加劑。在這個范圍內，鋰可再充電電池可以具有改善的容量、循環(huán)壽命和高倍率充電/放電性能。
[0074]在一些實施例中，正極活性物質層可以包括粘結劑和導電材料。粘結劑改善正極活性物質顆粒彼此間以及正極活性物質顆粒與集流體的粘結性能。粘結劑的示例包括聚乙烯醇、羧甲基纖維素、羥丙基纖維素、二乙?；w維素、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含環(huán)氧乙烷的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡膠、丙烯酸(酯)化的丁苯橡膠、環(huán)氧樹脂、尼龍等，但不限于此。
[0075]使用導電材料來為電極提供導電性。在包括導電材料的電池中，導電材料可以包括任何電子傳導材料，只要不引起化學變化即可。導電材料的示例包括諸如下述的導電材料的一種或至少兩種的混合物:天然石墨；人造石墨；炭黑；乙炔黑；科琴黑；碳纖維；諸如銅、鎳、鋁、銀等的金屬粉、金屬纖維等；或者聚亞苯基衍生物等。
[0076]在一些實施例中，基于正極活性物質層的總重量，可以包括2wt%至10wt%、具體地3wt%至7wt%的粘結劑。在一些實施例中，基于正極活性物質層的總重量，可以包括lwt%至8wt%、具體地2wt%至5wt%的導電材料。
[0077]在一些實施例中，可以通過將正極活性物質層的組合物涂覆在集流體的表面上以形成正極活性物質層并對涂層進行干燥和壓制來制造正極。
[0078]在下文中，參照圖1詳細描述包括以上正極的鋰可再充電電池。
[0079]參照圖1，可再充電鋰電池I包括電極組件、用于容納電極組件的電池殼體5、從頂部注入在殼體中的電解質和密封電池殼體5的蓋板6，電極組件包括正極2、負極3以及位于正極2和負極3之間的隔板4。
[0080]正極的細節(jié)與上面描述的相同。
[0081 ] 在一些實施例中，用于可再充電鋰電池的負極包括集流體和形成在集流體上的負極活性物質層，負極活性物質層包括負極活性物質。
[0082]在一些實施例中，集流體可為銅箔、鎳箔、不銹鋼箔、鈦箔、泡沫鎳、泡沫銅、包覆有導電金屬的聚合物基板或者它們的組合。
[0083]在一些實施例中，負極活性物質層可以包括負極活性物質、粘結劑以及可選的導電材料。
[0084]在一些實施例中，負極活性物質可以包括可逆地嵌入/脫嵌鋰離子的材料、鋰金屬、鋰金屬合金、能夠摻雜/脫摻雜鋰的材料或者過渡金屬氧化物。
[0085]在一些實施例中，可逆地嵌入/脫嵌鋰離子的材料可以為碳材料。碳材料可以是鋰離子可再充電電池中的任何常用的碳類負極活性物質。碳材料的示例包括結晶碳、非晶碳和它們的組合。在一些實施例中，結晶碳可以是非定形的、或板形的、薄片形的、球形的或纖維形狀的天然石墨或人造石墨。在一些實施例中，非晶碳可以為軟碳、硬碳、中間相浙青碳化產(chǎn)物、燒制焦炭等。
[0086]在一些實施例中，鋰金屬合金包括鋰和金屬Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、S1、Sb、Pb、In、Zn、Ba、Ra、Ge、Al 或 Sn。
[0087]能夠摻雜/脫摻雜鋰的材料的示例包括S1、Si_C復合物、SiOx (0〈x〈2)、S1-Y合金(其中，Y是堿金屬、堿土金屬、第13族至第16族元素、過渡元素、稀土元素或它們的組合，且不是Si)、Sn、SnO2> Sn-C復合物、Sn-Y (其中，Y是堿金屬、堿土金屬、第13族至第16族元素、過渡元素、稀土元素或它們的組合，且不是Sn)等。Y的具體元素可以為Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Sc、Y、T1、Zr、Hf、Rf、V、Nb、Ta、Db、Cr、Mo、W、Sg、Tc、Re、Bh、Fe、Pb、Ru、Os、Hs、Rh、Ir、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、B、Al、Ga、Sn、In、Tl、Ge、P、As、Sb、B1、S、Se、Te、Po 或它們的組合。在一些實施例中，元素 Y 可以為 Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、T1、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Re、Fe、Pb、Ru、Os、Rh、Ir、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、B、Al、Ga、Sn、In、Tl、Ge、P、As、Sb、B1、
S、Se、Te或它們的組合。
[0088]在一些實施例中，過渡金屬氧化物可以為氧化釩、氧化鋰釩等。
[0089]在一些實施例中，負極活性物質可以優(yōu)選地包括所述非晶碳，具體地在400°C至1500°C之間燒結的非晶碳。在一些實施例中，鋰可再充電電池可以通過使用非晶碳作為負極活性物質而具有改善的高倍率充電/放電性能。[0090]粘結劑改善負極活性物質顆粒彼此間以及負極活性物質顆粒與集流體的粘結性能。粘結劑的示例包括聚乙烯醇、羧甲基纖維素、羥丙基纖維素、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含亞乙基氧的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡膠、丙烯酸(酯)化的丁苯橡膠、環(huán)氧樹脂、尼龍等，但不限于此。
[0091]包括導電材料來改善電極導電率。任何導電的材料可用作所述導電材料，除非它引起化學變化。導電材料的示例包括:碳類材料，例如天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纖維等；包括銅、鎳、鋁、銀等的金屬粉或金屬纖維的金屬類材料；導電聚合物，例如聚亞苯基衍生物；或它們的混合物。
[0092]在一些實施例中，可以以將活性物質、導電材料和粘結劑混合在溶劑中以制備負極活性物質組合物并在集流體上涂覆該組合物的方法來制造負極。電極制造方法是公知的，因此在本說明書中不再詳細描述。在一些實施例中，溶劑包括N-甲基吡咯烷酮等，但不限于此。
[0093]在一些實施例中，電解質包括非水有機溶劑和鋰鹽。非水有機溶劑用作用于傳輸參與電池的電化學反應的離子的媒介。在一些實施例中，非水有機溶劑可包括碳酸酯類溶劑、酯類溶劑、醚類溶劑、酮類溶劑、醇類溶劑或非質子溶劑。
[0094]碳酸酯類溶劑的示例可包括碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)、碳酸甲乙酯(MEC)、碳酸亞乙酯(EC)、碳酸亞丙酯(PO、碳酸亞丁酯(BC)等。
[0095]當通過將環(huán)狀碳酸酯和鏈狀碳酸酯混合來制備碳酸酯類溶劑時，該溶劑具有高介電常數(shù)和低粘度的優(yōu)點。環(huán)狀碳酸酯和鏈狀碳酸酯可以以大約1:1至大約1:9的體積比混
合在一起。
[0096]酯類溶劑的示例可包括乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸二甲基乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、Y-丁內酯、癸內酯、戊內酯、甲瓦龍酸內酯、己內酯等。醚類溶劑的示例包括二丁醚、四甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、二甲氧基乙烷、2-甲基四氫呋喃、四氫呋喃，酮類溶劑的示例包括環(huán)己酮等。醇類溶劑的示例包括乙醇、異丙醇等。
[0097]非水有機溶劑可以單獨地使用或者以混合物的形式使用。當以混合物的形式使用有機溶劑時，可根據(jù)期望的電池性能來控制混合比。
[0098]在一些實施例中，非水電解質還可以包括過充電抑制劑，例如碳酸亞乙酯、焦碳酸酷等。
[0099]鋰鹽溶于有機溶劑中，以在鋰可再充電電池中用作鋰離子源，以使電池運行并促進鋰離子在正極和負極之間的傳遞。
[0100]鋰鹽的示例包括LiPF6, LiBF4' LiSbF6' LiAsF6, LiN(SO3C2F5) 2、LiC4F9SO3' LiClO4'LiAlO2' LiAlCl4, LiN(CxF2x+1S02) (CyF2y+1S02)(其中，x 和 y 分別是 I 至 20 的自然數(shù))、LiCl、LiKLiB(C2O4)2 (二草酸硼酸鋰)和它們的組合。
[0101]在一些實施例中，鋰可再充電電池中的鋰離子鹽的濃度可以在大約0.1M和大約
2.0M之間。在這些范圍內，電解質可以具有適當?shù)恼扯群土己玫膶щ娐?，從而展現(xiàn)出良好的電解質性能，并且鋰離子可以在鋰可再充電電池中有效地移動。
[0102]隔板可以是在實施例所屬的領域中使用的任何材料，只要它能夠將正極和負極隔開并提供鋰離子能夠傳遞所通過的通路即可。[0103]S卩，可以使用對電解質的離子移動具有低阻力并具有良好的含濕特性的材料作為隔板。例如，可以選擇玻璃纖維、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯(PTFE)或它們的組合作為隔板。隔板可以為紡織物或無紡織物的形式。例如，在鋰可再充電電池中通常選擇聚乙烯類隔板，例如聚乙烯、聚丙烯等。為了提高耐熱性或機械強度，可以使用包覆有陶瓷組分或聚合物材料的隔板，還可以以單層或多層的形式制造隔板。
[0104]下面的示例更詳細地對本公開進行說明。然而，這些示例不應在任何意義上被解釋為限制本公開的范圍。
[0105]示例
[0106]示例 I
[0107]將85wt%LiCo02 (平均直徑為5 μ m)、5wt%活性炭(YP，平均直徑為7 μ m)、基于100重量份的活性炭的7重量份的Mn3O4(平均直徑為0.3 μ m)、4wt%炭黑和6wt%聚偏二氟乙烯(PVdF)混合并分散在N-甲基-2-吡咯烷酮中，以制備正極活性物質組合物。將正極活性物質組合物涂覆在Al箔上、干燥并壓制，以形成正極。
[0108]將90wt%軟碳和10wt%聚偏二氟乙烯(PVdF)混合并分散在N-甲基_2_吡咯烷酮中，以制備負極活性物質組合物。將負極活性物質組合物涂覆在銅箔上、干燥并壓制，以形成負極。
[0109]在將聚乙烯隔板設置在正極和負極之間后，注入電解質，以制造鋰可再充電電池，所述電解質由碳酸亞乙酯(EC)、碳酸乙甲酯(EMC)和碳酸二甲酯(DMC)(以2:2:6的體積比混合)混合而成的溶劑制成并包含IM LiPF6。
[0110]示例 2
[0111]除了將85wt%LiCo02 (平均直徑為5 μ m)、5wt%活性炭(YP，平均直徑為7 μ m)、基于100重量份的活性炭的14重量份的Mn3O4 (平均直徑為0.3 μ m)、4wt%炭黑和6wt%聚偏二氟乙烯(PVdF)混合并分散在N-甲基-2-吡咯烷酮中以制備正極活性物質組合物之外，按照與示例I的方法相同的方法來制造鋰可再充電電池。
[0112]示例 3
[0113]除了將85wt%LiCo02 (平均直徑為5 μ m)、5wt%活性炭(YP，平均直徑為7 μ m)、基于100重量份的活性炭的21重量份的Mn3O4 (平均直徑為0.3 μ m)、4wt%炭黑和6wt%聚偏二氟乙烯(PVdF)混合并分散在N-甲基-2-吡咯烷酮中以制備正極活性物質組合物之外，按照與示例I的方法相同的方法來制造鋰可再充電電池。
[0114]示例 4
[0115]除了將85wt%LiCo02(平均直徑為5 μ m)、5wt%活性炭(YP，平均直徑為7 μ m)、基于100重量份的活性炭的7重量份的Co3O4 (平均直徑為0.3 μ m)、4wt%炭黑和6wt%聚偏二氟乙烯(PVdF)混合并分散在N-甲基-2-吡咯烷酮中以制備正極活性物質組合物之外，按照與示例I的方法相同的方法來制造鋰可再充電電池。
[0116]示例5
[0117]除了將85wt%LiCo02 (平均直徑為5 μ m)、5wt%活性炭(YP，平均直徑為7 μ m)、基于100重量份的活性炭的14重量份的Co3O4 (平均直徑為0.3 μ m)、4wt%炭黑和6wt%聚偏二氟乙烯(PVdF)混合并分散在N-甲基-2-吡咯烷酮中以制備正極活性物質組合物之外，按照與示例I的方法相同的方法來制造鋰可再充電電池。[0118]示例6
[0119]除了將85wt%LiCo02 (平均直徑為5 μ m)、5wt%活性炭(YP，平均直徑為7 μ m)、基于100重量份的活性炭的21重量份的Co3O4 (平均直徑為0.3 μ m)、4wt%炭黑和6wt%聚偏二氟乙烯(PVdF)混合并分散在N-甲基-2-吡咯烷酮中以制備正極活性物質組合物之外，按照與示例I的方法相同的方法來制造鋰可再充電電池。
[0120]示例7
[0121]除了將85wt%LiCo02(平均直徑為5 μ m)、5wt%活性炭(YP，平均直徑為7 μ m)、基于100重量份的活性炭的7重量份的Fe3O4 (平均直徑為0.3 μ m)、4wt%炭黑和6wt%聚偏二氟乙烯(PVdF)混合并分散在N-甲基-2-吡咯烷酮中以制備正極活性物質組合物之外，按照與示例I的方法相同的方法來制造鋰可再充電電池。
[0122]示例 8
[0123]除了將85wt%LiCo02 (平均直徑為5 μ m)、5wt%活性炭(YP，平均直徑為7 μ m)、基于100重量份的活性炭的14重量份的Fe3O4 (平均直徑為0.3 μ m)、4wt%炭黑和6wt%聚偏二氟乙烯(PVdF)混合并分散在N-甲基-2-吡咯烷酮中以制備正極活性物質組合物之外，按照與示例I的方法相同的方法來制造鋰可再充電電池。
[0124]示例 9
[0125]除了將85wt%LiCo02 (平均直徑為5 μ m)、5wt%活性炭(YP，平均直徑為7 μ m)、基于100重量份的活性炭的21重量份的Fe3O4 (平均直徑為0.3 μ m)、4wt%炭黑和6wt%聚偏二氟乙烯(PVdF)混合并分散在N-甲基-2-吡咯烷酮中以制備正極活性物質組合物之外，按照與示例I的方法相同的方法來制造鋰可再充電電池。
[0126]示例 10
[0127]除了將85wt%LiCo02 (平均直徑為5 μ m)、5wt%活性炭(YP，平均直徑為7 μ m)、基于100重量份的活性炭的7重量份的V2O5 (平均直徑為0.3 μ m)、4wt%炭黑和6wt%聚偏二氟乙烯(PVdF)混合并分散在N-甲基-2-吡咯烷酮中以制備正極活性物質組合物之外，按照與示例I的方法相同的方法來制造鋰可再充電電池。
[0128]示例 U
[0129]除了將85wt%LiCo02(平均直徑為5 μ m)、5wt%活性炭(YP，平均直徑為7 μ m)、基于100重量份的活性炭的14重量份的V2O5 (平均直徑為0.3 μ m)、4wt%炭黑和6wt%聚偏二氟乙烯(PVdF)混合并分散在N-甲基-2-吡咯烷酮中以制備正極活性物質組合物之外，按照與示例I的方法相同的方法來制造鋰可再充電電池。
[0130]示例 12
[0131]除了將85wt%LiCo02(平均直徑為5 μ m)、5wt%活性炭(YP，平均直徑為7 μ m)、基于100重量份的活性炭的21重量份的V2O5 (平均直徑為0.3 μ m)、4wt%炭黑和6wt%聚偏二氟乙烯(PVdF)混合并分散在N-甲基-2-吡咯烷酮中以制備正極活性物質組合物之外，按照與示例I的方法相同的方法來制造鋰可再充電電池。
[0132]對比示例I
[0133]除了將85wt%LiCo02(平均直徑為5 μ m)、5wt%活性炭(YP，平均直徑為7 μ m)、4wt%炭黑和6wt%聚偏二氟乙烯(PVdF)混合并分散在N-甲基-2-吡咯烷酮中以制備正極活性物質組合物之外，按照與示例I的方法相同的方法來制造鋰可再充電電池。[0134]對比示例2
[0135]除了將SSwtyoLiNiiy3Cov3Mnv3O2Jwt^)活性炭(平均直徑為 7 μ m)、4wt%炭黑和 6wt%聚偏二氟乙烯(PVdF)混合并分散在N-甲基-2-吡咯烷酮中以制備正極活性物質組合物之外，按照與示例I的方法相同的方法來制造鋰可再充電電池。
[0136]對比示例3
[0137]除了將85wt%LiFeP04、5wt%活性炭(平均直徑為7 μ m)、4wt%炭黑和6wt%聚偏二氟乙烯(PVdF)混合并分散在N-甲基-2-吡咯烷酮中以制備正極活性物質組合物之外，按照與示例I的方法相同的方法來制造鋰可再充電電池。
[0138]實驗示例1:容暈特性評價
[0139]對根據(jù)示例I至示例12和對比示例I至對比示例3制造的每個鋰可再充電電池以IC的恒定電流進行充電，并且當電池的電壓達到4.2V時停止，當以50C的電流將電池放電至2.0V時測量容量。在表1和圖2中描述了結果。
[0140]圖2示出了根據(jù)示例1-示例3的鋰可再充電電池的容量特性。
[0141]實驗示例2:高倍率充電/放電特性評價
[0142]以與實驗示例I中的條件相同的條件對根據(jù)示例I至示例12和對比示例I至對比示例3制造的鋰可再充電電池進行充電和放電，并測量30C/1C的容量保持率(％)。結果不出在表1以及圖3和圖4中。
[0143]圖3示出了根據(jù)示例I至示例3和對比示例I的鋰可再充電電池的高倍率充電特性。圖4示出了根據(jù)示例I至示例3和對比示例I的鋰可再充電電池的高倍率放電特性。
[0144]通過比較IC的放電容量與30C的放電容量的百分比來獲得30C/1C的容量保持率
(%)。
[0145]實驗示例3:循環(huán)壽命特性評價
[0146]以與實驗示例I中的條件相同的條件對根據(jù)示例I至示例12和對比示例I至對比示例3制造的鋰可再充電電池充電和放電1000次循環(huán)。測量第1000次循環(huán)/第1次循環(huán)的容量保持率(％)。結果示出在表1中。另外，測量了 O次循環(huán)的放電容量和第50次循環(huán)的放電容量，結果示出在圖5中。
[0147]圖5示出了根據(jù)示例I至示例3和對比示例I的鋰可再充電電池的循環(huán)壽命特性。
[0148]從第1次循環(huán)的放電容量與第1000次循環(huán)的放電容量的百分比來獲得第1000次/第1次的容量保持率(％)。
[0149]表1[0150]
【權利要求】
1.一種用于可再充電鋰電池的正極，所述正極包括: 集流體；以及 正極活性物質層，設置在集流體上， 其中，正極活性物質層包括:正極活性物質，包括鋰金屬氧化物；活性炭；以及添加劑，包括過渡金屬氧化物。
2.根據(jù)權利要求1所述的正極，其中，過渡金屬氧化物包括氧化錳、氧化鈷、氧化鐵或氧化釩或者它們的組合。
3.根據(jù)權利要求2所述的正極，其中，氧化錳為Mn3O4,氧化鈷為Co3O4,氧化鐵為Fe3O4,氧化釩為V2O5。
4.根據(jù)權利要求2所述的正極，基于正極活性物質層的總重量，所述正極活性物質層包括0.01wt%至15wt%的所述添加劑。
5.根據(jù)權利要求4所述的正極，基于正極活性物質層的總重量，所述正極活性物質層包括0.05wt%至3wt%的所述添加劑。
6.根據(jù)權利要求1所述的正極，其中，鋰金屬氧化物包括鋰鈷氧化物、鋰鎳鈷錳氧化物、鋰鎳鈷鋁氧化物、磷酸鋰鐵氧化物、磷酸鋰鎳氧化物或磷酸鋰鈷氧化物或者它們的組口 ο
7.根據(jù)權利要求1所述的正極，基于正極活性物質層的總重量，所述正極活性物質層包括65wt%至90wt%的所述正極活性物質。
8.根據(jù)權利要求1所述的正極，基于正極活性物質層的總重量，所述正極活性物質層包括lwt%至30wt%的所述活性炭。
9.根據(jù)權利要求8所述的正極，基于正極活性物質層的總重量，所述正極活性物質層包括3wt%至10wt%的所述活性炭。
10.根據(jù)權利要求1所述的正極，其中，活性炭包括平均直徑為Iym至30μπι的顆粒。
11.根據(jù)權利要求10所述的正極，其中，活性炭包括平均直徑為5μ m至10 μ m的顆粒。
12.根據(jù)權利要求1所述的正極，其中，添加劑包括平均直徑為0.01 μ m至20 μ m的顆粒。
13.根據(jù)權利要求12所述的正極，其中，添加劑包括平均直徑為0.1 μ m至I μ m的顆粒。
14.根據(jù)權利要求1所述的正極，其中，活性炭與添加劑的重量比為1:0.03至1:0.3。
15.一種可再充電鋰電池，所述可再充電鋰電池包括: 根據(jù)權利要求1至14中的任一項所述的正極； 負極，包括負極活性物質；以及 非水電解質。
【文檔編號】H01M4/62GK103928655SQ201310484615
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2013年10月16日 優(yōu)先權日:2013年1月16日
【發(fā)明者】韓晸宇, 金榮奇, 樸選一, 石田澄人 申請人:三星Sdi株式會社