陰極活性物質及其製備方法以及包含該活性物質的陰極和鋰電池的製作方法
2023-06-06 15:10:46
專利名稱：陰極活性物質及其製備方法以及包含該活性物質的陰極和鋰電池的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種陰極活性物質及其製備方法，以及包含該活性物質的陰極和鋰電池。更具體地，本發明涉及具有高容積密度的陰極活性物質及其製備方法，以及包含該活性物質並具有高電壓穩定性、熱穩定性和高速放電特性的陰極和鋰電池。
背景技術：
與常規的鎳鎘二次電池等相比，鋰二次電池具有高電壓和高容量。具體地，如果使用包括LiCo02、LiNi02、LiMn204的鋰過渡金屬複合氧化物作為陰極活性物質，並使用包括諸如石墨和碳纖維等碳的陽極活性物質作為陽極，則可以獲得4V或更大的高電壓和高容量。 而且，由於鋰二次電池沒有有害的影響如短路，所以廣泛地用作移動電子設備如行動電話、 筆記本電腦、數位相機等的電源。然而，行動裝置被製得越來越輕越來越小，且同時實現各種功能。而且，由於行動裝置需要在低溫和高溫下使用，所以需要更高的電容量、充/放電特性和穩定性。因此，採用規則形狀的LiCoA粉末作為陰極活性物質的常規鋰電池不能滿足上述電池特性。因而， 出現了各種各樣的現有技術，以滿足本領域中的需求。例如，已經提出塗布陰極活性物質的方法。然而，由於該方法致使工藝變得複雜， 所以難於實際應用。因此，提出了提高活性物質顆粒的裝填密度(packing density)的方法。日本專利申請待審公開2000-082466公開一種陰極活性物質，其鋰鈷複合氧化物顆粒的平均粒徑為0. 1 50 μ m，且在顆粒分布中存在兩個峰。韓國專利申請待審公開 2002-0057825公開一種陰極活性物質，其是通過混合平均粒徑7 25 μ m的陰極活性物質與平均粒徑2 6 μ m的陰極活性物質而得到的。日本專利申請待審公開2004-119218公開一種陰極活性物質，其是通過混合平均粒徑7 20 μ m的陰極活性物質與平均粒徑為前述平均粒徑的10 30%的陰極活性物質而得到的。現有技術使用這樣的陰極活性物質，即兩種具有不同平均粒徑的陰極活性物質混合在一起的陰極活性物質，或者平均粒徑的最大值為2或更大的陰極活性物質。使用這些活性物質的目的是通過更緊密地裝填陰極活性物質來提高電池容量。然而，利用現有技術的陰極活性物質製備的陰極的容積密度為3.4g/cm3或更小。而且，僅採用這樣的陰極，對所需的鋰電池特性如高電壓穩定性、熱穩定性和高速放電特性的改進也是有限的。因而，仍然需要獲得這樣的複合陰極活性物質，其能夠通過更適當地混合兩種陰極活性物質，提高容積密度，並且能夠提供具有改進的高電壓穩定性、熱穩定性和高速放電特性的鋰電池。
發明內容
本發明提供一種複合陰極活性物質，其具有改進的高電壓穩定性、熱穩定性和高速放電特性。此外，本發明還提供包含所述複合陰極活性物質的陰極和鋰電池。根據本發明的一方面，提供一種複合陰極活性物質，其包含至少一種選自式1和2 的化合物的大直徑活性物質，及至少一種選自式2、3、4的化合物和碳基材料的小直徑活性物質，且其大直徑活性物質與小直徑活性物質的平均直徑D50之比為6 1至100 1，式1LixCOl_yMy02_aXa式2LixCOl_y_zNiyMz02_aXa式3LixMn2_yMy04_aXa式 4LixCo2_A04_aXa式中0. 90彡χ彡1. 1，0彡y彡0. 9，0彡ζ彡0. 5，0彡α彡2，M為選自Al、Ni、 Mn、Cr、Fe、Mg、Sr、V或稀土元素中的至少一種元素，及X為選自0、F、S和P的元素。大直徑活性物質與小直徑活性物質的平均直徑D50之比可以為6 1至20 1。大直徑活性物質與小直徑活性物質的重量比可以為60 40至90 10。大直徑活性物質與小直徑活性物質的重量比可以為70 30至80 20。大直徑活性物質與小直徑活性物質的摩爾比可以為(60/Mwl 40/Mw2)至(90/ Mwl 10/Mw2)，其中Mwl為大直徑活性物質的分子量，Mw2為小直徑活性物質的分子量，及Wl 和W2為0之外的整數。大直徑活性物質與小直徑活性物質的摩爾比為(70/Mwl 30/Mw2)至(80/Mwl 20/ Mw2)，其中Mwl為大直徑活性物質的分子量，Mw2為小直徑活性物質的分子量，及Wl和W2為0 以外的整數。碳基材料可以為選自石墨、硬碳、碳黑、碳纖維和碳納米管(CNT)中的至少一種。大直徑活性物質和小直徑活性物質的壓實密度(press density)可分別為2. 5 4. Og/cm3 禾口 1. 0 4. Og/cm3。大直徑活性物質的平均粒徑D50可以為1 25 μ m。小直徑活性物質的平均粒徑D50可以為0. 05 5 μ m。根據本發明的另一方面，提供一種包含所述複合陰極活性物質的陰極和包含該陰極的鋰電池。
通過參照附圖詳述其示例性實施方案，本發明的上述及其它特徵和優點將會更加清楚，在附圖中圖1是兩種平均粒徑不同的顆粒，依粒徑比而定的密度分數的理論值的曲線圖2是兩種平均粒徑不同的顆粒，依混合比而定的裝填密度的變化的近似圖；及圖3是利用差示掃描量熱計測定實施例8和對比例4的陰極的結果的曲線圖。
具體實施例方式下文中將參照附圖更全面地說明本發明，其中給出了本發明的優選實施方案。然而，本發明可以很多不同的形式實施，不應理解成本發明僅限於本文中所述的實施方案。相反，提供這些實施方案的目的是為了是本公開更詳盡和完整，並全面地向本領域的技術人員傳達本發明的範圍。在整個說明書中相同的數字始終代表相同的要素。現將詳述本發明。本發明的複合陰極活性物質包含大直徑陰極活性物質和小直徑陰極活性物質。具體地，由於該複合陰極活性物質包含一定粒徑比和一定重量比的陰極活性物質，所以，與包含活性物質的常規陰極活性物質相比，該複合陰極活性物質可以提高容積密度。而且，由於使用高穩定和高導電材料作為小直徑活性物質，所以可以製得具有高電壓穩定性、熱穩定性和高速放電特性等的陰極和鋰電池。提高鋰電池陰極電容量的方法之一是優化同類型粉末或不同類型粉末的分布。例如，當裝填均勻粉末時，在顆粒之間產生均勻的空隙。因而，對於硬球形顆粒而言，無論裝填類型如何，理論裝填比例都不可能超過64%，而且容積密度不可能超過3. 2g/cm3。結果，優化受到限制。因此，為了更密集地裝填顆粒，可以優選使用兩種具有不同粒徑的顆粒，並用小直徑顆粒填充大直徑顆粒之間的空隙。這種情況下，顆粒的尺寸比是重要的。就本發明而言，可以根據平均粒徑彼此不同的顆粒的粒徑比計算密度分數 (fractional density)。為了計算，可以假設顆粒為硬球形的各向同性顆粒，其形狀在裝填中不改變。而且，計算(模擬)是利用本領域中公知的方法進行的。如給出計算結果的圖1所示，當粒徑比為1時，密度分數為約0. 6。然而，隨著粒徑比的增加，密度分數也增加並達到0. 8。然後，當粒徑比為7或更大時，出現分數密度值趨於 0. 85的圖形。當粒徑比為7時，在三個大直徑顆粒之間產生的三角型孔隙尺寸恰好被一個小直徑顆粒所填充。因此，當粒徑比為7或更大時，由於大直徑顆粒之間產生的空隙可以被小直徑顆粒所填充，因而可以有效地利用空間並獲得優異的密度分數。因而，對於本發明的複合陰極活性物質，選自下面式1和2的化合物的大直徑活性物質與選自下面式2、3、4的化合物和碳基材料的小直徑活性物質的平均直徑D50之比為6 1至100 1。優選該平均粒徑D50之比為6 1至50 1，更優選其為6 1至 20 1，最優選其為7 1至20 1。式1LixCOl_yMy02_aXa式2LixCOl_y_zNiyMz02_aXa式3LixMn2_yMy04_aXa式 4LixCo2_A04_aXa
式中，0. 90彡χ彡1. 1，0彡y彡0. 9，0彡ζ彡0. 5,0 ^ α ^ 2，M為至少一種選
自Al、Ni、Mn、Cr、Fe、Mg、Sr、V或稀土元素的元素，X為選自0、F、S和P的元素。式1、2、3、4的化合物和碳基材料將在描述熱穩定性等的部分詳述。為了填充本發明中的空隙，具有不同平均直徑的活性物質的平均粒徑比是重要的。然而，為了增加最終的裝填比例，顆粒的重量比也是重要的。如圖2所示，當粒徑彼此不同的兩種顆粒混合時，存在確定的重量組成比範圍，使裝填密度最高。換言之，為了使大粒徑顆粒之間的空隙被小粒徑顆粒密實地填充，這些顆粒應當以適當的重量比混合。在本發明中理論最大裝填分數為0.86，當使用兩種顆粒而且其粒徑比為7 1、重量比為73 27 時。然而，當使用一種顆粒時，理論最大裝填分數為0.64。因此，除了大直徑活性物質與小直徑活性物質的平均粒徑D50之比為7 1至100 1之外，還優選大直徑活性物質與小直徑活性物質的重量混合比為60 40至90 10，更優選為70 30至80 20。更具體地，大直徑活性物質與小直徑活性物質的摩爾比可以為(60/Mwl 40/Mw2) 至(90/Mwl 10/Mw2)，更優選為(70/Mwl 30/Mw2)至(80/Mwl 20/Mw2)。這裡，Mwl 為大直徑活性物質的分子量，Mw2為小直徑活性物質的分子量，且Wl和W2為0以外的整數。如果混合比超出該範圍，則因為裝填密度降低而不可能實現本發明的目的。儘管本說明書中公開了兩種顆粒，但是也可以使用三種顆粒。這種情況下，將上述平均粒徑比和重量比應用於三種顆粒，可以得到提高了的容積密度。例如，當存在三種顆粒時，各種顆粒之間的平均粒徑比為49 7 1，重量比為75 14 11，得到的理論最大裝填分數為0.95。當存在四種顆粒時，各種顆粒之間的平均粒徑比343 49 7 1，重量比為73 14 10 3，得到的理論最大裝填分數為0.98。因此，為了額外地增加容積密度， 優選以大致為上述比例範圍的均勻平均粒徑比和均勻重量比，混合三種或多種陰極活性物質。如上所述，通過包含一定粒徑比和一定重量比的陰極活性物質可以提高容積密度，進而獲得更高的電容量。然而，除了提高容積密度之外，當使用高穩定材料和高導電材料作為複合陰極活性物質的小直徑活性物質時，還可以獲得更高的熱穩定性和高速放電特性。因此，可以獲得體積容量和充/放電特性均得到提高的電池。因而，首先優選利用本發明的選自式1和2的化合物的具有高容量的陰極活性物質提高陰極的電容量。這種物質的示例包括LiNia8CoaiMnaiO2, LiNiO2, LiNia9Co0.典、 LiNia9CoaiAlaiO2等，但並不限於這些。此外，還可以使用現有技術中公知的具有高容量的任何化合物。然後，作為對應於式2、3和4的化合物的小直徑陰極活性物質，可以使用在4. 2V 或更高電壓下對鋰金屬結構穩定和熱穩定的化合物或者可以通過表面處理獲得這些穩定性的化合物。如果使用這些化合物，則可以高電勢給電池充電，並相對地增加放電容量。因而，由於電池可以具有高容量和熱穩定性，並由此降低因多次充/放電循環下的熱膨脹而導致的體積變化，所以電池的總體性能得到提高。具體地，對應於式2、3和4的化合物包括 LiNil73Col73Mnl73O2, LiMn2O4, LiNi0.5Mn0.502、LiCo0.95Mg0.0502、LiCoPO4 禾口 LiNi1/2Mn3/204 等，但是並不限於這些。此外，也可以使用本領域中公知的具有結構和熱穩定性的任何其它化合物。再者，與碳基材料對應的可用於小直徑陰極活性物質的化合物，可以是具有優異導電性的碳基材料。如果使用這些化合物，可以使大量電子立即滯留和釋放。而且，由於這些化合物的本徵電阻低並因此可逆地發生電子運動，所以即使施加高速放電電流時，也不發生顯著的電壓變化。因而，其可以作為安全的驅動電源來工作，並因此可以應用於各種工作環境。具體地，對應於碳基材料的化合物包括石墨、硬碳、碳黑、碳纖維、碳納米管(CNT) 等，但是並不限於這些。此外，還可以使用本領域中公知的具有優異導電性的任何化合物。在本發明中，大直徑活性物質和小直徑活性物質的壓實密度可以分別為2. 5 4. Og/cm3和1. O 4. Og/cm3。壓實密度是指外部壓實密度，其是通過以0. 3t/cm3的壓力壓縮顆粒粉末而測定的。如果大直徑顆粒和小直徑顆粒的壓實密度小於所述範圍，則混合物的壓實密度降低；如果該壓實密度大於所述範圍，則高速放電特性下降。通常，依據與活性物質一起壓縮的電極板的類型和密度，複合陰極活性物質在以 0. 3t/cm3的壓力進行壓縮時的壓實密度可以為3. 2 4. Og/cm3。如果壓實密度小於3. 2g/ cm3,則難於獲得高電池容量；如果壓實密度大於4. Og/cm3,則存在所得密度超出通常密度範圍且活性物質的顆粒被壓碎的問題。對於本發明，大直徑活性物質的平均粒徑D50可以為1 25 μ m。如果平均粒徑 D50小於1 μ m,則在成形電極上的分散變得困難；如果平均粒徑D50大於25 μ m,則內阻增加。此外，對本發明而言，大直徑活性物質的平均粒徑D50可以為0.05 5μπι。如果該平均粒徑D50小於0. 05 μ m,則在成形電極上的分散變得困難；如果平均粒徑D50大於 5 μ m，則內阻增加。下一步，將通過包含所述複合陰極活性物質製備本發明的陰極。該電極可以通過將包含複合陰極活性物質和粘結劑的陰極混合物成形為一定的形狀，也可以通過將該陰極混合物塗布在諸如鋁箔等集電體上來製備。更具體地，陰極板可如此製備製備陰極材料組合物並直接塗布在鋁箔上，或者將該陰極材料組合物流延在單獨的載體上，通過從載體上剝離之得到陰極活性物質薄膜，然後將該薄膜層壓在鋁箔上。此外，本發明的陰極可以製成任何形狀，包括上面列出的形狀。要成為具有高容量的電池，其必需具有大的充/放電電流。為此，需要具有低電極電阻的材料。因此，通常加入導電劑如碳黑、石墨微粒等，以降低電極的電阻。另外，鋰電池是通過包括所述陰極製備的。本發明的鋰電池可以製備如下。首先，製備陽極活性物質組合物，即混合陽極活性物質、導電劑、粘結劑和溶劑。製備陽極板，即將陽極活性物質組合物直接塗布在銅箔上並乾燥。作為選擇，可將陽極活性物質組合物流延在單獨的載體上。然後，從載體上剝離得到薄膜。可以通過將該薄膜層壓在金屬集電體上製得陽極板。陽極活性物質包括鋰金屬、鋰合金、碳材料、周期表14和15族金屬的氧化物、碳化合物、碳矽化合物、氧化矽化合物、硫化鈦、碳化硼化合物、碳金屬複合物等。碳材料包括通過在不同熱解條件下熱解有機物而得到的碳材料、人造石墨、天然石墨、土壤石墨、膨脹石
墨、片狀石墨等°使用碳黑作為導電劑。使用偏二氟乙烯/六氟丙烯共聚物、聚氟化物、聚丙烯腈、 聚甲基丙烯酸酯、聚四氟乙烯及其混合物，或者使用丁苯橡膠聚合物作為粘結劑。使用 N-甲基吡咯烷酮、丙酮、水等作為溶劑。其中，正極活性物質、導電劑、粘結劑和溶劑的含量為鋰電池中常用的水平。
可以使用鋰電池常用的任何材料作為隔板。具體地，可以使用對電解質離子運動具有低阻力並且具有優異電解質承載能力的隔板。更具體地，可以使用選自玻璃纖維、聚酯、特氟隆、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯(PTFE)或其組合的紡織物或無紡物作為隔板。詳細地，對於鋰離子電池，使用由聚乙烯、聚丙烯等製成的可盤繞的隔板；對於鋰離子聚合物電池，使用具有優異有機電解液浸滲能力的隔板。這些隔板可製備如下。也就是說，將聚合物樹脂、填料和溶劑混合，製得隔板組合物。然後，將隔板組合物塗布在電極的頂部並乾燥，形成隔板膜。作為選擇，可以將隔板組合物流延在載體上並乾燥，然後將從載體上剝離的隔板膜層壓在電極的頂面上，形成隔板。所述聚合物樹脂不限於特定的聚合物樹脂，可以使用能夠用作電極板粘結劑的任何材料。例如，可以使用偏二氟乙烯/六氟丙烯共聚物、聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯及其混合物。電解液可以是一種、兩種或多種電解介質溶解於其中的溶劑或混合溶劑。該溶劑包括碳酸亞丙酯，碳酸亞乙酯，碳酸二乙酯，碳酸甲乙酯，碳酸甲丙酯，碳酸亞丁酯，苯甲腈，乙腈，四氫呋喃，2-甲基四氫呋喃，Y-丁內酯，二氧戊環(dioxorane),4-甲基二氧戊環，N，N-二甲基甲醯胺，二甲基乙醯胺，二甲亞碸，二氧己環，1，2_ 二甲氧基乙烷，環丁碸 (sulforane)，二氯乙烷，氯苯，硝基苯，二甲基碳酸酯，甲基乙基碳酸酯，二乙基碳酸酯，甲基丙基碳酸酯，甲基異丙基碳酸酯，乙基丙基碳酸酯，二丙基碳酸酯，二丁基碳酸酯，二乙二醇，二甲基醚或者它們的混合溶劑。而且，所述電解質包括鋰鹽如LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, Li (CF3SO2) 2N, LiC4F9SO3, LiSbF6, LiAlO4, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1S02) (CyF2y+1S02)(式中，χ 和 y 為自然數)，LiCl，LiI 等。電池結構通過將隔板放置在陽極板與陰極板之間形成。鋰離子電池是通過盤繞或摺疊所述電池結構，將其裝入圓筒形或長方形電池殼中，並注入根據本發明的有機電解液而完成的。此外，鋰離子聚合物電池是通過將所述電池結構層疊成雙電池結構，將該結構浸漬在根據本發明的有機電解液中，及將所得產物引入袋(pouch)中並密封而完成的。現將參照下面的實施例，更詳細地說明本發明。下面的實施例僅用於說明，而不是對本發明的範圍的限制。實施例複合陰極活性物質和陰極的製備實施例1將1.4g平均粒徑為14μπι的LiNia8Coci lMntl lO2粉末、0.6g平均粒徑為2μπι的 LiCoO2粉末、0. 6g平均粒徑為6 μ m的乙炔黑粉末導電材料和0. 045g的聚偏二氟乙烯 (PVdF)粘結劑混合，並向該混合物中加入5ml的N-甲基-吡咯烷酮。然後，用機械攪拌器攪拌所得混合物30分鐘，得到漿料。用刮刀將該漿料在鋁(Al)集電體上沉積約200 μ m的厚度並乾燥。然後，在真空和110°c的條件下再次乾燥，製得陰極板。用輥壓機將陰極板壓製成片狀。實施例2該實施例在與實施例1相同的條件下進行，只是使用平均粒徑為14μπι的 LiNia8CoaiMnaiO2粉末和平均粒徑為1. 3 μ m的LiCoO2粉末。
實施例3該實施例在與實施例1相同的條件下進行，只是使用平均粒徑為14μπι的 LiNia8CoaiMnaiO2粉末和平均粒徑為0. 7 μ m的LiCoO2粉末。實施例4該實施例在與實施例1相同的條件下進行，只是使用平均粒徑為14μπι的 LiNia8CoaiMnaiO2粉末和平均粒徑為0. 28 μ m的LiCoO2粉末。實施例5該實施例在與實施例1相同的條件下進行，只是使用1 LiNia8CoaiMnaiO2粉末和0. 8g平均粒徑為2 μ m的LiCoO2粉末。實施例6該實施例在與實施例1相同的條件下進行，只是使用1 LiNia8CoaiMnaiO2粉末和0. 5g平均粒徑為2 μ m的LiCoO2粉末。實施例7該實施例在與實施例1相同的條件下進行，只是使用1 LiNia8CoaiMnaiO2粉末和0. 2g平均粒徑為2 μ m的LiCoO2粉末。實施例8該實施例在與實施例1相同的條件下進行，只是使用1 LiCoO2粉末和0. 4g平均粒徑為1 μ m的LiNiv3Ccv3Mn1Z3A粉末。實施例9該實施例在與實施例1相同的條件下進行，只是使用1 LiCoO2粉末和0. 4g平均粒徑為1 μ m的LiMn2O4粉末。實施例10該實施例在與實施例1相同的條件下進行，只是使用1 LiCoO2粉末和0. 6g平均粒徑為1 μ m的LiNiv3Ccv3Mn1Z3A粉末。實施例11該實施例在與實施例1相同的條件下進行，只是使用1 LiCoO2粉末和0. 6g平均粒徑為1 μ m的LiNia5Mna5O2粉末。實施例12該實施例在與實施例1相同的條件下進行，只是使用Ig平均粒徑為7μπι的 LiNia8CoaiMnaiA粉末和Ig平均粒徑為1 μ m的石墨粉末。實施例13該實施例在與實施例1相同的條件下進行，只是使用Ig平均粒徑為6μπι的 LiNia8CoaiMnaiA粉末和Ig平均粒徑為1 μ m的石墨粉末。實施例14該實施例在與實施例1相同的條件下進行，只是使用Ig平均粒徑為7μπι的 LiNia8CoaiMnaiO2粉末和Ig平均粒徑為0.4μπι的石墨粉末。對比例1該實施例在與實施例1相同的條件下進行，只是使用平均粒徑為14μπι的 LiNitl 8CoaiMnaA粉末和平均粒徑為10 μ m的LiCoA粉末。
.2g平均粒徑為14 μ m的 .4g平均粒徑為14 μ m的 .8g平均粒徑為14 μ m的 .6g平均粒徑為12μπι的 .6g平均粒徑為12μπι的 .4g平均粒徑為12μπι的 .4g平均粒徑為14 μ m的
對比例2該實施例在與實施例1相同的條件下進行，只是使用l.Og平均粒徑為14μπι的 LiNia8CoaiMnaiO2粉末和Ig平均粒徑為2 μ m的LiCoO2粉末。對比例3該實施例在與實施例1相同的條件下進行，只是使用2g平均粒徑為14μπι的 LiNia8CoaiMnaA粉末，而不使用LiCoA粉末。對比例4該實施例在與實施例8相同的條件下進行，只是使用2g平均粒徑為12μπι的 LiCoO2粉末，而不使用LiNi1Z3Ccv3Mn1/^粉末。對比例5該實施例在與實施例12相同的條件下進行，只是使用2g平均粒徑為7μπι的 LiNia8CoaiMnaiO2粉末，而不使用石墨粉末。實驗例1 電極密度的測量測量根據實施例1 14及對比例1 5製備的陰極的密度，結果示於下面的表1 中。表權利要求
1.一種複合陰極活性物質，其包含至少一種選自下面式1和2的化合物的大直徑活性物質，及至少一種選自式3和4的化合物的小直徑活性物質，而且其大直徑活性物質與小直徑活性物質的平均直徑D50之比為6 1至20 1，其中所述大直徑活性物質與所述小直徑活性物質的重量比為60 40至90 10，式1LixCcVyMyCVaXa式2LixCOl_y_zNiyMz02_aXa式3LixMn2_yMy04_aXa式4LixCo2_yMy04_aXa式中0. 90彡χ彡1. 1，0彡y彡0. 9，0彡ζ彡0. 5，0彡α彡2，M為選自Al、Mn、Cr、 狗、Mg、Sr、V或稀土元素中的至少一種，及X為選自0、F、S和P的元素，其中選自式1和2的化合物的大直徑活性物質具有高容量，選自式3、4的化合物的小直徑活性物質在4. 2V或更高電壓下對鋰金屬結構穩定和熱穩定。
2.根據權利要求1的複合陰極活性物質，其中所述大直徑活性物質與所述小直徑活性物質的重量比為70 30至80 20。
3.根據權利要求1的複合陰極活性物質，其中所述大直徑活性物質與所述小直徑活性物質的摩爾比為(60/Mwl 40/Mw2)至(90/Mwl 10/Mw2)，式中Mwl為大直徑活性物質的分子量，Mw2為小直徑活性物質的分子量，及Wl和W2為0之外的整數。
4.根據權利要求1的複合陰極活性物質，其中所述大直徑活性物質與所述小直徑活性物質的摩爾比為(70/Mwl 30/Mw2)至(80/Mwl 20/Mw2)，式中Mwl，Mw2，Wl和W2的定義與權利要求3中的相同。
5.根據權利要求1的複合陰極活性物質，其中所述大直徑活性物質與所述小直徑活性物質的壓實密度分別為2. 5 4. Og/cm3和1. 0 4. Og/cm3。
6.根據權利要求1的複合陰極活性物質，其中所述大直徑活性物質的平均粒徑D50為 1 25 μ m。
7.根據權利要求1的複合陰極活性物質，其中所述小直徑活性物質的平均粒徑D50為 0. 05 5 μ m0
8.一種陰極，其包含權利要求1 7中任一項的複合陰極活性物質。
9.一種鋰電池，其包含權利要求8的陰極。
全文摘要
本發明提供一種複合陰極活性物質，其大直徑活性物質與小直徑活性物質的平均粒徑D50之比為6∶1至100∶1。該複合陰極活性物質包含大直徑活性物質和小直徑活性物質。而且可以通過以均勻的粒徑比和均勻的重量比混合這些活性物質來提高裝填密度。另外，還可以通過包含高穩定材料和高導電材料實現改進的容積密度、放電容量及高速放電容量等。
文檔編號H01M4/131GK102163717SQ20111007328
公開日2011年8月24日 申請日期2006年2月10日 優先權日2005年2月15日
發明者崔榮敏, 金圭成, 金庚鎬 申請人:三星Sdi株式會社