[发明专利]用于二次电池的正极活性材料

说明书

技术领域

示例性的实施例涉及用于二次电池的正极活性材料。

背景技术

锂离子二次电池具有比诸如碱蓄电池的二次电池更小的体积和更高的重量容量密度并且可以产生高电压。因此，锂离子二次电池被广泛用作小设备的电源。例如，锂离子二次电池被广泛用作诸如手机和笔记本个人计算机的移动装置的电源。另外，近年来，由于关注环境问题和节省能源的意识提高，除了小尺寸移动装置应用之外，锂离子二次电池被期望用于具有高容量并且要求长寿命的大尺寸电池方面的应用，例如，用于电动汽车（EV）和功率存储领域。

目前，在商购的锂离子二次电池中，使用基于具有层结构的LiMO₂（M是Co、Ni和Mn中的至少一种）或具有尖晶石结构的LiMn₂O₄作为正极活性材料。另外，使用诸如石墨的碳材料作为负极活性材料。主要将相对于锂金属的4.2V或更低的充放电范围用于这种二次电池的操作电压。这种具有相对于锂金属的小于4.5V的充放电范围的正极活性材料被称为4V级正极。

另一方面，当通过利用Ni等置换LiMn₂O₂的Mn的一部分而得到的材料被用作正极活性材料时，已知的是，这种材料表现出相对于锂金属的4.5V至4.8V的高充放电范围。具体地讲，在诸如LiNi_0.5Mn_1.5O₄的尖晶石化合物中，不使用Mn³⁺和Mn⁴⁺之间的氧化-还原，而是Mn以在Mn⁴⁺的状态存在，并且使用Ni²⁺和Ni⁴⁺之间的氧化-还原。因此，这种化合物表现出相对于锂金属的4.5V或更高的高操作电压。这种具有相对于锂金属的4.5V或更高的充放电范围的正极活性材料被称为5V级正极。因为5V级正极可以通过增大电压实现能量密度的提高，所以它被期望用作正极活性材料的有前途材料。

然而，随着正极的电势增大，电解液有被氧化分解的倾向。另外，诸如Mn和Ni的金属的离子有从正极被洗提出来的倾向。因此，尤其在40℃或更高的高温环境下，存在一些问题，诸如产生大量气体并且充放电特性和循环特性降低。

用于防止电解液的分解和金属离子的洗提的方式包括使正极活性材料的表面经受表面改性的方法。例如，专利文献1和2公开了一种通过利用硅烷偶联剂使正极活性材料的表面经受表面改性来提高循环特性的方法。

引用列表

专利文献

专利文献1：JP2002-83596A

专利文献2：JP11-354104A

发明内容

技术问题

然而，专利文献2只描述了使用4V级正极的实例。另外，在描述5V级正极的专利文献1中，也没有充分提高充放电特性和循环特性。

当使用的是5V级正极时，不一定观察到对4V级正极有效的硅烷偶联剂对于循环特性的改进，而是相反地，硅烷偶联剂本身可以被氧化分解等，从而使充放电特性降低。专利文献1和2根本没有公开在5V级正极中特别有效的偶联剂。

示例性实施例的目的在于提供一种正极活性材料，该正极活性材料具有相对于锂金属的4.5V或更高的充放电范围并且被用于在充放电特性和循环特性方面表现优异的二次电池。

问题的解决方法

通过使具有相对于锂金属的4.5V或更高的充放电范围的用于二次电池的正极活性材料A经受利用包含至少氟的偶联剂的偶联处理，得到根据示例性实施例的用于二次电池的正极活性材料B。

根据示例性实施例的用于二次电池的正极活性材料B在具有相对于锂金属的4.5V或更高的充放电范围的用于二次电池的正极活性材料A的表面的至少一部分上具有至少包含氟的膜。

根据示例性实施例的二次电极的正极包括根据示例性实施例的用于二次电池的正极活性材料B。

根据示例性实施例的二次电池包括根据示例性实施例的用于二次电池的正极。

根据示例性实施例的一种制造用于二次电池的正极活性材料B的方法包括：将具有相对于锂金属的4.5V或更高的充放电范围的用于二次电池的正极活性材料A与包含偶联剂的处理溶液混合，该偶联剂包含至少氟；并且将混合物干燥。

本发明的有益效果

示例性实施例可以提供具有相对于锂金属的4.5V或更高的充放电范围并且被用于在充放电特性和循环特性方面表现优异的用于二次电池的正极活性材料。

附图说明