CN115702506A - 用于锂离子电池单体的活性阴极材料和具有高能量密度的锂离子电池单体 - Google Patents

用于锂离子电池单体的活性阴极材料和具有高能量密度的锂离子电池单体 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于锂离子电池单体的活性阴极材料，其具有颗粒混合物，所述颗粒的粒度根据具有第一模态值和第二模态值的双模态粒度分布来分布，并且所述颗粒嵌锂或构造用于嵌锂；第一模态值大于第二模态值；所述颗粒混合物包括第一颗粒和第二颗粒；第一颗粒由粒度大于预定第一粒度范围界限的颗粒形成；第二颗粒由粒度小于预定第二粒度范围界限的颗粒形成；所述预定第二粒度范围界限小于预定第一粒度范围界限；第一颗粒的粒度分布是单模态的并且具有等于第一模态值的模态值；第二颗粒的粒度分布是单模态的并且具有等于第二模态值的模态值；第二颗粒具有比第一颗粒的机械强度更高的机械强度。本发明还涉及一种具有根据本发明的活性阴极材料的锂离子电池单体以及一种具有这种锂离子电池单体的电池。

Description

用于锂离子电池单体的活性阴极材料和具有高能量密度的锂 离子电池单体
技术领域
本发明涉及用于锂离子二次电池单体的活性阴极物质及其制造方法、具有包含该活性阴极物质的阴极的锂离子电池单体以及具有这种锂离子电池单体的电池。
背景技术
活性阴极材料用于制造锂离子电池单体的阴极。在此将活性阴极材料与粘合剂和可能的导电物质混合成稀的糊料。将该糊料涂覆到由铝制成的电流导体上、干燥、并在干燥状态中用压延机进行压制。在将糊料涂覆到电流导体上并且干燥之后，在活性阴极材料的颗粒之间留有空腔，这些空腔被填充粘合剂和导电物质。如果所使用的活性阴极材料的粒度单模态地分布，例如在12μm中值周围且跨度(D90-D10)/D50小于1，则每体积单位的空腔体积比例高。
但空腔占阴极总体积的高体积比例是不希望的，因为这对使用活性阴极材料的锂离子电池单体的比容量产生不利影响。为了减少每单位体积空腔的体积比例，使用具有根据双模态分布而分布的粒度的活性阴极材料。这种活性阴极材料在下文中被称为双模态活性阴极材料。在图2中示出双模态分布。该分布具有两个最大值(众数)，其分别位于粒度M1和M2处。
双模态活性阴极材料主要包括两组尺寸不同的颗粒：一组大颗粒，其粒度分布在模态值M1周围，以及一组小颗粒，其粒度分布在模态值M2周围。在此这样选择模态值(Modalwert)M1和M2，使得小颗粒在由大颗粒形成的空腔中找到位置。由此增加了活性阴极材料的密度，并且也因此增加了具有由双模态活性阴极材料形成的阴极的锂离子电池单体的容量。
然而已经表明，在压制涂覆在电流导体上的阴极材料时，小颗粒可能会被包围它们的大颗粒或被压延辊压碎，并且小颗粒组因此有相当一部分断裂和/或碎裂。特别是当活性阴极材料的颗粒被表面涂层以便例如增加锂离子电池单体的寿命时，这种变形是不希望的。
发明内容
因此，本发明所基于的任务是，提供一种改进的双模态活性阴极材料。
该任务的解决方案根据独立权利要求1和12的教导来实现。本发明的不同实施方式和扩展方案是从属权利要求2至7的技术方案。
本发明所基于的另一任务是，提供一种用于制备改进的双模态活性阴极材料的方法。
该任务的解决方案根据独立权利要求8的教导来实现。本发明的不同实施方式和扩展方案是从属权利要求9至11的技术方案。
本发明所基于的另一任务是，提供一种改进的锂离子电池单体。
该任务的解决方案根据独立权利要求13的教导来实现。
本发明的第一方面涉及用于锂离子电池单体的阴极的活性阴极材料，所述活性阴极材料具有颗粒的混合物，所述颗粒的粒度根据具有第一模态值和第二模态值的双模态粒度分布来分布并且所述颗粒嵌锂或构造用于嵌锂；
第一模态值大于第二模态值；
所述颗粒的混合物包括第一颗粒和第二颗粒；
第一颗粒由粒度大于预定第一粒度范围界限的颗粒形成；
第二颗粒由粒度小于预定第二粒度范围界限的颗粒形成；所述预定第二粒度范围界限小于预定第一粒度范围界限；
第一颗粒的粒度分布是单模态的且具有等于第一模态值的模态值；
第二颗粒的粒度分布是单模态的并且具有等于第二模态值的模态值；
第二颗粒是结晶的并且具有比第一颗粒的机械强度更高的机械强度。优选每个第二颗粒的机械强度高于任何一个第一颗粒的机械强度。也优选预定，第一粒度范围界限小于第一模态值，和/或预定第二粒度范围界限大于第二模态值。
由此，在压制涂覆在电流导体上的阴极材料时可以防止第二(小)颗粒被第一(大)颗粒或被压延辊压碎并且因此防止第二颗粒碎裂。
术语“机械强度”在本发明的意义中应理解为活性阴极材料的颗粒抵抗塑性变形或分离的机械阻力。尤其是在压延涂覆在电流导体上的活性阴极材料时，颗粒可能向另一与其相邻的颗粒施加力，该力可能导致该颗粒的塑性变形或断裂(破裂)。颗粒抵抗这种断裂的机械阻力可以被视为该颗粒的机械强度。
在可用作活性阴极材料的粉末中的颗粒可以具有不同几何形状。但可以假设粉末中的颗粒(除了其中的单个颗粒是纤维或针状物的粉末之外)为球形并且为每个颗粒分配(或确定)一个等效的球形直径作为粒度。粒度分布可以通过激光衍射来确定，所述粒度分布根据颗粒的尺寸量化颗粒的相对体积比例。
在本发明的意义中，将在粒度分布中最常出现的粒度称作模态值。如果粒度分布是双模态的，则其具有两个模态值(众数)。这分别是对应于双模态粒度分布的两个峰的粒度。中值D50在描述单模态粒度分布时被使用并且对应于累积粒度分布的50％处的粒度。类似地，D10值和D90值分别对应于累积粒度分布的10％和90％处的粒度。使用跨度(D90-D10)/D50来描述单模态分布的宽度。
术语“阴极”在本发明的意义中应理解为锂离子电池单体的在锂离子电池单体中具有较高电位的电极；并且术语“阳极”是指锂离子电池单体的具有较低电位的电极。与此相应，在锂离子电池单体中具有较高电位的电极具有活性阴极材料。
本文中使用的术语“包括”、“包含”、“含有”或“具有”或其任何其他变型旨在涵盖非排他性的关系。例如包括或具有一系列元件的方法或装置不一定限于这些元件，而是可以包括未明确列出的或这些方法或装置固有的其他元件。
此外，除非明确相反地指出，“或”是指包括性的而非排他性的“或”。例如条件A或B通过以下条件之一来满足：A为真(或存在)且B为假(或不存在)、A为假(或不存在)且B为真(或存在)、以及A和B都为真(或存在)。
如本文中所使用的术语“一个”在“一个或多个”的意义上定义。术语“另一个”和“一个另外的”以及其任何其他变型应在“至少一个另外的”的意义上理解。
下面描述本发明的优选实施方式，只要不明确排除或技术上不可行，这些实施方式可以分别任意地相互组合以及与进一步描述的本发明的其他方面组合。
在一种优选实施方式中，第二颗粒分别具有涂覆有表面层的芯，所述表面层赋予第二颗粒比第一颗粒所具有的机械强度更高的机械强度，并且所述芯嵌锂或构造用于嵌锂。优选第一表面层覆盖芯的整个表面并且其厚度基本上相同。
由此，第二颗粒可以被赋予比第一颗粒更高的机械强度，并且施加到电流导体上的阴极材料的第二颗粒在压制时不会被第一颗粒或被压延辊压碎。
第二颗粒的芯和第一颗粒可以具有相同的化学物质，该化学物质嵌锂或构造用于嵌锂。有利的是，第二颗粒的芯和第一颗粒具有Li1(NixCoyMnzAlr)O2且(y+z+r)＝(1-x)；表面层具有以下物质中的一种：LiF、NH4F、TiO2、Al2O3、SnO2、ZrO2、ZnO、AlPO4、Li2TiO3、Li2ZrO3；并且包围芯表面的表面层的厚度小于500nm。x、y、z和r是实数。例如x可以等于0.8；y等于0.1；z等于0.1；r等于零。
在一种优选实施方式中，通过适当选择以下中的一项或其组合实现第二颗粒的机械强度：
表面层的化学物质，
表面层的厚度，
表面层的孔隙率。
因此，表面层可以配置用于，赋予第二颗粒比第一颗粒所具有的机械强度更高的机械强度。
在一种优选实施方式中，第二颗粒分别掺杂有掺杂剂，该掺杂剂赋予第二颗粒比第一颗粒所具有的机械强度更高的机械强度。
由此，第二颗粒可以被赋予比第一颗粒更高的机械强度，并且施加在电流导体上的阴极材料的第二颗粒在压制时不会被第一颗粒或被压延辊压碎。
有利的是，第一颗粒和第二颗粒具有Li1(NixCoyMnzAlr)O2且(y+z+r)＝(1-x)，并且掺杂到第二颗粒中的掺杂剂为下列物质中的一种：Al、Ti、Si、Mg、Nb、Mo、Fe、Cu、Cr、Zn。
在一种优选实施方式中，第一颗粒具有第一孔隙率并且第二颗粒具有第二孔隙率，并且第一孔隙率大于第二孔隙率。
由此，第二颗粒可以被赋予比第一颗粒更高的机械强度，并且施加在电流导体上的阴极材料的第二颗粒在压制时不会被第一颗粒或被压延辊压碎。
活性阴极材料的颗粒本身可以被认为是多个通常结晶的颗粒、即所谓的初级颗粒的聚集体。在相互连接的初级颗粒之间可以形成空腔并且因此组合的颗粒(次级颗粒)的密度(堆密度(Rohdichte))小于初级颗粒的密度(纯密度(Reindichte))。次级颗粒的以百分比给出的孔隙率对应于以下公式：孔隙率[％]＝[1-(堆密度/纯密度)]x100
有利的是，第一颗粒和第二颗粒具有Li1Ni0.8Mn0.1Co0.1O2，第一颗粒的孔隙率在4％和40％之间的范围中并且第二颗粒的孔隙率在2％和10％之间的范围中。
在一种优选实施方式中，第一颗粒的粒度分布具有第一半值宽度；第二颗粒的粒度分布具有第二半值宽度；预定第一粒度范围界限等于在第一模态值和第一半值宽度的一半之间的差；并且预定第二粒度范围界限等于在第二模态值和第二半值宽度的一半之间的和。
由此，可以确保，粒度分布在第二模态值周围的大部分颗粒具有比粒度分布在第一模态值周围的大部分颗粒更高的机械强度。
在一种优选实施方式中，第一模态值在7μm至14μm之间的范围内并且第二模态值在1μm至6μm之间的范围内。优选第一模态值在10μm至13μm之间的范围内并且第二模态值在2μm至4μm之间的范围内。
由此，第二颗粒可以在由第一颗粒形成的空腔中找到位置。因此增加了活性阴极材料的密度，并且具有由活性阴极材料形成的阴极的锂离子电池单体具有高的比容量/能量密度。
第一半值宽度例如在1μm至4μm之间的范围内并且第二半值宽度例如在1μm至4μm之间的范围内。
本发明的第二方面涉及一种用于制备用于锂离子电池单体的活性阴极材料的方法，其包括：
提供第一粉末，所述第一粉末具有第一颗粒，该第一颗粒的粒度根据第一粒度分布来分布并且所述第一颗粒嵌锂或构造用于嵌锂，
其中，第一粒度分布的中值D50在7μm至14μm之间的范围内并且第一粒度分布的跨度小于1；
提供第二粉末，所述第二粉末具有第二颗粒，该第二颗粒的粒度根据第二粒度分布来分布并且所述第二颗粒嵌锂或构造用于嵌锂，
其中，第二粒度分布的中值D50在1μm至6μm之间的范围内并且第二粒度分布的跨度小于1，并且第二颗粒具有比第一颗粒更高的机械强度；并且
将第一粉末和第二粉末混合成具有双模态粒度分布的混合物。优选每个第二颗粒的机械强度高于任何一个第一颗粒的机械强度。第一粒度分布和/或第二粒度分布可以是高斯形状的。优选第一粒度分布的中值D50在10μm至13μm之间的范围内并且第二粒度分布的中值D50在2μm至4μm之间的范围内。
由此，可以提供一种方法，通过该方法可以制备改进的双模态活性阴极材料。关于本发明的第一方面解释的优点也相应地适用于通过根据本发明的方法制备的活性阴极材料。
在一种优选实施方式中，提供第二粉末还包括：为第二颗粒涂覆表面层，该表面层赋予被涂层的第二颗粒比第一颗粒所具有的机械强度更高的机械强度。在涂层时优选将第二颗粒的整个表面涂层并且涂层的厚度基本上相同。
由此，可以制备双模态活性阴极材料，其第二颗粒具有比第一颗粒更高的机械强度。因此，在压制阴极材料时第二颗粒不会被第一颗粒或被压延辊压碎。
有利的是，第一粉末和第二粉末的颗粒具有Li1(NixCoyMnzAlr)O2且(y+z+r)＝(1-x)；涂层后的第二颗粒的表面层具有以下物质中的一种：LiF、NH4F、TiO2、Al2O3、SnO2、ZrO2、ZnO、AlPO4、Li2TiO3、Li2ZrO3；并且表面层具有小于500nm的层厚度。
在一种优选实施方式中，提供第二粉末还包括：用掺杂剂掺杂第二颗粒，该掺杂剂赋予第二颗粒比第一颗粒所具有的机械强度更高的机械强度。
由此，可以制备双模态活性阴极材料，其第二颗粒具有比第一颗粒更高的机械强度。因此，在压制阴极材料时第二颗粒不会被第一颗粒或被压延辊压碎。
有利的是，第一粉末和第二粉末的颗粒具有Li1(NixCoyMnzAlr)O2且(y+z+r)＝(1-x)，并且掺杂到第二颗粒中的掺杂剂是以下物质中的一种：Al、Ti、Si、Mg、Nb、Mo、Fe、Cu、Cr、Zn。
在一种优选实施方式中，第一颗粒具有第一孔隙率并且第二颗粒具有第二孔隙率，并且第一孔隙率大于第二孔隙率。
由此，可以制备双模态活性阴极材料，其第二颗粒具有比第一颗粒更高的机械强度。因此，在压制阴极材料时第二颗粒不会被第一颗粒或被压延辊压碎。
有利的是，第一颗粒和第二颗粒具有Li1Ni0.8Mn0.1Co0.1O2；第一孔隙率在4％至40％之间的范围中并且第二孔隙率在2％至10％之间的范围中。
本发明的第三方面涉及按照根据本发明的方法制备的活性阴极材料。
相应地，关于本发明的第一方面阐述的优点也适用于其第三方面。
本发明的第四方面涉及一种锂离子电池单体，其包括：第一电极、第二电极和将第一电极和第二电极分离的分隔器，第一电极具有比第二电极高的电位，并且第一电极具有用粘合剂粘合的、压制的、根据本发明的活性阴极材料。
由此，可以提供具有高容量(能量密度)的锂离子电池单体。也可以延长电池的使用寿命。
本发明的第五方面涉及一种电池，其具有根据本发明的锂离子电池单体。
由此，可以提供具有高容量的电池。也可以延长其使用寿命。
本发明的第六方面涉及一种车辆，其具有根据本发明的电池。
由此，可以延长具有电驱动装置的车辆的续驶里程。
附图说明
本发明的其他优点、特征和应用可能性由下面结合附图的详细说明得出。附图如下：
图1示意性示出用于根据本发明的锂离子电池单体的活性阴极材料；
图2示意性示出双模态粒度分布；
图3示意性示出根据本发明一种实施方式的活性阴极材料的第二(小)颗粒；
图4示意性示出活性阴极材料的一个颗粒的内部结构；
图5示意性示出一种根据本发明的用于制备用于锂离子电池单体的活性阴极材料的方法；和
图6示意性示出另一种根据本发明的用于制备用于锂离子电池单体的活性阴极材料的方法。
具体实施方式
在附图中相同的附图标记始终用于本发明的相同或彼此相应的元件。
图1示意性示出用于根据本发明的锂离子电池单体的活性阴极材料。该活性阴极材料具有颗粒101和102的混合物100，所述颗粒的相应粒度根据双模态粒度分布200来分布并且嵌锂或构造用于嵌锂。
双模态粒度分布200在图2中示意性示出。该分布具有两个峰，每个峰分别具有一个模态值M1和M2。第一模态值M1表示第一峰(图2中的右峰)达到其最大值时的粒度；并且第二模态值M2表示第二峰(左峰)达到其最大值时的粒度。第一模态值M1大于第二模态值M2，即M1＞M2。第一和第二峰的宽度可以分别通过半值宽度HWB1和HWB2给出。第一半值宽度HWB1表示如下两个粒度之间的差，对于这两个粒度，分布在第一峰周围的粒度的频率下降到其最大值的一半；并且半值宽度HWB2表示如下两个粒度之差，对于这两个粒度，分布在第二峰周围的粒度的频率下降到其最大值的一半。
混合物100的第一颗粒(或大颗粒)在下文是指具有比预定第一粒度范围界限G1大的粒度的所有颗粒；并且混合物100的第二颗粒(或小颗粒)在下文是指具有比预定第二粒度范围界限G2小的粒度的所有颗粒。第二粒度范围界限G2小于第一粒度范围界限G1，即G2<G1。第一颗粒的粒度分布是单模态的并且具有双模态分布200的第一模态值M1作为模态值；并且第二颗粒的粒度分布是单模态的并且具有双模态分布200的第二模态值M2作为模态值。有利的是，如图2所示，第一粒度范围界限小于第一模态值，即G1<M1；并且第二粒度范围界限大于第二模态值，即G2＞M2。例如预定第一粒度范围界限可以等于在第一模态值和第一半值宽度的一半之间的差，即G1＝M1-HWB1/2；并且预定第二粒度范围界限等于在第二模态值和第二半值宽度的一半之间的和，即G2＝M2+HWB2/2。
有利的是，这样选择模态值M1和M2以及半值宽度HWB1和HWB2，使得第二颗粒在由第一颗粒形成的空腔105中找到位置并且设置在那里。例如当第一模态值M1在7μm至14μm之间的范围中，第一半值宽度HWB1在1μm至4μm之间的范围中，第二模态值M2在1μm至6μm之间的范围中，并且第二半值宽度HWB2在1μm至4μm之间的范围中时，就是这种情况。由此可以提高活性阴极材料的密度。
根据本发明，第二颗粒是结晶的，并且每个第二(小)颗粒的机械强度高于任何一个第一(大)颗粒的机械强度。因此，在压延(压制)涂覆在电流导体上并且包含活性阴极材料100的阴极材料时，小颗粒不会被大颗粒或被压延辊压碎；并且具有包含活性阴极材料100的阴极的锂离子电池单体得到显著改善。
表面层可以赋予第二颗粒更高的机械强度，该表面层具有第二颗粒并被相应配置。图3示意性示出第二颗粒102'，其具有涂覆有表面层104的芯103，表面层104包围芯103的整个表面，表面层104的厚度d基本上恒定，并且芯103嵌锂或构造用于嵌锂。这样配置表面层104，使得其赋予第二颗粒102'比任何一个第一颗粒101所具有的机械强度更高的机械强度。这可以通过适当地选择以下参数中的一个或多个来实现：表面层104的化学物质、表面层104的厚度、表面层100的孔隙率。表面层104无须覆盖芯104的整个表面来赋予相应第二颗粒更高的强度。
有利的是，活性阴极材料100具有第一颗粒101和第二颗粒102'；第二颗粒102'的芯103和第一颗粒101分别具有化学物质Li1(NixCoyMnzAlr)O2且(y+z+r)＝(1-x)；表面层104具有以下化学物质中的一种：LiF、NH4F、TiO2、Al2O3、SnO2、ZrO2、ZnO、AlPO4、Li2TiO3、Li2ZrO3；并且包围芯103表面的表面层的厚度小于500nm。
适合的掺杂剂(用其掺杂第二颗粒)也可以赋予第二颗粒更高的机械强度。因此，活性阴极材料100的第二颗粒102可以被掺杂这样的掺杂剂，其赋予每个第二颗粒102比任何一个第一颗粒101所具有的机械强度更高的机械强度。
有利的是，活性阴极材料100包括第一颗粒和第二颗粒，所述第一颗粒和第二颗粒分别具有化学物质Li1(NixCoyMnzAlr)O2且(y+z+r)＝(1-x)，第二颗粒被掺杂以下掺杂剂中的一种：Al、Ti、Si、Mg、Nb、Mo、Fe、Cu、Cr、Zn。
通过适当构造第二颗粒的孔隙率，也可以赋予第二颗粒更高的机械强度。图4示意性示出活性阴极材料100的颗粒400。该颗粒可以是第一或第二颗粒。颗粒400具有一个或多个通常结晶地构造的子颗粒401(其也称为初级颗粒)，它们彼此连接并且在它们之间可以形成空腔402。因此，颗粒400(也称为次级颗粒)的密度(堆密度)可以小于初级颗粒401的密度(纯密度)。下面以百分比给出的颗粒孔隙率对应于以下公式：
孔隙率[％]＝[1-(堆密度/纯密度)]x100
在活性阴极材料100中，第一颗粒可以具有比第二颗粒更高的孔隙率。在此这样构造第一颗粒和/或第二颗粒的孔隙率，使得每个第二颗粒102具有比任何一个第一颗粒更高的机械强度。
有利的是，活性阴极材料100具有第一颗粒和第二颗粒，所述第一颗粒101和第二颗粒102分别具有化学物质Li1Ni0.8Mn0.1Co0.1O2，第一颗粒的孔隙率在4％至40％之间的范围中并且第二颗粒的孔隙率在2％至10％之间的范围中。
图5示意性示出根据本发明的、用于制备用于锂离子电池单体的活性阴极材料的方法。
在步骤S501中提供第一粉末，所述第一粉末具有第一颗粒，第一颗粒的粒度根据第一粒度分布来分布并且嵌锂或者构造用于嵌锂。第一粒度分布优选是单模态的，具有在7μm至14μm之间的范围内的中值D50和小于1的跨度。优选第一粒度分布的中值D50在10μm至13μm之间的范围内。
在步骤S502中提供第二粉末，所述第二粉末具有尚待被涂层的第二颗粒，第二颗粒的粒度根据第二粒度分布来分布并且嵌锂或构造用于嵌锂。第二粒度分布优选是单模态的。尚待被涂层的第二颗粒可以是没有涂层的颗粒，它们分别仅由一个或多个初级颗粒形成。尚待被涂层的第二颗粒也可以是已经被表面涂层的颗粒。
在步骤S503中，为尚待被涂层的第二颗粒涂覆表面层，该表面层至少部分、优选完全包围第二颗粒的表面。在涂层时，这样配置表面层，使得其赋予涂覆有其的第二颗粒比第一粉末的任何一个颗粒的机械强度更高的机械强度。这尤其是可以通过适当选择表面层的以下参数中的一个或多个来实现：表面层所具有的化学物质，其厚度，其孔隙率。在涂层之后，(涂覆有表面层的)第二颗粒的粒度根据与第二粒度分布相应的单模态分布来分布。该分布具有1μm至6μm之间的范围内的中值D50并且具有小于1的跨度。优选中值D50在2μm至4μm之间的范围内。
可以通过在含有待形成表面层的化学物质的溶液中对待被涂层的第二颗粒进行湿法技术处理来进行涂层。也可以通过将第二粉末与含有待形成表面层的化学物质的粉末混合并且随后煅烧来实现涂层。
在步骤S504中，将第一粉末与在步骤S503中被表面涂层的第二粉末混合。
有利的是，第一粉末的颗粒和第二粉末的尚待涂层的颗粒分别具有Li1(NixCoyMnzAlr)O2且(y+z+r)＝(1-x)；并且在涂层之后，第二颗粒分别具有包含以下化学物质中的一种的表面层：LiF、NH4F、TiO2、Al2O3、SnO2、ZrO2、ZnO、AlPO4、Li2TiO3、Li2ZrO3；并且表面层具有小于500nm的层厚度。
图6示意性示出另一种根据本发明的用于制备用于锂离子电池单体的活性阴极材料的方法。
在步骤S601中提供第一粉末，所述第一粉末具有第一颗粒，第一颗粒的粒度根据第一粒度分布来分布并且嵌锂或构造用于嵌锂。第一粒度分布优选是单模态的，具有在7μm至14μm之间的范围内的中值D50和小于1的跨度。优选第一粒度分布的中值D50在10μm至13μm之间的范围内。
在步骤S602中提供第二粉末，所述第二粉末具有尚待掺杂的第二颗粒，第二颗粒的粒度根据第二粒度分布来分布并且嵌锂或构造用于嵌锂。第二粒度分布优选是单模态的，具有在1μm至6μm之间的范围内的中值D50和小于1的跨度。优选第二粒度分布的中值D50在2μm至4μm之间的范围内。
在步骤S603中，用掺杂剂掺杂尚待掺杂的第二颗粒，该掺杂剂赋予掺杂有其的第二颗粒比第一粉末的任何一个颗粒的机械强度更高的机械强度。
在步骤S604中，将第一粉末与在步骤S603中被掺杂的第二粉末混合。
有利的是，第一粉末的颗粒和第二粉末的尚待掺杂的颗粒分别具有Li1(NixCoyMnzAlr)O2且(y+z+r)＝(1-x)，并且掺杂到第二粉末的颗粒中的掺杂剂是以下物质中的一种：Al、Ti、Si、Mg、Nb、Mo、Fe、Cu、Cr、Zn。
虽然上面已经描述了至少一种示例性实施方式，但应指出存在大量的变型方案。在此还应注意，所描述的示例性实施方式仅构成非限制性的示例，并不旨在由此限制本文描述的装置和方法的范围、适用性或配置。更确切地说，前面的说明将为本领域技术人员提供指导，以实现至少一种示例性实施方式，不言而喻，在示例性实施方式中描述的元件的布置和功能可进行各种改变，而不偏离在所附权利要求中确定的技术方案及其法律等效物。
附图标记列表
100 活性阴极材料
101 第一(大)颗粒
102 第二(小)颗粒
103 第二颗粒的芯
104 第二颗粒的表面层
105 空腔
200 双模态粒度分布
400 活性阴极材料的颗粒(次级颗粒)
401 初级颗粒
402 初级颗粒之间的空腔

Claims (15)

1.用于锂离子电池单体的活性阴极材料(100)，所述活性阴极材料具有颗粒(101、102)的混合物，所述颗粒的粒度根据具有第一模态值(M1)和第二模态值(M2)的双模态粒度分布(200)来分布，并且所述颗粒嵌锂或构造用于嵌锂；
第一模态值(M1)大于第二模态值(M2)；所述颗粒的混合物包括第一颗粒(101)和第二颗粒(102)；
第一颗粒(101)由粒度大于预定的第一粒度范围界限(G1)的颗粒形成；
第二颗粒(102)由粒度小于预定的第二粒度范围界限(G2)的颗粒形成；
所述预定的第二粒度范围界限(G2)小于预定的第一粒度范围界限(G1)；
第一颗粒(101)的粒度分布是单模态的并且具有等于第一模态值(M1)的模态值；
第二颗粒(102)的粒度分布是单模态的并且具有等于第二模态值(M2)的模态值；
第二颗粒(102)具有比第一颗粒(101)的机械强度更高的机械强度。
2.根据权利要求1所述的活性阴极材料，其中，所述第二颗粒(102')分别具有涂覆有表面层(104)的芯(103)，所述表面层(104)赋予第二颗粒(102')比第一颗粒(101)所具有的机械强度更高的机械强度，并且所述芯(103)嵌锂或构造用于嵌锂。
3.根据权利要求2所述的活性阴极材料，其中，通过适当选择以下中的一项或其组合来实现第二颗粒(102')的机械强度：
-表面层(104)的化学物质，
-表面层(104)的厚度，
-表面层(104)的孔隙率。
4.根据权利要求1所述的活性阴极材料，其中，所述第二颗粒(102)分别掺杂有掺杂剂，该掺杂剂赋予第二颗粒比第一颗粒所具有的机械强度更高的机械强度。
5.根据权利要求1所述的活性阴极材料，其中，所述第一颗粒(101)具有第一孔隙率并且第二颗粒(102)具有第二孔隙率，并且第一孔隙率大于第二孔隙率。
6.根据前述权利要求中任一项所述的活性阴极材料，其中，所述第一颗粒(101)的粒度分布具有第一半值宽度(HWB1)；第二颗粒(102)的粒度分布具有第二半值宽度(HWB2)；预定的第一粒度范围界限(G1)等于在第一模态值(M1)和第一半值宽度(HWB1)的一半之间的差；并且预定的第二粒度范围界限(G2)等于在第二模态值(M2)和第二半值宽度(HWB2)的一半之间的和。
7.根据权利要求6所述的活性阴极材料，其中，所述第一模态值(M1)在7μm至14μm之间的范围内，并且第二模态值(M2)在1μm至6μm之间的范围内。
8.用于制备用于锂离子电池单体的活性阴极材料的方法，其包括：
提供第一粉末，所述第一粉末具有第一颗粒，该第一颗粒的粒度根据第一粒度分布来分布并且所述第一颗粒嵌锂或构造用于嵌锂，
第一粒度分布的中值D50在7μm至14μm之间的范围内并且第一粒度分布的跨度小于1；
提供第二粉末，所述第二粉末具有第二颗粒，该第二颗粒的粒度根据第二粒度分布来分布并且所述第二颗粒嵌锂或构造用于嵌锂，
第二粒度分布的中值D50在1μm至6μm之间的范围内，第二粒度分布的跨度小于1，并且第二颗粒具有比第一颗粒更高的机械强度；并且
将第一粉末和第二粉末混合成具有双模态粒度分布的混合物。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，提供第二粉末还包括：为第二颗粒涂覆表面层，该表面层赋予被涂层的第二颗粒比第一颗粒所具有的机械强度更高的机械强度。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，提供第二粉末还包括：用掺杂剂掺杂第二颗粒，该掺杂剂赋予第二颗粒比第一颗粒所具有的机械强度更高的机械强度。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其中，所述第一颗粒具有第一孔隙率并且第二颗粒具有第二孔隙率，并且第一孔隙率大于第二孔隙率。
12.按照根据权利要求8至11中任一项所述的方法制备的活性阴极材料。
13.锂离子电池单体，包括：第一电极、第二电极和将第一电极和第二电极分离的分隔器，第一电极具有比第二电极高的电位，并且第一电极具有用粘合剂粘合的、压制的、根据权利要求1至7和12中任一项所述的活性阴极材料。
14.电池，具有根据权利要求13所述的锂离子电池单体。
15.车辆，具有根据权利要求14所述的电池。
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