DE102014223177A1 - Oberflächenbehandeltes Kathoden-Aktivmaterial und Lithium-Sekundärbatterie, die dieses einsetzt - Google Patents

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Dong Gun KIM
Yun Chae JUNG
Dong Won Kim
Ik Su KANG
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Hyundai Motor Co
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Abstract

Ein oberflächenbehandeltes Kathoden-Aktivmaterial, das für die Herstellung einer Lithium-Sekundärbatterie mit hervorragender Ausgangsleistungs-Charakteristik verwendbar ist, durch Durchführung einer Doppelbeschichtung mit Metalloxid und einem elektronen- und ionenleitfähigen polymerisierten Copolymer auf die Oberfläche eines Kathoden-Aktivmaterials für eine Lithium-Sekundärbatterie, um die elektrochemischen Eigenschaften und die thermische Stabilität des Kathoden-Aktivmaterials zu verbessern.

Description

  • HINTERGRUND
  • (a) TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein oberflächenbehandeltes Kathoden-Aktivmaterial und eine Lithium-Sekundärbatterie, die dieses einsetzt. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung ein oberflächenbehandeltes Kathoden-Aktivmaterial, das für die Herstellung einer Lithium-Sekundärbatterie mit hervorragenden Ausgangsleistungs-Charakteristika einsetzbar ist, mittels Durchführung einer Doppelbeschichtung durch Primärbeschichtung von Metalloxid auf eine Oberfläche eines Kathoden-Aktivmaterials für die Lithium-Sekundärbatterie und darauf Sekundärbeschichtung eines leitfähigen polymerisierten Copolymers, das sowohl Ionenleitfähigkeit als auch Elektronenleitfähigkeit aufweist, um die elektrochemischen Eigenschaften und thermische Stabilität des Kathoden-Aktivmaterials zu verbessern, sowie eine Lithium-Sekundärbatterie, die dieses einsetzt.
  • (b) TECHNISCHER HINTERGRUND
  • Eine Lithium-Sekundärbatterie wird unter Verwendung eines Materials, das in der Lage ist, Lithiumionen zu interkalieren und deinterkalieren, als negative Elektrode und einer positiven Elektrode sowie Interkalieren einer organischen Elektrolytlösung oder eines Polymerelektrolyten hergestellt, der es ermöglicht, dass sich Lithiumionen zwischen der negativen Elektrode und der positiven Elektrode bewegen, und speichert elektrische Energie mit Hilfe von Redox-Reaktionen in Abhängigkeit von der Interkalation und Deinterkalation von Lithiumionen in der positiven Elektrode und der negativen Elektrode.
  • Um die elektrochemischen Eigenschaften und die Sicherheit einer Lithium-Sekundärbatterie wie oben beschrieben zu verbessern, wurden Studien zu Oberflächenbehandlungen des Kathoden-Aktivmaterials der Lithium-Sekundärbatterie aktiv durchgeführt.
  • Im Fall des Kathoden-Aktivmaterials für die Lithium-Sekundärbatterie kann ein Auflösen von in der Elektrolytlösung gebildetem HF durch Einsatz von Metalloxid (Al2O3, ZrO2 und La2O3), Metallphosphoroxid (AlPO4 und LiCoPO4), Kohlenstoff, Halogengas, Metallhydroxid, einem leitfähigen Polymer und ähnlichem, um eine direkte Reaktion mit dem Elektrolyten durch eine Beschichtung der positiven Elektrodenoberfläche von mehreren nm zu reduzieren, und die Stabilität der Kristallstruktur kann durch Unterdrücken der Elution von verschiedenen Übergangsmetallen sichergestellt werden.
  • Allerdings besteht eine Beschränkung, dass ein Nachteil auftritt, wenn die Bewegung von Lithiumionen und die elektrische Leitung im Fall, worin ein Beschichtungsmaterial, wie ein Metalloxid, das ein Nicht-Leiter ist, verwendet wird, unterbrochen wird, so dass sich die Mobilität der Lithiumionen und Elektronen verschlechtert. Wenn weiterhin mit anorganischen Partikeln alleine beschichtet wird, so ist es schwierig, die Gleichförmigkeit der Beschichtung sicherzustellen. Insbesondere ist es unzureichend, die strukturelle Stabilität des Kathoden-Aktivmaterials sicherzustellen, während aufgrund der Ungleichförmigkeit der Beschichtung eine Nebenreaktion mit der Elektrolytlösung auftritt.
  • Im Fall einer Polymerbeschichtung ist es möglich, eine Beschichtung mit einem organischen Material als verwandte Technik in Bezug auf die Sicherstellung der Gleichförmigkeit der Beschichtung durchzuführen, allerdings können aufgrund der thermischen Instabilität des organischen Materials und einer zu großen Dicke der Beschichtung Ionen nicht ohne weiteres übertragen werden, so dass sich die Leistung verschlechtert.
  • Dementsprechend weist das Kathoden-Aktivmaterial in Abhängigkeit vom speziellen anorganischen Material oder Polymer eine Beschränkung auf, die durch Verbessern der physikalischen Eigenschaften ausschließlich durch Oberflächenmodifikation nicht überwunden werden kann.
  • Aus diesem Grund wurde als eine Kathoden-Aktivmaterial-Oberflächenmodifizierungstechnologie zum Verbessern der hohen Kapazität, hoher Ausgabeleistung und Einsatzlebensdauercharakteristika der Lithium-Sekundärbatterie eine Technologie des Beschichtens von Manganoxid mit einem leitfähigen Polymer oder des Erhaltens einer Beschichtung durch Mischen von zwei Materialien untersucht, allerdings besteht dabei nur eine Absicht, eine Verbesserung der Leistung durch einfaches Erhöhen des Gehalts an leitfähigem Material zu erreichen.
  • Als Beispiel der verwandten Technik schlägt die koreanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2007-8115 vor, ein Kathoden-Aktivmaterial nacheinander mit einer ersten Beschichtung aus Oxid auf einem Lithium-Übergangsmetalloxidpartikel und einer zweiten Beschichtung aus einem leitfähigen Material auf der ersten Beschichtung zu versehen, als eine Technologie, die eine Doppelbeschichtungsstruktur aufweist. Allerdings ist das in der zweiten Beschichtung eingesetzte Material ein rein elektronenleitendes Material, und daher ist die Bewegung von Lithiumionen während des Lade- und Entladevorgangs nicht reibungslos.
  • Die koreanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2011-23067 schlägt ein Kathoden-Aktivmaterial für eine Lithium-Sekundärbatterie vor, das nacheinander einen Lithium-Metalloxid-Sekundärpartikelkern, eine erste Hülle, die durch Beschichten der Oberfläche eines Abschnitts des Sekundärpartikelkerns mit einer Mehrzahl von Bariumtitanatpartikeln und einer Mehrzahl von Metalloxidpartikeln gebildet wird, und eine zweite Hülle, die durch Beschichten der Oberfläche der ersten Hülle mit einer Mehrzahl von Lithium-Eisen-Phosphatoxidpartikeln vom Olivin-Typ und einer Mehrzahl von Partikeln aus leitfähigem Material gebildet wird, einschließt. Weiterhin schlägt die koreanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2007-16431 ein Aktivmaterial für eine Lithium-Sekundärbatterie vor, das ein Kernmaterial und eine Oberflächenbehandlungsschicht aufweist, die auf der Oberfläche des Kernmaterials gebildet ist und anorganische Partikel in Nanogröße und ein leitfähiges Polymer einschließt.
  • Allerdings werden gemäß der oben beschriebenen Technologien des oberflächenbeschichtungsbehandelten Kathoden-Aktivmaterials, obgleich Oberflächenmodifizierungseffekt im Vergleich zu den existierenden Technologien verbessert sind, eine Leitfähigkeit und Ionentransferwirkung nicht vollständig erreicht, und Wirkungen des Verbesserns der Leistung wie z.B. elektrochemische Eigenschaften und thermische Stabilität sind gering.
  • Die japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2005-524936 schlägt eine Elektrode vor, hergestellt während ein leitfähiges Material und ein ionenleitendes Polymer durch einen Extruder in ein Aktivmaterial, das Metalloxid einschließt, extrudiert werden. Allerdings sind die Wirkungen in der Verbesserung der Leistung, wie beispielsweise elektrochemische Eigenschaften und thermische Stabilität, nicht sehr gut, da die Struktur des Aktivmaterials instabil und ungleichförmig ist.
  • Zusätzlich zu den oben beschriebenen Technologien gibt es einige Technologien, die ein leitfähiges Polymer und ein Metallpulver einsetzen, wie beispielsweise eine Technologie, in der ein Kathoden-Aktivmaterial mit einem Polymer beschichtet wird, das sowohl Ionenleitfähigkeit als auch elektrische Leitfähigkeit aufweist, und einen Polymerfilm, dem ein leitfähiges Pulver zugesetzt ist. Allerdings löst dies nicht vollständig die bestehenden Probleme beim Verbessern der physikalischen Eigenschaften, wie beispielsweise das Aufrechterhalten eines Gleichgewichts zwischen der Leitfähigkeit und den Ionentransferwirkungen.
  • Die in diesem Abschnitt zum technischen Hintergrund oben offengelegte Information dient nur dem Verbessern des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und kann daher Informationen enthalten, die nicht Teil des Standes der Technik sind, der dem Fachmann in diesem Land bereits bekannt ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
  • Die vorleigende Offenbarung wurde in dem Bestreben gemacht, die oben beschriebenen Probleme in Verbindung mit dem verwandten Stand der Technik zu lösen.
  • Als Ergebnis intensiver Studien zum Lösen der Probleme im verwandten Stand der Technik wurde herausgefunden, dass, wenn ein Kathoden-Aktivmaterial für eine Lithium-Sekundärbatterie doppelt beschichtet wird, durch primäres Beschichten mit einem anorganischen Material auf eine Oberfläche des Kathoden-Aktivmaterials und darauf sekundäres Beschichten mit einem leitfähigen polymerisierten Copolymer, das sowohl Elektronenleitfähigkeit als auch Ionenleitfähigkeit aufweist, die elektrochemischen Eigenschaften und die thermische Stabilität des Kathoden-Aktivmaterials stark verbessert werden. Als Ergebnis kann eine Lithium-Sekundärbatterie hergestellt werden, die hervorragende Ausgangsleistungs-Charakteristika aufweist.
  • Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt ein Kathoden-Aktivmaterial bereit, das mit Metalloxid und einem polymerisierten Copolymer, das Elektronenleitfähigkeit und Ionenleitfähigkeit aufweist, auf der Oberfläche des Kathoden-Aktivmaterials doppelt beschichtet ist.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt ein Kathoden-Aktivmaterial mit einer Oberfläche bereit, die so modifiziert ist, dass die elektrochemischen Eigenschaften und die thermische Stabilität stark verbessert sind.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt eine Lithium-Sekundärbatterie bereit, die eine lange Einsatzlebensdauer und hervorragende Ausgabeleistungs-Charakteristika aufweist, durch Einsatz eines Kathoden-Aktivmaterials mit elektrochemischen Eigenschaften und thermischer Stabilität, die aufgrund der Oberflächenmodifikation stark verbessert sind.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird ein oberflächenbehandeltes Kathoden-Aktivmaterial doppelt beschichtet durch primäres Beschichten mit Metalloxid auf der Oberfläche eines Kathoden-Aktivmaterials und sekundäres Beschichten mit einem polymerisierten Copolymer, das sowohl Elektronenleitfähigkeit als auch Ionenleitfähigkeit aufweist, wodurch eine Doppelbeschichtung auf der Oberfläche des Kathoden-Aktivmaterials gebildet wird.
  • In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Lithium-Sekundärbatterie bereitgestellt, die das oberflächenbehandelte Kathoden-Aktivmaterial umfasst.
  • Das oberflächenbehandelte Kathoden-Aktivmaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung ist ein Kathoden-Aktivmaterial, in dem die elektrochemischen Eigenschaften eines Positivelektrodenmaterials für eine Lithium-Sekundärbatterie durch eine Doppelbeschichtungsbehandlung mit Metalloxid und einem elektronen- und ionenleitenden copolymerisierten Polymer stark verbessert sind.
  • Insbesondere ist es möglich, die Hochspannungs- und Einsatzlebensdauer-Charakteristika sowie die strukturelle und thermische Stabilität durch Oberflächenmodifikation des Kathoden-Aktivmaterials zu verbessern, indem sekundär und gleichförmig ein Polymer, das sowohl Elektronenleitfähigkeit als auch Ionenleitfähigkeit aufweist, auf ein primär beschichtetes anorganisches Material aufgetragen wird, im Vergleich zu Elektrodenmaterialien, die nur mit dem anorganischen Material beschichtet sind.
  • Es ist auch möglich, eine Lithium-Sekundärbatterie herzustellen, die bessere Ausgabeleistungs-Charakteristika als existierende Elektroden, die mit einem anorganischen Material beschichtet sind, aufweist, in dem ein Polymermaterial eingesetzt wird, das Elektronenleitfähigkeit und Ionenleitfähigkeit aufweist, um die Bewegung der Lithiumionen und die Elektronenleitfähigkeit der Elektrode zu verbessern.
  • Andere Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung werden unten diskutiert.
  • Es versteht sich, dass der Begriff "Fahrzeug" oder "Fahrzeug-" oder andere ähnliche Begriffe, wie hier verwendet, Motorfahrzeuge im allgemeinen einschließen; beispielsweise Personenwagen einschließlich Sport-Utility-Vehicles (SUV); Busse; Lastwägen; verschiedene gewerbliche Fahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich verschiedener Boote und Schiffe; Flugzeuge und ähnliches; und Hybridfahrzeuge; elektrische Fahrzeuge; Plug-in-Hybridelektrische Fahrzeuge; wasserstoffbetriebene Fahrzeuge; und andere mit alternativen Treibstoff betriebene Fahrzeuge (beispielsweise Treibstoff, der von Ressourcen außer Erdöl abgeleitet ist) ein. Wie hier verwendet, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Kraftquellen aufweist, beispielsweise Fahrzeuge, die sowohl benzinbetrieben als auch elektrisch betrieben sind.
  • Die obigen und andere Merkmale der Erfindung werden unten diskutiert.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die obigen und weitere Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden nun im Detail unter Bezugnahme auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen davon, illustriert in den begleitenden Zeichnungen, die unten angegeben sind, beschrieben, im Wege der ausschließlichen Illustration, und sind daher nicht beschränkend für die vorliegende Offenbarung.
  • 1 ist eine schematische Ansicht, die eine Struktur illustriert, in der ein oberflächenbehandeltes Kathoden-Aktivmaterial, gemäß der vorliegenden Offenbarung, doppelt beschichtet ist.
  • 2 ist eine Konzept-Ansicht eines Beschichtungsverfahrens, das schematisch ein Doppelbeschichtungsverfahren des oberflächenbehandelten Kathoden-Aktivmaterials gemäß der vorliegenden Offenbarung illustriert.
  • 3(a) bis 3(d) sind Fotografien, die unterschiedlich beschichtete Kathoden-Aktivmaterialien vergleichen, einschließlich eine Rasterelektronenmikroskop(SEM)-Fotografie von LiNi0,6Co0,2Mn0,2O2, das mit einem anorganischen Material und einem leitfähigen Polymer doppelt beschichtet ist, und einer SEM-Fotografie von unbehandeltem LiNi0,6Co0,2Mn0,2O2.
  • 4(a) bis 4(d) sind transmissionselektronenmikroskopische (TEM) Vergleichsfotografien von LiNi0,6Co0,2Mn0,2O2 vor und nach dem Beschichten mit jeder Komponente gemäß der vorliegenden Offenbarung.
  • 5A und 5B sind Graphen, die die Zykluscharakteristika einer LiNi0,6Co0,2Mn0,2O2-Elektrode in Abhängigkeit von der Ladespannung für das Kathoden-Aktivmaterial vergleichen, worin Polyethylendioxythiophen (PEDOT) oder Polyethylendioxythiophen-Polyethylenglykol (PEDOT-PEG) als Beschichtungsmaterialien eingesetzt und miteinander verglichen werden. In 5A beträgt die Ladespannung 4,3 V und in 5B beträgt die Ladespannung 4,6 V.
  • 6 ist ein Graph, der die Zykluscharakteristika für jede Dicke einer Doppelbeschichtung durch Doppelbeschichten des Kathoden-Aktivmaterials vergleicht, wobei das Laden und Entladen 50-mal bei einer Ladespannung von 4,6 V durchgeführt werden.
  • 7A und 7B sind Graphen, die die Zykluscharakteristika der LiNi0,6Co0,2Mn0,2O2-Elektrode in Abhängigkeit von der Ladespannung für das Kathoden-Aktivmaterial vergleichen, worin Al2O3 oder eine Al2O3+PEDOT-PEG-Doppelbeschichtung als Beschichtungsmaterialien eingesetzt und miteinander verglichen werden. In 7A beträgt die Ladespannung 4,3 V und 7B beträgt die Ladespannung 4,6 V.
  • 8 ist eine Graph, der die Verbesserungen in den Zykluscharakteristika der LiNi0,6Co0,2Mn0,2O2-Elektrode bei hoher Temperatur (55°C) in Abhängigkeit von der Beschichtung des Kathoden-Aktivmaterials vergleicht.
  • 9 ist ein Graph, der die Entladekapazitäten der LiNi0,6Co0,2Mn0,2O2-Elektrode in Abhängigkeit von der Entladungsrate (C-Rate) des Kathoden-Aktivmaterials vergleicht.
  • 10 ist ein Graph, der die Verbesserungen in der thermischen Stabilität der LiNi0,6Co0,2Mn0,2O2-Elektrode in Abhängigkeit von der Beschichtung des Kathoden-Aktivmaterials vergleicht.
  • 11A und 11B sind Graphen, die die Zykluscharakteristika einer Lithium-Sekundärbatterie in Abhängigkeit von der Ladespannung für die Lithium-Sekundärbatterie, in der das Kathoden-Aktivmaterial eingesetzt wird, vergleichen. In 11A beträgt die Ladespannung 4,3 V und in 11B beträgt die Ladespannung 4,6 V.
  • 12 ist ein Graph, der die Zykluscharakteristika einer Lithium-Sekundärbatterie bei hoher Temperatur (55°C) für die Lithium-Sekundärbatterie, in der das Kathoden-Aktivmaterial eingesetzt wird, vergleicht.
  • Es versteht sich, dass die beigefügten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener Merkmale sind, die die grundlegenden Prinzipien der Erfindung illustrieren. Die speziellen Design-Merkmale der vorliegenden Erfindung, wie hier offenbart, schließen beispielsweise spezielle Ausdehnungen, Ausrichtungen, Orte und Formen ein, die teilweise durch den genauen beabsichtigten Verwendungszweck und die Einsatzumgebung bestimmt werden.
  • In den Figuren beziehen sich die Bezugsziffern über die verschiedenen Figuren der Zeichnungen hin auf die gleichen oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Im folgenden wird nun im Detail auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung Bezug genommen, deren Beispiele in den beiliegenden Zeichnungen illustriert sind, und die unten beschrieben werden. Während die Erfindung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, versteht es sich, dass die vorliegende Beschreibung nicht beabsichtigt, die Erfindung auf diese beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken. Im Gegenteil ist beabsichtigt, dass die Erfindung nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abdeckt, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen, die im Geist und Bereich der Erfindung, wie durch die beiliegenden Ansprüche definiert, eingeschlossen sind.
  • Im folgenden wird eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung im Detail wie folgt beschrieben.
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein oberflächenbehandeltes Kathoden-Aktivmaterial, in dem Metalloxid und ein polymerisiertes Copolymer, das sowohl Elektronenleitfähigkeit als auch Ionenleitfähigkeit aufweist, nacheinander auf die Oberfläche des Kathoden-Aktivmaterial als Doppelbeschichtung aufgebracht werden.
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung können als Kathoden-Aktivmaterialien solche eingesetzt werden, die aus Lithium-Übergangsmetalloxiden und Schwefelverbindungen ausgewählt sind. Spezielle Beispiele des Kathoden-Aktivmaterials, das in der vorliegenden Offenbarung eingesetzt werden kann, schließen LiNiCoO2, LiNixCoyMnzO2 (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ 1 ≤ z), LiNi0,5Mn1,5O4, LiMn2O4, LiFePO4, Schwefel und ähnliches ein.
  • Als Beispiel des Metalloxids, das auf die Oberfläche des Kathoden-Aktivmaterials der vorliegenden Offenbarung zuerst aufgetragen wird, ist es möglich, ein oder mehrere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al2O3, SiO2, TiO2, SnO2, CeO2, ZrO2, BaTiO3 und Y2O3 einzusetzen. Als das Metalloxid können solche eingesetzt werden, die einen mittleren Teilchendurchmesser von 1 nm bis 100 nm aufweisen.
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann das Metalloxid in einer Menge bis zu 0,1 bis 2,0 Gew.% auf Basis des Gewichts des Kathoden-Aktivmaterials aufgetragen werden.
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird das Metalloxid zuerst in geringer Dicke auf die Oberfläche des Kathoden-Aktivmaterials aufgetragen, und dann wird als zweites ein polymerisiertes Copolymer, das sowohl Elektrodenleitfähigkeit als auch Ionenleitfähigkeit aufweist, darauf aufgetragen.
  • Als Beispiel des hier eingesetzten elektronenleitfähigen Polymers ist es möglich, ein oder mehrere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polythiophen, Polyethylendioxythiophen, Polyanilin, Polypyrrol und Polyacetylen zu verwenden.
  • Als Beispiel des ionenleitfähigen Polymers ist es möglich, ein oder mehrere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyethylenglykol, Polypropylenglykol, Polyalkylencarbonat und Polyester einzusetzen.
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann als das polymerisierte Copolymer, das sowohl Elektronenleitfähigkeit als auch Ionenleitfähigkeit aufweist, das Copolymer aus dem vorgenannten elektronenleitfähigen Polymer und dem vorgenannten ionenleitfähigen Polymer eingesetzt werden. Als polymerisiertes Copolymer kann Poly(3,4-ethylendioxythiophen)-block-poly(ethylenglykol) (PEDOT-PEG) eingesetzt werden.
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann das Kathoden-Aktivmaterial, das aufeinanderfolgend mit dem Metalloxid und dem polymerisierten Copolymer wie oben beschrieben doppelt beschichtet ist, eine Gesamt-Beschichtungsdicke von 5 bis 500 nm haben. In bestimmten Ausführungsformen kann die Gesamt-Beschichtungsdicke 10 bis 100 nm sein. Wenn die Beschichtung zu dünn ist, so ist es schwierig, eine Verbesserung in der Leistung zu erwarten, und wenn die Beschichtung zu dick ist, so wird der Widerstand erhöht, der bei der Übertragung von Ionen und Elektronen auftritt, so dass es schwierig ist, eine hohe Kapazität zu erreichen.
  • 1 ist eine schematische Ansicht, die eine Struktur illustriert, in der ein oberflächenbehandeltes Kathoden-Aktivmaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung doppelt beschichtet ist.
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung können Nachteile von jedem einzelnen aus dem anorganischen Material und dem Polymer durch ein Doppelbeschichtungsverfahren kompensiert werden, das sowohl anorganisches Material als auch Polymer anstelle des anorganischen Materials oder des Polymers alleine einsetzt.
  • Als erstes wird ein Metalloxid, das das anorganische Material ist, das als Primärbeschichtung auf das Kathoden-Aktivmaterial aufgebracht wird, primär auf die Oberfläche des Kathoden-Aktivmaterials aufgetragen, um die thermische Stabilität des Metalloxids sicherzustellen und die Einsatzlebensdauer-Charakteristika zu verbessern. Ein polymerisiertes Copolymer, das sowohl Elektronenleitfähigkeit als auch Ionenleitfähigkeit aufweist, wird anschließend sekundär aufgetragen, um Ungleichförmigkeit des primär aufgetragenen anorganischen Materials zu überwinden und gleichzeitig die Elektronenleitfähigkeit und die Ionenleitfähigkeit des Kathoden-Aktivmaterials zu verbessern. Insbesondere verbessert das polymerisierte Copolymer, das sowohl Elektronenleitfähigkeit als auch Ionenleitfähigkeit aufweist, signifikant die Reduktion in Elektronen- und Ionenleitfähigkeit, die durch Beschichtung mit dem primären Metalloxid, das ein Nicht-Leiter ist, verursacht wird. Wenn das polymerisierte Copolymer das Elektronenleitfähigkeit und Ionenleitfähigkeit aufweist, auf das Kathoden-Aktivmaterial aufgetragen wird, so tritt ein gegenüber anderen Polymeren erleichterter Ionentransfer und eine erleichterte Elektronenleitung in den Interkalations- und Deinterkalationsreaktionen von Lithium auf, und so werden die Kapazität und die Ausgangsleistungs-Charakteristika stark verbessert.
  • Wenn das Kathoden-Aktivmaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung, das mit dem in der vorliegenden Offenbarung eingesetzten polymerisierten Copolymer, das Elektronenleitfähigkeit und Ionenleitfähigkeit aufweist, wie beispielsweise PEDOT-PEG-Polymer, oberflächenbehandelt ist, in einer Lithium-Sekundärbatterie eingesetzt wird, so kann eine Beschichtung während der Lade- und Entladezyklen stabil aufrechterhalten werden, da sich die Beschichtung nicht in Ethylencarbonat (EC), Propylencarbonat (PC), Dimethylcarbonat (DMC), Diethylcarbonat (DEC) und ähnlichem, die in einer Elektrolytlösung für die Lithium-Sekundärbatterie eingesetzt werden, auflöst. Dementsprechend kann die strukturelle Stabilität des Kathoden-Aktivmaterials aufrechterhalten werden, und eine Nebenreaktion mit der Elektrolytlösung kann reduziert werden. Insbesondere werden die Wirkungen der Beschichtung bei hoher Spannung und hoher Temperatur, bei den eine Zersetzung der Elektroyltlösung auftritt, maximiert. Da weiterhin das Polymer als letzte Beschichtung eingesetzt wird, weist die vorliegende Offenbarung die zusätzliche Wirkung auf, dass die Adhäsionskraft mit einem Polymermaterial, das als Bindemittel für die Lithium-Sekundärbatterie eingesetzt wird, erhöht wird. Diese Wirkung gemäß der vorliegenden Offenbarung wird in den folgenden Beispielen demonstriert.
  • Wie oben beschrieben, kann die vorliegende Offenbarung elektrochemische Charakteristika und thermische Stabilität des Kathoden-Aktivmaterials für eine Lithium-Sekundärbatterie durch Doppelbeschichten mit der Metalloxidbeschichtung und dem elektronen- und ionenleitfähigen polymerisierten Copolymer verbessern. Insbesondere ist es möglich, die Hochspannungs- und Einsatzlebensdauer-Charakteristika sowie die strukturelle und thermische Stabilität durch Modifizieren der Oberfläche mittels primärem, dünnem Auftragen des Metalloxids auf die Oberfläche des Kathoden-Aktivmaterials und sekundärem gleichförmigem Auftragen eines Polymers, das sowohl Elektronenleitfähigkeit als auch Ionenleitfähigkeit aufweist, auf die primäre Beschichtung zu verbessern, im Vergleich zu Elektronenmaterialien, die nur mit dem anorganischen Material beschichtet sind.
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, eine Lithium-Sekundärbatterie bereitzustellen, bessere Ausgangsleistungs-Charakteristika aufweist als eine Batterie, die eine vorhandene Elektrode einsetzt, die mit anorganischem Material beschichtet ist, unter Einsatz eines Polymers, das Elektronenleitfähigkeit und Ionenleitfähigkeit aufweist, um die Bewegung der Lithiumionen und Elektronenleitfähigkeit der Elektrode zu verbessern, wie oben beschrieben.
  • Dementsprechend stellt die vorliegende Offenbarung eine Lithium-Sekundärbatterie bereit, die ein oberflächenbehandeltes Kathoden-Aktivmaterial, wie oben beschrieben, einsetzt.
  • Die Lithium-Sekundärbatterie, die durch Einsatz des oberflächenbehandeltes Kathoden-Aktivmaterials gemäß der vorliegenden Offenbarung hergestellt wurde, weist hervorragende Ausgangsleistungscharakteristika und Verbesserung der langen Einsatzlebensdauer auf, im Vergleich zu bestehenden Lithium-Sekundärbatterien.
  • Die Lithium-Sekundärbatterie, die unter Einsatz des oberflächenbehandelten Kathoden-Aktivmaterials gemäß der vorliegenden Offenbarung hergestellt wurde, kann nicht nur in kleinen Sekundärbatterien eingesetzt werden, die in tragbaren elektronischen Geräten verwendet werden, wie beispielsweise Mobiltelefonen, Laptop-Computern und Digitalkameras, sondern auch in mittleren bis großen Energiespeichervorrichtungen und ähnlichem, wie sie in elektrischen Fahrzeugen, Energiespeichersystemen und ähnlichem eingesetzt werden. Insbesondere kann die Lithium-Sekundärbatterie für ein elektrisches Fahrzeug verwendet werden, das eine relativ hohe Energiemenge verbraucht und ausgiebig über eine lange Zeitspanne eingesetzt wird.
  • Im folgenden wird die vorliegende Offenbarung im Detail unter Bezugnahme auf Beispiele beschrieben, aber sie ist nicht durch die Beispiele beschränkt.
  • BEISPIELE
  • Die folgenden Beispiele illustrieren die Erfindung, es ist nicht beabsichtigt, dass sie sie beschränken.
  • BEISPIEL 1. Oberflächenbehandlung des Kathoden-Aktivmaterials
  • Ein schematische Oberflächenbeschichtungsverfahren des Aktivmaterials ist in 2 illustriert. Die Beschichtung wurde wie in 2 illustriert durchgeführt. Ein Kathoden-Aktivmaterial kann für alle Metalloxidmaterialien verwendet werden, und es wurde im vorliegenden Beispiel für das Li[Ni0,6Co0,2Mn0,2]O2-Material (im folgenden NMC 622) eingesetzt. Eine Trockenbeschichtung wurde auf der NMC 622-Oberfläche unter Verwendung von Aluminiumoxid (Al2O3, Aldrich), das eine Größe von 2 bis 9 nm aufweist, durchgeführt, und dabei wurde eine Menge von 0,5 Gew.% aufgebracht. Für die Trockenbeschichtung wurde ein im Stand der Technik bekanntes Kugelmühlenverfahren eingesetzt, und die Trockenbeschichtung wurde bei einer Geschwindigkeit von 300 UPM über 6 Stunden durchgeführt.
  • Das Kathoden-Aktivmaterial, das der Trockenbeschichtung unterzogen worden ist, wurde in eine Nitromethanlösung eingebracht, in der ein PEDOT-PEG-Polymer aufgelöst war, und die resultierende Lösung wurde bei einer Temperatur von 60°C über 6 Stunden gerührt. Nach dem Rühren wurde ein Feststoff durch ein Filtrationsverfahren erhalten, und die Doppelbeschichtung auf der Oberfläche des Kathoden-Aktivmaterials wurde durch Vakuumtrocknen des Feststoffs bei 110°C vervollständigt.
  • BEISPIEL 2. Morphologieanalyse des Kathoden-Aktivmaterials
  • Die Morphologie des Kathoden-Aktivmaterials, das der Beschichtung unterzogen worden war, wurde bestätigt. Um den Dispersionsgrad des Beschichtungsmaterials auf der Oberfläche der Elektrode, die der Beschichtung unterzogen wurde, zu bestätigen, wurden Abbildungsergebnisse verschiedener Elemente unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops analysiert und in den 3(a) bis 3(d) illustriert.
  • Als Ergebnis des Vergleichs mit dem Kathoden-Aktivmaterial (unbehandelte positive Elektrode), das nicht beschichtet war, wurden Aluminium (Al) und Schwefel (S), die im anorganischen Material und im leitfähigen Polymer vorhanden sind, für den Fall des doppelt beschichteten Kathoden-Aktivmaterial detektiert, und es konnte gesehen werden, dass die Elemente gleichförmig auf die Oberfläche des Kathoden-Aktivmaterials aufgebracht waren. Die unter Verwendung von TEM beobachteten Fotografien in den 4(a) bis 4(d) zeigen jeweils (a) die Oberfläche des Aktivmaterials vor dem Beschichten, (b) die Oberfläche des Aktivmaterials nach dem Beschichten mit dem elektronen- und ionenleitfähigen Polymer, (c) die Oberfläche des Aktivmaterials nach der Primärbeschichtung mit Metalloxid und (d) die Oberfläche des Aktivmaterials, das der Doppelbeschichtung mit dem anorganischen Material und dem elektronen- und ionenleitfähigen Polymer unterzogen wurde. Hierbei ist ersichtlich, dass die Gleichförmigkeit der Beschichtung durch Sekundärbeschichten des leitfähigen Polymers auf die Oberfläche des primärbeschichteten anorganischen Materials sichergestellt werden kann.
  • BEISPIEL 3. Herstellung einer Elektrode und einer Zelle unter Verwendung des beschichteten Kathoden-Aktivmaterials
  • Nachdem Poly(vinylidenfluorid) (PVdF), eingesetzt als Bindemittel zum Herstellen einer positiven Elektrode, vollständig in N-methylpyrrolidon aufgelöst war, wurden Super-P-Kohlenstoff als leitfähiges Material und doppelt beschichtetes LiNi0,6Co0,2Mn0,2O2 abgemessen und in die resultierende Mischlösung gegeben, und die resultierende Mischung wurde gerührt. In diesem Fall wurde das Gewichtsverhältnis des Kathoden-Aktivmaterials, des leitfähigen Materials und des Bindemittels auf 85:7,5:7,5 eingestellt.
  • Die vollständig gemischte Aufschlämmungslösung wurde auf Aluminiumfolie aufgebracht, getrocknet und einem Laminierverfahren unter Verwendung einer Walzenpresse unterzogen. Dies wurde durchgeführt, um die gegenseitige Bindungskraft des Aktivmaterials, des leitfähigen Materials und des Bindemittels zu erhöhen und die Materialien wirksam mit dem Stromkollektor zu verbinden.
  • Nach Beendigung des Kompressionsverfahrens wurde eine Elektrode mit geeigneter Größe durch ein Schneideverfahren hergestellt, und bei 110°C in einem Vakuumofen über 24 Stunden getrocknet. Unter Einsatz der hergestellten positiven Elektrode wurde eine Knopfzelle hergestellt.
  • Lithium-Metall wurde auf eine Kupferfolie laminiert, und das resultierende Laminat wurde als negative Elektrode eingesetzt. Eine durch Auflösen von 1 M LiPF6 in einem gemischten Lösungsmittel aus Ethylencarbonat/Dimethylcarbonat (Volumenverhältnis 50/50) hergestellte Lösung wurde als Elektrolytlösung eingesetzt, und eine Polyethylen-Trennfolie wurde als Trennfolie eingesetzt. Die Herstellung aller Elektroden wurden in einem Trockenraum durchgeführt, und die Herstellung der Batterie wurde in einer Glove-Box durchgeführt, in der eine Argon-Atmosphäre aufrechterhalten wurde.
  • Für die hergestellte Zelle wurden Lade- und Entladezyklen in einem Bereich von 2,6 bis 4,3 V oder 2,6 bis 4,6 V mit einer Stromdichte von 0,5 C durchgeführt.
  • BEISPIEL 4. Bewertung der Charakteristika der Lithium-Sekundärbatterie
  • Die Einsatzlebensdauer-Charakteristika von Zellen, die einem Bildungsverfahren unterzogen wurden, wurden für jede Ladespannung (4,3 V und 4,6 V) unter Verwendung einer positiven Elektrode (unbehandelt), die nicht beschichtet worden ist, einer positiven Elektrode (modifiziert NCM PEDOT), die nur mit einem elektronenleitfähigen Polymer beschichtet worden ist und einer positiven Elektrode (modifiziert NCM PEDOT-PEG), die mit einem Polymer beschichtet worden ist, das sowohl Ionenleitfähigkeit als auch Elektronenleitfähigkeit aufweist, evaluiert. Die Lade- und Entladeergebnisse, wie in den 5A und 5B illustriert, wurden durch 50-maliges Wiederholen eines Ladens und Entladens mit einer Stromdichte von 0,5 C bei Raumtemperatur erhalten. Als Ergebnis ist ersichtlich, dass für den Fall der Beschichtung mit PEDOT-PEG, das ein ionenleitfähiges und elektronenleitfähiges copolymerisiertes Polymer ist, die höchste Kapazität und beste Einsatzlebensdauer-Charakteristika erhalten wurden.
  • Das Kathoden-Aktivmaterial wurde primär mit Aluminiumoxid und sekundär mit einem PEDOT-PEG-Copolymer, das Elektronenleitfähigkeit und Ionenleitfähigkeit aufweist, doppelt beschichtet, und die Zykluscharakteristika wurden für jede Beschichtungsdicke evaluiert und sind in 6 illustriert. Als Ergebnis ist ersichtlich, dass, wenn die Beschichtungsdicke so dünn wie 8 nm ist, die anfängliche Kapazität hoch war, doch die Einsatzlebensdauer-Charakteristika sich schnell verschlechtern. Wenn die Beschichtungsdicke so dick wie 180 nm war, so fungierte die Beschichtung als Widerstand, so dass ein niedriger Entladekapazitätswert im anfänglichen Stadium erhalten wurde. Im Gegensatz dazu zeigte ein Positiv-Elektrodenmaterial, das mit einer Dicke von 30 nm doppeltbeschichtet war, hervorragende Einsatzlebensdauer-Charakteristika zusammen mit hoher Entladungskapazität im Anfangsstadium.
  • Die Einsatzlebensdauer-Charakteristika wurden für jede Ladespannung (4,3 V und 4,6 V) für den Fall, dass das Kathoden-Aktivmaterial nur mit Aluminiumoxid beschichtet war und den Fall, dass das Kathoden-Aktivmaterial mit Aluminiumoxid und dem Polymer, das Elektronenleitfähigkeit und Ionenleitfähigkeit aufweist, doppelbeschichtet war, evaluiert. Die Ergebnisse, wie in den 7A und 7B illustriert, wurden durch 50-maliges Wiederholen des Ladens und Entladens mit einer Stromdichte von 0,5 C bei Raumtemperatur erhalten.
  • In Bezug auf die 7A und 7B zeigten die beiden Kathoden-Aktivmaterialien, die mit Aluminiumoxid beschichtet waren, verbesserte Einsatzlebensdauer-Charakteristika sowohl bei 4,3 V (7A) als auch bei 4,6 V (7B) im Vergleich zum Kathoden-Aktivmaterial, das nicht beschichtet war. Allerdings wurde durch Ungleichförmigkeit der Beschichtung eine Nebenreaktion mit einem Teil der Elektrolytlösung ausgelöst. Daher kompensierte die Doppelbeschichtung für die Beschichtung mit der anorganischen Oxidmaterialschicht, die immer noch einige Nachteile aufweist. Das Problem der Beschichtung wurde durch Einführen eines elektronen- und ionenleitfähigen copolymerisierten Polymers überwunden. Das doppelt beschichte Kathoden-Aktivmaterial zeigte die beste Leistung und Einsatzlebensdauer-Charakteristika, und es wurde bestätigt, dass das doppelt beschichtete Kathoden-Aktivmaterial eine hervorragende Leistung zeigte, selbst wenn die Ladespannungen unterschiedlich waren.
  • Die Einsatzlebensdauer-Charakteristika wurden unter Hochtemperaturbedingungen von 55°C verglichen, und Ergebnisse sind in 8 illustriert. In Bezug auf 8 ist ersichtlich, dass, da sich der Innenwiderstand der Zellen bei hoher Temperatur verringert, eine höhere Kapazität bei hoher Temperatur als bei Raumtemperatur erreicht wird (siehe 7A). Im Gegensatz dazu ist ersichtlich, dass das Positiv-Elektrodenmaterial, das nicht beschichtet ist, relativ schwache Einsatzlebensdauer-Charakteristika aufweist, während auch ein Strukturzusammenbruch des Kathoden-Aktivmaterials und die Nebenreaktion mit der Elektrolytlösung weiterhin schnell auftreten. Allerdings ist ersichtlich, dass eine Elektrode, die mit Aluminiumoxid und einem leitfähigen Polymer doppelbeschichtet ist, ein hohe Kapazität und hervorragende Einsatzlebensdauer-Charakteristika aufweist. Dies liegt daran, dass die Doppelbeschichtung aus Metalloxid und Polymerschicht wirksam die Nebenreaktion mit der Elektrolytlösung unterdrückt.
  • BEISPIEL 5. Evaluierung der Charakteristika bei hoher Rate
  • Die Evaluierung des Ladens und Entladens wurde dreimal in Abhängigkeit von jeder Stromdichte durchgeführt, während die Stromdichte von einer niedrigen Rate zu einer hohen Rate erhöht wurde. Es handelt sich um einen Test, in der die Kapazitätscharakteristika des Kathoden-Aktivmaterials unter Bedingungen, in denen schnelles Laden und Entladen durchgeführt wird, bestätigt wurden, und um eine Technik, die die Charakteristika durch sukzessives Anwenden von hohem Strom evaluiert, anders als die Evaluation der Einsatzlebensdauer-Charakteristika, in der eine konstante Stromdichte eingesetzt wird.
  • Die Ergebnisse der Evaluation der Ladekapazität wird in 9 illustriert. Die Ergebnisse in 9 zeigen, dass die doppelt beschichtete Elektrode eine hohe Kapazität bei hoher Rate, die eine hohe Ausgabeleistung erfordert, zeigt. Insbesondere wird die Kapazitätsrückgewinnungsrate des Kathoden-Aktivmaterials bestätigt, indem die Stromdichte von einer niedrigen Rate zu einer hohen Rate geändert wird, und die strukturelle Stabilität kann indirekt bestätigt werden. Für die doppelt beschichtete Elektrode, wie in 6 illustriert, wurde eine hohe Kapazitätsrückgewinnungsrate von 99,8 % erhalten.
  • BEISPIEL 6. Evaluierung der thermischen Stabilität nach Evaluierung der Einsatzlebensdauer-Charakteristika
  • Nachdem die Einsatzlebensdauer-Charakteristika der Lithium-Sekundärbatterie evaluiert worden sind, wurde die Batterie im geladenen Zustand demontiert, die thermische Stabilität des Kathoden-Aktivmaterials wurde mit einem Differential-Rasterkalorimeter (DSC) analysiert und ist in 10 gezeigt, und die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengefasst.
  • Für den Fall der beschichteten Elektrode ist ersichtlich, dass ein exothermer Peak zum Hochtemperaturbereich hin verschoben ist, und die freigesetzte Wärmemenge schnell abnahm. Es ist ersichtlich, dass die Beschichtung, die aus dem Metalloxid und dem Polymer zusammengesetzt ist, eine exotherme Reaktion des Kathoden-Aktivmaterials mit der Elektrolytlösung unterdrückt, so dass die thermische Stabilität verbessert wurde.
  • Die folgende Tabelle 1 vergleicht die thermischen DSC-Charakteristika des Kathoden-Aktivmaterials im geladenen Zustand nach dem Laden und Entladen. [Tabelle 1]
    Elektrode Exotherme Peak-Temperatur (°C) Freigesetzte Wärmemenge (J/g)
    unbehandelte positive Elektrode 281,0 587,5
    mit Aluminiumoxid beschichtete positive Elektrode 286,9 320,1
    Doppelt beschichtete positive Elektrode 287,4 198,5
  • BEISPIEL 7. Evaluierung der Leistung der Lithium-Sekundärbatterie
  • Eine Lithium-Sekundärbatterie wurde unter Einsatz von Mesokohlenstoff-Mikrokugeln (mesocarbon microbeads, MCMB) auf Graphitbasis als negative Elektrode hergestellt, und die Charakteristika für jede Bedingung wurden evaluiert. Nach der Herstellung der Lithium-Sekundärbatterie wurden die Einsatzlebensdauer-Charakteristika von Zellen, die gemäß der vorliegenden Offenbarung gebildet waren, für jede Ladespannung (4,3 V und 4,6 V) evaluiert. Die Ergebnisse des Ladens und Entladens, wie in 11A und 11B illustriert, wurden durch 50-maliges Wiederholen des Ladens und Entladens mit einer Stromdichte von 0,5 C bei Raumtemperatur erhalten. Wenn die Ladespannung 4,3 V war, so zeigte die positive Elektrode, die mit Aluminiumoxid und einem PEDOT-PEG-Polymer, das Elektronenleitfähigkeit und Ionenleitfähigkeit aufweist, doppelt beschichtet war, die höchste anfängliche Kapazität und hervorragende Einsatzlebensdauer-Charakteristika, wie in 11A gezeigt. 11B illustriert die Einsatzlebensdauer-Charakteristika für das Laden mit hoher Spannung (4,6 V). Es ist ersichtlich, dass bei Erhöhung der Ladespannung die Einsatzlebensdauer-Charakteristika durch eine Doppelbeschichtung aus Aluminiumoxid und PEDOT-PEG signifikant verbessert werden.
  • Für eine Lithium-Sekundärbatterie, in der das doppelt beschichtete Kathoden-Aktivmaterial eingesetzt wurde, wurden Zykluscharakteristika bei hoher Temperatur evaluiert und sind in 12 illustriert. Im Graph von 12 zeigen beschichtete Aktivmaterialien bessere Einsatzlebensdauer-Charakteristika bei hoher Temperatur (55°C) als der Fall, in dem ein unbeschichtetes Kathoden-Aktivmaterial eingesetzt wird. Insbesondere zeigt aufgrund des Unterdrückens von Zerstörungseffekten der Kristallstruktur im Kathoden-Aktivmaterial, in Verbindung mit einer Zersetzung der Elektrolytlösung, die Doppeltbeschichtung mit Aluminiumoxid und dem PEDOT-PEG-Polymer verbesserte Einsatzlebensdauer-Charakteristika im Vergleich zum bestehenden Kathoden-Aktivmaterial.
  • Das oberflächenbehandelte Kathoden-Aktivmaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung kann in kleinen und mittleren bis großen Lithium-Sekundärbatterien eingesetzt werden. Insbesondere kann das oberflächenbehandelte Kathoden-Aktivmaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung für Lithium-Sekundärbatterien eingesetzt werden, die in verschiedenen mobilen Elektronikgeräten, elektrischen Fahrzeugen und Energiespeichersystemen eingesetzt werden.
  • Die Erfindung wurde im Detail unter Bezugnahme auf ihre Ausführungsformen beschrieben. Allerdings versteht sich für den Fachmann, dass Änderungen an diesen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne von den Prinzipien und dem Geist der Erfindung abzuweichen, deren Bereich durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente definiert ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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    • KR 2011-23067 A [0010]
    • KR 2007-16431 A [0010]
    • JP 2005-524936 A [0012]

Claims (17)

  1. Oberflächenbehandeltes Kathoden-Aktivmaterial, das durch eine Primärbeschichtung aus Metalloxid auf der Oberfläche des Kathoden-Aktivmaterials und eine Sekundärbeschichtung eines polymerisierten Copolymers, das sowohl Elektronenleitfähigkeit als auch Ionenleitfähigkeit aufweist, wodurch eine Doppelbeschichtung auf der Oberfläche des Kathoden-Aktivmaterials gebildet wird, doppelt beschichtet ist.
  2. Oberflächenbehandeltes Kathoden-Aktivmaterial gemäß Anspruch 1, worin das Kathoden-Aktivmaterial aus Lithium-Übergangsmetalloxiden und Schwefelverbindungen ausgewählt ist.
  3. Oberflächenbehandeltes Kathoden-Aktivmaterial gemäß Anspruch 1, worin das Metalloxid ein oder mehrere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al2O3, SiO2, TiO2, SnO2, CeO2, ZrO2, BaTiO3 und Y2O3 ist.
  4. Oberflächenbehandeltes Kathoden-Aktivmaterial gemäß Anspruch 1, worin die Teilchen des Metalloxid einen mittleren Teilchendurchmesser von 1 bis 100 nm haben.
  5. Oberflächenbehandeltes Kathoden-Aktivmaterial gemäß Anspruch 1, worin das polymerisierte Copolymer, das sowohl Elektronenleitfähigkeit als auch Ionenleitfähigkeit aufweist, ein oder mehrere elektronenleitfähige Polymere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polythiophen, Polyethylendioxythiophen, Polyanilin, Polypyrol und Polyacetylen umfasst.
  6. Oberflächenbehandeltes Kathoden-Aktivmaterial gemäß Anspruch 1, worin das polymerisierte Copolymer, das sowohl Elektronenleitfähigkeit als auch Ionenleitfähigkeit aufweist, ein oder mehrere elektronenleitfähige Polymere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyethylenglykol, Polypropylenglykol, Polyalkylencarbonat und Polyester umfasst.
  7. Oberflächenbehandeltes Kathoden-Aktivmaterial gemäß Anspruch 1, worin das polymerisierte Copolymer, das sowohl Elektronenleitfähigkeit als auch Ionenleitfähigkeit aufweist, Poly(3,4-ethylendioxythiophen)-block-poly(ethylenglykol) (PEDOT-PEG) ist.
  8. Oberflächenbehandeltes Kathoden-Aktivmaterial gemäß Anspruch 1, worin die Gesamtdicke der Doppelbeschichtung 10 bis 100 nm ist.
  9. Lithium-Sekundärbatterie, die das oberflächenbehandelte Kathoden-Aktivmaterial gemäß Anspruch 1 umfasst.
  10. Lithium-Sekundärbatterie gemäß Anspruch 1, worin die Batterie als Batterie für Mobilelektronik oder Batterie für ein elektrisches Fahrzeug eingesetzt wird.
  11. Lithium-Sekundärbatterie, die das oberflächenbehandelte Kathoden-Aktivmaterial gemäß Anspruch 2 umfasst.
  12. Lithium-Sekundärbatterie, die das oberflächenbehandelte Kathoden-Aktivmaterial gemäß Anspruch 3 umfasst.
  13. Lithium-Sekundärbatterie, die das oberflächenbehandelte Kathoden-Aktivmaterial gemäß Anspruch 4 umfasst.
  14. Lithium-Sekundärbatterie, die das oberflächenbehandelte Kathoden-Aktivmaterial gemäß Anspruch 5 umfasst.
  15. Lithium-Sekundärbatterie, die das oberflächenbehandelte Kathoden-Aktivmaterial gemäß Anspruch 6 umfasst.
  16. Lithium-Sekundärbatterie, die das oberflächenbehandelte Kathoden-Aktivmaterial gemäß Anspruch 7 umfasst.
  17. Lithium-Sekundärbatterie, die das oberflächenbehandelte Kathoden-Aktivmaterial gemäß Anspruch 8 umfasst.
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