DE102021125921A1

DE102021125921A1 - Aktives kathodenmaterial für eine lithium-sekundärbatterie und lithium-sekundärbatterie, die ein solches umfasst

Info

Publication number: DE102021125921A1
Application number: DE102021125921.5A
Authority: DE
Inventors: Soo Ho Kim; Min Gu Kang; Min Suk Kang
Original assignee: SK Innovation Co Ltd
Current assignee: SK On Co Ltd
Priority date: 2020-10-06
Filing date: 2021-10-06
Publication date: 2022-04-07
Also published as: KR20220045651A; US20220109153A1; US11962006B2

Abstract

Ein aktives Kathodenmaterial für eine Lithium-Sekundärbatterie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Lithium-Verbundoxid-Partikel, das Lithium und Übergangsmetalle einschließlich einer überschüssigen Menge an Nickel enthält. Das Lithium-Verbundoxid-Partikel erfüllt eine vorbestimmte XRD-Peakflächen-Beziehung. Es wird eine Lithium-Sekundärbatterie bereitgestellt, die das aktive Kathodenmaterial verwendet und eine verbesserte Stabilität und Haltbarkeit bietet.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG UND PRIORITÄTSANSPRUCH
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2020-0128489 , eingereicht am 6. Oktober 2020 beim Korean Intellectual Property Office (KIPO), deren gesamte Offenbarung hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
HINTERGRUND
1. Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein aktives Kathodenmaterial für eine Lithium-Sekundärbatterie und eine Lithium-Sekundärbatterie, die dasselbe umfasst. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein aktives Kathodenmaterial mit pl-Metallelementen für eine Lithium-Sekundärbatterie und eine diese enthaltende Lithium-Sekundärbatterie.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Eine Sekundärbatterie, die wiederholt geladen und entladen werden kann, wurde gemäß den Entwicklungen der Informations- und Anzeigetechnologien weit verbreitet als Energiequelle für ein mobiles elektronisches Gerät wie einen Camcorder, ein Mobiltelefon, einen Laptop-Computer usw. verwendet. Die Sekundärbatterie umfasst beispielsweise eine Lithium-Sekundärbatterie, eine Nickel-Cadmium-Batterie, eine Nickel-Wasserstoff-Batterie usw.. Die Lithium-Sekundärbatterie zeichnet sich durch eine hohe Betriebsspannung und Energiedichte pro Gewichtseinheit, eine hohe Laderate, kompakte Abmessungen usw..
Zum Beispiel kann die Lithium-Sekundärbatterie eine Elektrodenbaugruppe umfassen, die eine Kathode, eine Anode und eine Trennschicht (Separator) und einen Elektrolyten, der die Elektrodenbaugruppe eintaucht, aufweist. Die Lithium-Sekundärbatterie kann ferner ein äußeres Gehäuse umfassen, das z.B. eine Taschenform aufweist.
Als aktives Material für eine Kathode der Lithium-Sekundärbatterie kann ein Lithiummetalloxid verwendet werden. Zum Beispiel kann das Lithiummetalloxid ein Lithiummetalloxid auf Nickelbasis umfassen. Eine nickelhaltige Vorläuferverbindung kann verwendet werden, um das Lithiummetalloxid auf Nickelbasis herzustellen.
Da in letzter Zeit ein Anwendungsbereich der Lithium-Sekundärbatterie von einer kleinen elektronischen Vorrichtung auf eine großangelegte Vorrichtung, wie beispielsweise ein Hybridfahrzeug, erweitert wurde, nimmt der Nickelgehalt zu, um eine ausreichende Kapazität und Leistung zu erreichen. Wenn jedoch der Nickelgehalt ansteigt, kann die Zuverlässigkeit des aktiven Kathodenmaterials aufgrund von Fehlanpassungen und Nebenreaktionen mit Lithium verschlechtert werden.
Zum Beispiel offenbart die koreanische Patentveröffentlichung Nr. 10-0821523 ein Verfahren zur Herstellung eines aktiven Kathodenmaterials unter Verwendung eines Lithium-Verbundmetalloxids, weist jedoch immer noch das Problem eines stark auf Nickel basierenden aktiven Kathodenmaterials auf.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein aktives Kathodenmaterial mit verbesserter Stabilität und Zuverlässigkeit bereitgestellt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lithium-Sekundärbatterie mit verbesserter Stabilität und Zuverlässigkeit bereitgestellt.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst ein aktives Kathodenmaterial für eine Lithium-Sekundärbatterie ein Lithium-Verbundoxid-Partikel, das Lithium und Übergangsmetalle einschließlich einer überschüssigen Menge an Nickel enthält. Das Lithium-Verbundoxid-Partikel erfüllt die Gleichung 1. $1,0 A (003) / A (104 \leq 1,5)$
In Gleichung 1 ist A(003) eine Fläche eines Peaks entsprechend einer (003)-Ebene in einem Röntgenbeugungs(XRD)-Analysegraphen, und A(104) ist eine Fläche eines Peaks entsprechend einer (104)-Ebene in dem XRD-Analysegraphen.
In einigen Ausführungsformen kann das Lithium-Verbundoxid-Partikel eine einzelne Partikelform aufweisen.
In einigen Ausführungsformen kann das Lithium-Verbundoxid-Partikel mit der Einzelpartikelform einen Partikeldurchmesser von 3 µm bis 12 µm aufweisen.
In einigen Ausführungsformen kann ein Abstand zwischen (003)-Ebenen des Lithium-Verbundoxid-Partikels von 100 nm bis 210 nm betragen.
In einigen Ausführungsformen kann eine Halbwertsbreite (FWHM) entsprechend der (003)-Ebene im XRD-Analysegraphen des Lithium-Verbundoxid-Partikels 0,066° bis 0,072° betragen.
In einigen Ausführungsformen kann eine Halbwertsbreite (FWHM) entsprechend der (104)-Ebene im XRD-Analysegraphen des Lithium-Verbundoxid-Partikels 0,08° bis 0,108° betragen.
In einigen Ausführungsformen kann A(003)/A(104) des Lithium-Verbundoxid-Partikels 1,1 bis 1,4 betragen.
In einigen Ausführungsformen kann das Lithium-Verbundoxid-Partikel die Gleichung 2 erfüllen. $7.0 \leq A (104) / A (105)$
In der Gleichung 2 ist A(104) die Fläche des Peaks, die der (104)-Ebene im XRD-Analysegraphen entspricht, und A(105) ist eine Fläche eines Peaks, die einer (105)-Ebene in dem XRD-Analysediagramm entspricht.
In einigen Ausführungsformen kann A(104)/A(105) des Lithium-Verbundoxid-Partikels von 7,0 bis 8,5 betragen.
In einigen Ausführungsformen kann ein Reduktionsverhältnis einer spezifischen Oberfläche des Lithium-Verbundoxid-Partikels durch einen Druck von 2,5 Tonnen bis 3,5 Tonnen 10 bis 30 % betragen.
In einigen Ausführungsformen kann ein Molverhältnis von Nickel in den Übergangsmetallen, die in dem Lithium-Verbundoxid-Partikel enthalten sind, 0,5 oder mehr betragen.
In einigen Ausführungsformen umfassen die Übergangsmetalle des Lithium-Verbundoxid-Partikels ferner Kobalt und Mangan.
In einigen Ausführungsformen kann das Lithium-Verbundoxid-Partikel durch die chemische Formel 1 dargestellt werden. Li_xNi_aM_1-aO_y [Chemische Formel 1]
In der chemischen Formel 1 ist M mindestens eines von Al, Zr, Ti, Cr, B, Mg, Co, Mn, Ba, Si, Y, W und Sr, wobei 0,9 ≤ x ≤ 1,2, 1,9 ≤ y ≤ 2,1 und 0,5 ≤ a ≤ 1 sind.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst eine Lithium-Sekundärbatterie eine Kathode, die das aktive Kathodenmaterial für eine Lithium-Sekundärbatterie gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen enthält; und eine Anode, die der Kathode zugewandt ist.
In einigen Ausführungsformen kann eine reversible Kapazität um 2 % bis 10 % als eine Ladespannungserhöhung um 0,1 V basierend auf 4,3 V ansteigen.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann ein aktives Kathodenmaterial ein Lithium-Verbundoxid umfassen, in dem eine Überschussmenge an Nickel unter den Übergangsmetallen enthalten ist, und ein Peakflächenverhältnis einer (003)-Ebene und einer (104)-Ebene in einem XRD-Analysegraph liegt innerhalb eines vorbestimmten Bereichs.
Dementsprechend kann die Stabilität einer Kristallstruktur des aktiven Kathodenmaterials verbessert werden und die Haltbarkeit und Stabilität der Batterie bei hoher Temperatur/Spannung können verbessert werden. Ferner kann eine Menge an Gaserzeugung verringert werden und die Eindringstabilität und die Zykleneigenschaft der Batterie können verbessert werden.
Figurenliste

1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Lithium-Sekundärbatterie gemäß beispielhaften Ausführungsformen veranschaulicht.
2 ist ein SEM-(Rasterelektronenmikroskop)-Bild eines aktiven Kathodenmaterials für eine Lithium-Sekundärbatterie gemäß beispielhaften Ausführungsformen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein aktives Kathodenmaterial bereitgestellt, das ein Lithium-Verbundoxid umfasst, das Lithium und Übergangsmetalle enthält und einen vorbestimmten Bereich eines XRD-Peak-Verhältnisses aufweist.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass solche Ausführungsformen, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben wurden, bereitgestellt werden, um den Geist der vorliegenden Erfindung weiter zu verstehen und die zu schützenden Gegenstände, wie in der detaillierten Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen offenbart, nicht einschränken.
Ein aktives Kathodenmaterial für eine Lithium-Sekundärbatterie (im Folgenden als aktives Kathodenmaterial abgekürzt) kann Lithium-Verbundoxidpartikel enthalten, die Lithium und ein Übergangsmetall, das eine Überschussmenge an Nickel enthält, enthalten.
Wie hierin verwendet, kann sich der Begriff „Überschussmenge“ auf den größten Molenbruch oder das größte Molverhältnis beziehen.
Das Lithium-Verbundoxid-Partikel kann den größten molaren Anteil von Nickel unter den Übergangsmetallen aufweisen.
Das Lithium-Verbundoxid-Partikel kann Nickel umfassen. Nickel kann in der überschüssigen Menge unter den Elementen enthalten sein, mit Ausnahme von Lithium und Sauerstoff in dem Lithium-Verbundoxid-Partikel.
Nickel (Ni) kann als Metall dienen, das mit einer Kapazität einer Lithium-Sekundärbatterie verbunden ist. In beispielhaften Ausführungsformen kann Nickel in der überschüssigen Menge an Elementen außer Lithium und Sauerstoff enthalten sein, um die Kapazität der Sekundärbatterie merklich zu verbessern.
In beispielhaften Ausführungsformen kann das Molverhältnis von Nickel in dem Übergangsmetall, das in dem Lithium-Verbundoxid-Partikel enthalten ist, 0,5 oder mehr betragen. Das Molverhältnis von Nickel unter den Elementen außer Lithium und Sauerstoff der Lithium-Verbundoxid-Partikel kann 0,5 oder mehr betragen.
Vorzugsweise kann das Molverhältnis von Nickel 0,6 oder mehr, 0,7 oder mehr, 0,8 oder mehr betragen. Vorzugsweise kann das Molverhältnis von Nickel 0,6 bis 0,95, 0,7 bis 0,95 oder 0,8 bis 0,95 betragen.
In einigen Ausführungsformen kann das Lithium-Verbundoxid-Partikel ein Lithium-Verbundoxid auf Nickel-Kobalt-Basis, das ferner Kobalt enthält, sein. In einigen Ausführungsformen kann das Lithium-Verbundoxid-Partikel ein auf Nickel-Kobalt-Mangan (NCM) basierendes Lithium-Verbundoxid sein, das ferner Kobalt und Mangan enthält.
In beispielhaften Ausführungsformen können die Lithium-Verbundoxid-Partikel durch die nachstehende chemische Formel 1 dargestellt werden. Li_xNi_aM_1-aO_y [Formel 1]
In der chemischen Formel 1 kann M mindestens eines von Al, Zr, Ti, Cr, B, Mg, Co, Mn, Ba, Si, Y, W und Sr sein und 0,9 ≤ x 1,2, 1,9 ≤ y 2,1, 0,5 ≤ a ≤ 1.
Wenn beispielsweise der Nickelgehalt zunimmt, können die Kapazität und Leistung der Lithium-Sekundärbatterie verbessert werden. Beispielsweise können Nickel und Mangan (Mn) gemeinsam im gesamten Partikel verteilt sein, so dass die chemische und mechanische Stabilität der Lithium-Sekundärbatterie weiter verbessert werden kann.
Mangan (Mn) kann als Metall dienen, das sich auf die mechanische und elektrische Stabilität der Lithium-Sekundärbatterie bezieht. Mangan kann zum Beispiel Defekte wie Zündung und Kurzschluss, die auftreten können, wenn eine Kathode von einem externen Objekt durchdrungen wird, unterdrücken oder reduzieren und kann die Lebensdauer der Lithium-Sekundärelektrizität erhöhen. Kobalt (Co) kann ein Metall sein, das mit einer Leitfähigkeit oder einem Widerstand der Lithium-Sekundärbatterie verbunden ist.
2 ist ein Rasterelektronenmikroskop (REM)-Bild eines aktiven Kathodenmaterials für eine Lithium-Sekundärbatterie gemäß beispielhaften Ausführungsformen.
In beispielhaften Ausführungsformen kann das Lithium-Verbundoxid-Partikel eine einzelne Partikelform aufweisen, wie in 2 gezeigt. Beispielsweise kann das Lithium-Verbundoxid-Partikel keine Sekundärpartikelform aufweisen, die durch eine Aggregation einer Vielzahl von Primärpartikeln (z.B. 10 oder mehr Primärpartikel) zu einem im Wesentlichen einzelnen einheitlichen Partikel gebildet wird. Zum Beispiel kann die Einzelpartikelstruktur oder die Einzelpartikelform eine Einkristallstruktur umfassen (z.B. einen Kristall der Verbindung der Formel 1).
Das einzelne Partikel schließt eine Form nicht aus, in der beispielsweise weniger als 10 Partikel aneinander angrenzen und aneinander haften.
In beispielhaften Ausführungsformen kann ein Partikeldurchmesser (z.B. D50 aus einer kumulativen Volumenverteilung) des Lithium-Verbundoxid-Partikels von 3 µm bis 12 µm betragen. Wenn der Partikeldurchmesser des Lithium-Verbundoxid-Partikels weniger als 3 µm beträgt, kann die Stabilität einer Partikeloberflächenstruktur unter Hochtemperatur- oder Hochspannungsbedingungen verringert werden und die Reaktivität mit dem Elektrolyten kann zunehmen. Wenn der Partikeldurchmesser der Lithium-Verbundoxid-Partikel größer als 12 µm ist, kann eine Dichte der Aktivmaterialschicht, die aus dem Kathoden-Aktivmaterial gebildet ist, verringert werden, und eine Diffusionsfähigkeit von Lithiumionen kann verringert werden.
Das Lithium-Verbundoxid-Partikel erfüllt gemäß beispielhaften Ausführungsformen die nachstehende Gleichung 1. $1,0 \leq A (003) /A (104) \leq 1,5$
In der Gleichung 1 ist A(003) eine Fläche eines Peaks, die einer (003)-Ebene in einem Röntgenbeugungs(XRD)-Analysegraphen entspricht, und A(104) ist eine Fläche eines Peaks, der einer (104)-Ebene im Röntgenbeugungs-(XRD)-Analysegraphen entspricht.
In beispielhaften Ausführungsformen kann die XRD-Analyse in einem Beugungswinkelbereich (2θ)vοn 10° bis 120° und mit einer Abtastrate von 0,01°/Schritt unter Verwendung eines Cu-Kα-Strahls als Lichtquelle für eine Pulverprobe des aktiven Kathodenmaterials für die Lithium-Sekundärbatterie durchgeführt werden.
Das Lithium-Verbundoxid-Partikel, das die Gleichung 1 erfüllt, kann eine verbesserte Kristallinität aufweisen. In diesem Fall kann die physikalische und chemische Stabilität einer Kristallstruktur verbessert werden. Somit kann eine verbesserte Leistung und Kapazität der Batterie auch während wiederholter Lade- und Entladevorgänge über einen langen Zeitraum stabil aufrechterhalten werden.
Weiterhin kann eine Zersetzung der Lithium-Verbundoxid-Partikel unter den Bedingungen hoher Temperatur und hoher Spannung verhindert werden, und die Reaktion mit dem Elektrolyten kann unterdrückt werden. Daher können eine Hochspannungsbeständigkeit und eine Hochtemperaturspeichereigenschaft erreicht werden.
Wenn beispielsweise der Gehalt an Ni in dem Lithium-Verbundoxid-Partikel erhöht wird, kann eine Kationenstörung aufgrund eines Austausches von Ni und Lithium (Li) auftreten, und Li-Ionenstellen können durch Ni-Ionen besetzt werden. In diesem Fall kann die Kristallinität des aktiven Kathodenmaterials verringert werden. Wenn die Temperatur eines Sinterprozesses erhöht wird, um die Kristallinität zu erhöhen, kann aufgrund eines topotaktischen Übergangs von Lithiumionen keine gewünschte Kristallstruktur gebildet werden.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann jedoch die Kristallinität des Lithium-Verbundoxid-Partikels, das die überschüssige Menge an Ni enthält und die Gleichung 1 erfüllt, verbessert werden. Dementsprechend kann eine Sekundärbatterie mit verbesserter Leistung, Kapazität und Langzeitstabilität erzielt werden.
Beispielsweise kann der durch die Gleichung 1 dargestellte Bereich durch Ändern einer Art und eines Verhältnisses von Reaktanten (einem Verbundmetallvorläufer und einer Lithiumquelle) in einem Herstellungsprozess des kathodenaktiven Materials oder einer Art des beim Sinterprozess verwendeten Gases, einer Reaktionszeit, einer Reaktionstemperatur usw., angepasst werden.
Vorzugsweise beträgt A(003)/A(104) des Lithium-Verbundoxid-Partikels 1,1 bis 1,4 oder 1,2 bis 1,3.
In beispielhaften Ausführungsformen kann das Lithium-Verbundoxid-Partikel einen Abstand zwischen den (003)-Ebenen von 100 nm bis 210 nm aufweisen.
In beispielhaften Ausführungsformen kann eine Halbwertsbreite (FWHM) entsprechend der (003)-Ebene im XRD-Analysegraphen des Lithium-Verbundoxid-Partikels 0,066° bis 0,072° betragen.
In beispielhaften Ausführungsformen kann eine FWHM, die der (104)-Ebene im XRD-Analysegraphen des Lithium-Verbundoxid-Partikels entspricht, 0,08° bis 0,108° betragen.
Im Gegensatz zum A(003)/A(104)-Wert kann der Halbwertsbreitenwert jedes Peaks umgekehrt proportional zu einer Kristallitgröße sein, und wenn ein Lithium-Verbundoxid mit der Einzelpartikelstruktur enthalten ist, kann die Breitenwert kleiner werden, wie in den später zu beschreibenden Beispielen und Vergleichsbeispielen bestätigt wird.
In dem oben beschriebenen Halbwertsbreitenbereich kann das Lithium-Verbundoxid-Partikel eine verbesserte Kristallinität aufweisen.
In beispielhaften Ausführungsformen kann das Lithium-Verbundoxid-Partikel die nachstehende Gleichung 2 erfüllen. $7,0 \leq A (104) / A (105)$
In der Gleichung 2 ist A(104) eine Fläche eines Peaks, die einer (104)-Ebene im XRD-Analysegraphen entspricht, und A(105) ist eine Fläche eines Peaks, die einer (105)-Ebene in dem XRD-Analysediagramm entspricht.
Vorzugsweise kann A(104)/A(105) kleiner oder gleich 8,5 sein.
Das Lithium-Verbundoxid-Partikel, das die Gleichung 2 erfüllt, kann eine verbesserte Kristallinität aufweisen. In diesem Fall kann die physikalische und chemische Stabilität einer Kristallstruktur verbessert werden. Somit kann eine verbesserte Leistung und Kapazität der Batterie auch während wiederholter Lade- und Entladevorgänge über einen langen Zeitraum stabil aufrechterhalten werden.
Ferner kann eine Zersetzung der Lithium-Verbundoxid-Partikel unter den Hochtemperatur- und Hochspannungsbedingungen verhindert werden, und die Reaktion mit dem Elektrolyten kann unterdrückt werden. Daher können eine Hochspannungsbeständigkeit und eine Hochtemperaturspeichereigenschaft erreicht werden.
In beispielhaften Ausführungsformen kann eine Festigkeit des Lithium-Verbundoxid-Partikels 500 MPa oder mehr betragen. Wenn die Festigkeit weniger als 500 MPa beträgt, können die Lithium-Verbundoxid-Partikel während eines Hochdruckwalzens zum Bilden der Aktivmaterialschicht beschädigt werden.
In beispielhaften Ausführungsformen kann das Lithium-Verbundoxid-Partikel eine Lithium-Ionen-Diffusion von 10^-8 bis 10^-7 S/cm unter einer Lade-/Entladebedingung von 3,7 V bis 4,3 V aufweisen.
In beispielhaften Ausführungsformen kann ein spezifisches Oberflächenverringerungsverhältnis des Lithium-Verbundoxid-Partikels unter einem Druck von 2,5 Tonnen bis 3,5 Tonnen 10% bis 30 % betragen. Selbst wenn die Lithium-Verbundoxid-Partikel beispielsweise unter hohem Druck gewalzt werden, um die Aktivmaterialschicht mit einer Dichte von 3,5 g/cm³ oder mehr zu bilden, können eine stabile Struktur und eine Lithiumabgabefähigkeit aufrechterhalten werden.
In einigen Ausführungsformen können die Lithium-Verbundoxid-Partikel ferner ein Beschichtungselement oder ein Dotierungselement umfassen. Beispielsweise kann das Beschichtungselement oder das Dotierungselement Al, Ti, Ba, Zr, Si, B, Mg, P, Sr, W, La, eine Legierung davon oder ein Oxid davon umfassen. Diese können allein oder in Kombination davon verwendet werden. Die Partikel des aktiven Kathodenmaterials können durch die Beschichtung oder das Dotierungselement passiviert werden, so dass die Stabilität gegenüber dem externen Eindringen und die Lebensdauer weiter verbessert werden können.
Zum Beispiel kann das Lithium-Verbundoxid-Partikel durch eine Reaktion zwischen einem Verbundmetall-Vorläufer und einer Lithiumquelle gebildet werden.
Der Verbundmetallvorläufer kann durch eine Copräzipitationsreaktion von Metallsalzen hergestellt werden. Die Metallsalze können ein Nickelsalz, ein Mangansalz und ein Kobaltsalz umfassen.
Beispiele für das Nickelsalz umfassen Nickelsulfat, Nickelhydroxid, Nickelnitrat, Nickelacetat, ein Hydrat davon usw.. Beispiele für das Mangansalz umfassen Mangansulfat, Manganacetat, ein Hydrat davon usw.. Beispiele für das Kobaltsalz umfassen Kobaltsulfat, Kobaltnitrat, Kobaltcarbonat, Hydrate davon usw..
Die Metallsalze können mit einem Fällungsmittel und/oder einem Chelatbildner in einem Verhältnis gemischt werden, das dem Gehalt oder Konzentrationsverhältnis jedes Metalls, das unter Bezugnahme auf die chemische Formel 1 beschrieben wurde, genügt, um eine wässrige Lösung zu bilden. Die wässrige Lösung kann in einem Reaktor mitgefällt werden, um den Verbundmetallvorläufer herzustellen.
Das Fällungsmittel kann eine alkalische Verbindung wie Natriumhydroxid (NaOH), Natriumcarbonat (Na₂CO₃) oder dergleichen umfassen. Der Chelatbildner kann z.B. wässriges Ammoniak (z.B. NH₃H₂O), Ammoniumcarbonat (z.B. NH₃HCO₃) oder dergleichen umfassen.
Eine Temperatur der Co-Präzipitationsreaktion kann kontrolliert werden, z.B. in einem Bereich von etwa 40° C bis 60° C. Eine Reaktionszeit kann in einem Bereich von etwa 24 Stunden bis 72 Stunden eingestellt werden.
Das Lithium-Verbundoxid-Partikel (das aktive Kathodenmaterial) kann durch Mischen und Umsetzen des Verbundmetallvorläufers und der Lithiumquelle hergestellt werden. Die Lithiumquelle kann beispielsweise Lithiumcarbonat, Lithiumnitrat, Lithiumacetat, Lithiumoxid, Lithiumhydroxid usw. umfassen. Diese können allein oder in Kombination davon verwendet werden.
Danach können Lithiumverunreinigungen oder nicht umgesetzte Vorläufer z.B. durch einen Waschprozess entfernt werden, und Metallpartikel können fixiert werden und die Kristallinität kann durch einen Wärmebehandlungsprozess (ein Glühen oder Sintern) erhöht werden.
In einer Ausführungsform kann die Wärmebehandlungstemperatur in einem Bereich von etwa 600 °C bis 1000 °C liegen.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine Lithium-Sekundärbatterie bereitgestellt, die das oben beschriebene aktive Kathodenmaterial enthält.
1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Lithium-Sekundärbatterie gemäß beispielhaften Ausführungsformen veranschaulicht.
Unter Bezugnahme auf 1 kann die Lithium-Sekundärbatterie eine Kathode 130, eine Anode 140 und eine Trennschicht 150 beinhalten, die zwischen der Kathode und der Anode angeordnet ist.
Die Kathode 130 kann einen Kathodenstromkollektor 110 und eine Schicht des aktiven Kathodenmaterials 115 umfassen, die durch Auftragen eines aktiven Kathodenmaterials auf den Kathodenstromkollektor 110 gebildet wird.
Eine Kathodenaufschlämmung kann durch Mischen und Rühren des aktiven Kathodenmaterials in einem Lösungsmittel mit einem Bindemittel, einem leitfähigen Material und/oder einem Dispersionsmittel hergestellt werden. Die Kathodenaufschlämmung kann auf den Kathodenstromkollektor 110 aufgetragen und dann getrocknet und gepresst werden, um die Kathode 130 zu bilden.
Der Kathodenstromkollektor 110 kann Edelstahl, Nickel, Aluminium, Titan, Kupfer oder eine Legierung davon umfassen. Vorzugsweise kann Aluminium oder eine Legierung davon verwendet werden.
Das Bindemittel kann ein Bindemittel auf organischer Basis umfassen, wie beispielsweise ein Polyvinylidenfluorid-Hexafluorpropylen-Copolymer (PVDF-co-HFP), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyacrylnitril, Polymethylmethacrylat usw., oder es kann ein Bindemittel auf Wasserbasis, wie beispielsweise Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), das mit einem Verdickungsmittel wie Carboxymethylcellulose (CMC) verwendet werden.
Als Kathodenbindemittel kann beispielsweise ein Bindemittel auf PVDF-Basis verwendet werden. In diesem Fall kann eine Menge des Bindemittels zum Bilden der kathodenaktiven Materialschicht verringert werden, und eine Menge des kathodenaktiven Materials kann relativ erhöht werden. Somit können Kapazität und Leistung der Lithium-Sekundärbatterie weiter verbessert werden.
Das leitfähige Material kann hinzugefügt werden, um die Elektronenmobilität zwischen Aktivmaterialpartikeln zu erleichtern. Zum Beispiel kann das leitfähige Material ein kohlenstoffbasiertes Material wie Graphit, Ruß, Graphen, Kohlenstoff-Nanoröhrchen usw. und/oder ein metallbasiertes Material wie etwa Zinn, Zinnoxid, Titanoxid, ein Perowskitmaterial wie z B. LaSrCoO₃ oder LaSrMnO₃, usw., umfassen.
In beispielhaften Ausführungsformen kann die Anode 140 einen Anodenstromkollektor 120 und eine Anodenaktivmaterialschicht 125 beinhalten, die durch Beschichten eines Anodenaktivmaterials auf dem Anodenstromkollektor 120 gebildet wird.
Das Anodenaktivmaterial kann ein Material umfassen, das üblicherweise im Stand der Technik verwendet wird, das in der Lage sein kann, Lithiumionen zu adsorbieren und auszustoßen. Beispielsweise kann ein Material auf Kohlenstoffbasis, wie beispielsweise kristalliner Kohlenstoff, amorpher Kohlenstoff, Kohlenstoffkomplex oder Kohlenstoffaser, eine Lithiumlegierung, eine Verbindung auf Silicium(Si)-Basis, Zinn usw. verwendet werden.
Der amorphe Kohlenstoff kann einen harten Kohlenstoff, Koks, eine Mesokohlenstoff-Mikroperle (MCMB), die bei einer Temperatur von 1500°C oder weniger gebrannt wurde, eine Mesophasen-Kohlenstofffaser auf Pechbasis (MPCF) usw., enthalten. Der kristalline Kohlenstoff kann ein graphitbasiertes Material wie Naturgraphit, graphitisierte Kokse, graphitisiertes MCMB, graphitisiertes MPCF usw., enthalten. Die Lithiumlegierung kann ferner Aluminium, Zink, Wismut, Cadmium, Antimon, Silizium, Blei, Zinn, Gallium, Indium usw., enthalten
Der Anodenstromkollektor 120 kann z.B. Gold, Edelstahl, Nickel, Aluminium, Titan, Kupfer oder eine Legierung davon enthalten, und kann vorzugsweise Kupfer oder eine Kupferlegierung enthalten.
In einigen Ausführungsformen kann eine Aufschlämmung durch Mischen und Rühren des Anodenaktivmaterials mit einem Bindemittel, einem leitfähigen Material und/oder einem Dispersionsmittel in einem Lösungsmittel hergestellt werden. Die Aufschlämmung kann auf den Anodenstromkollektor 120 aufgetragen und dann getrocknet und gepresst werden, um die Anode 140 zu bilden.
Das Bindemittel und das leitfähige Mittel, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich den oben erwähnten sind, können auch in der Anode verwendet werden. In einigen Ausführungsformen kann das Bindemittel zum Bilden der Anode z.B. ein wässriges Bindemittel wie etwa Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) zur Kompatibilität mit dem Aktivmaterial auf Kohlenstoffbasis umfassen und kann zusammen mit einem Verdickungsmittel wie etwa Carboxymethylcellulose (CMC) verwendet werden.
Die Trennschicht 150 kann zwischen der Kathode 130 und der Anode 140 angeordnet sein. Die Trennschicht 150 kann einen porösen Polymerfilm umfassen, der z.B. aus einem Polymer auf Polyolefinbasis hergestellt ist, wie einem Ethylenhomopolymer, einem Propylenhomopolymer, und einem Ethylen/Buten-Copolymer, einem Ethylen/Hexen-Copolymer, einem Ethylen/Methacrylat-Copolymer oder dergleichen. Die Trennschicht 150 kann auch einen Vliesstoff umfassen, der aus einer Glasfaser mit einem hohen Schmelzpunkt, einer Polyethylenterephthalatfaser oder dergleichen gebildet ist.
In einigen Ausführungsformen kann eine Fläche und/oder ein Volumen der Anode 140 (z.B. eine Kontaktfläche mit der Trennschicht 150) größer als die der Kathode 130 sein. Somit können Lithiumionen, die von der Kathode 130 erzeugt werden, ohne Verlust, beispielsweise durch Ausfällung oder Sedimentation, leicht auf die Anode 140 übertragen werden. Somit kann eine Verbesserung der Leistung und der Stabilität durch die Kombination mit dem oben beschriebenen aktiven Kathodenmaterial effizient realisiert werden.
In beispielhaften Ausführungsformen kann eine Elektrodenzelle 160 durch die Kathode 130, die Anode 140 und die Trennschicht 150 definiert sein, und mehrere der Elektrodenzellen 160 können gestapelt sein, um eine Elektrodenanordnung, die z.B. Geleerollenform haben kann, zu bilden. Zum Beispiel kann die Elektrodenbaugruppe durch Wickeln, Laminieren oder Falten der Trennschicht 150 gebildet werden.
Die Elektrodenanordnung kann zusammen mit einem Elektrolyten in einem äußeren Gehäuse 170 untergebracht sein, um eine Lithium-Sekundärbatterie zu definieren. Als Elektrolyt kann in Ausführungsbeispielen ein nichtwässriger Elektrolyt verwendet werden.
Zum Beispiel kann die nichtwässrige Elektrolytlösung ein Lithiumsalz und ein organisches Lösungsmittel umfassen. Das üblicherweise im Elektrolyten für die Lithium-Sekundärbatterie verwendete Lithiumsalz kann verwendet werden und kann durch Li+X^- dargestellt werden.
Ein Anion des Lithiumsalzes X^- kann, z.B. F^-, Cl^-, Br, I^-, N0₃ ^-, N(CN)₂ ^-, BF₄ ^-, CIO₄ ^-, PF₆ ^-, (CF₃)₂PF₄ ^-, (CF₃)₃PF₃ ^-, (CF₃)₄PF₂ ^-, (CF₃)₅PF^-, (CF₃)₆P^-, CF₃S0₃ ^-, CF₃CF₂SO₃ ^-, (CF₃SO₂)₂N^-, (FSO₂)₂N^- CF₃CF₂(CF₃)₂CO^-, (CF₃SO₂)₂CH^-, (SF₅)₃C^-, (CF₃SO₂)₃C^-, CF₃(CF₂)₇SO₃ ^-, CF₃CO₂ ^-, CH₃CO₂ ^-, SCN^-, (CF₃CF₂SO₂)₂N^-, usw., umfassen.
Das organische Lösungsmittel kann z.B. Propylencarbonat (PC), Ethylencarbonat (EC), Diethylcarbonat (DEC), Dimethylcarbonat (DMC), Ethylmethylcarbonat (EMC), Methylpropylcarbonat, Dipropylcarbonat, Dimethylsulfoxid, Acetonitril, Dimethoxy umfassen Ethan, Diethoxyethan, Vinylencarbonat, Sulfolan, Gamma-Butyrolacton, Propylensulfit, Tetrahydrofuran usw., umfassen. Diese können allein oder in Kombination verwendet werden.
Elektrodenstreifen können von dem Kathodenstromkollektor 110 und dem Anodenelektrodenstromkollektor 120, die in jeder Elektrodenzelle enthalten sind, zu einer Seite des Außengehäuses 170 vorstehen. Die Elektrodenstreifen können mit der einen Seite des Außengehäuses 170 zusammengeschweißt sein, um eine Elektrodenleitung, die sich zu einer Außenseite des Außengehäuses 170 erstreckt oder zu dieser freiliegt, zu bilden.
Die Lithium-Sekundärbatterie kann beispielsweise in einer zylindrischen Form unter Verwendung einer Dose, einer quadratischen Form, einer Beutelform oder einer Münzform hergestellt werden.
In der Lithium-Sekundärbatterie gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann eine reversible Kapazität um 2 % bis 10 % ansteigen, wenn eine Ladespannung um 0,1V basierend auf 4,3V ansteigt.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen vorgeschlagen, um die vorliegende Erfindung konkreter zu beschreiben. Die folgenden Beispiele werden jedoch nur zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung angegeben, und der Fachmann wird offensichtlich verstehen, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb des Umfangs und Geistes der vorliegenden Erfindung möglich sind. Solche Änderungen und Modifikationen sind ordnungsgemäß in den beigefügten Ansprüchen enthalten.
Beispiel 1
Ein Lithium-Verbundoxidpartikel mit einer Einzelpartikelform und mit einer Zusammensetzung von LiNi₀.₅Co_0.2Mn_0.3O₂ mit einer Partikelgröße D₅₀ von 5,5 µm aus einer Partikelgrößenverteilungsanalyse wurde als aktives Kathodenmaterial hergestellt.
Insbesondere wurden NiSO₄, C0SO₄ und MnSO₄ in einem Verhältnis von 0,5:0,2:0,3 gemischt, wobei destilliertes Wasser verwendet wurde, aus dem gelöster Sauerstoff durch Einblasen von N₂ -Gas entfernt wurde. Die hergestellte Lösung wurde bei 45°C in einen Reaktor gegeben, und NaOH und NH₃ H₂O wurden als Fällungsmittel und Chelatbildner verwendet, um eine 12-stündige Co-Fällungsreaktion durchzuführen, um Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3(OH)₂ als Übergangsmetallvorstufe zu erhalten. Die erhaltene Vorläuferaufschlämmung wurde filtriert und 12 Stunden bei 110°C getrocknet.
Lithiumhydroxid und der Übergangsmetallvorläufer wurden in einem Verhältnis von 1,05:1 in einen trockenen Hochgeschwindigkeitsmischer zugegeben und 5 Minuten gleichmäßig gemischt. Die Mischung wurde in einen Ofen gegeben und mit einer Temperaturerhöhungsrate von 2°C/min auf 1100°C erhitzt und 10 Stunden bei 1100°C gehalten. Nach dem Sintern wurde eine natürliche Abkühlung auf Raumtemperatur durchgeführt, gefolgt von einer Pulverisierung und Klassierung, um die Lithium-Übergangsmetall-Verbundoxid-Partikel mit der Einzelteilchenform und mit der Zusammensetzung LiNi₀.₅Co_0.2Mn_0.3O₂ (umfassend Einkristalle und polykristalline Strukturen), zu bilden.
Eine Kathodenaufschlämmung wurde hergestellt unter Verwendung von Denka Black als leitfähiges Material und PVDF als Bindemittel und durch Mischen des aktiven Kathodenmaterials: des leitfähigen Materials: des Bindemittels in einem Massenverhältnis von 92:5:3. Die Kathodenaufschlämmung wurde auf ein Aluminiumsubstrat aufgetragen, getrocknet und gepresst, um eine Kathode mit einer Dichte von 3,6 g/cm³ oder höher zu bilden.
93 Gew.-% eines aktiven Anodenmaterials, das natürlichen Graphit und künstlichen Graphit in einem Gewichtsverhältnis von 50:50 enthält, 5 Gew.-% eines leitfähigen Materials vom Flockentyp KS6, 1 Gew.-% eines Styrol-Butadien-Kautschuk-(SBR)-Bindemittels und 1 Gew.-% Carboxymethylcellulose (CMC) als Verdickungsmittel wurden einer Anodenaufschlämmung zugemischt. Die Anodenaufschlämmung wurde auf ein Kupfersubstrat aufgetragen, getrocknet und gepresst, um eine Anode herzustellen.
Die wie oben beschrieben erhaltene Kathode und Anode wurden mit einer geeigneten Größe eingekerbt und gestapelt, und ein Separator (Polyethylen, Dicke: 25 µm) wurde zwischen der Kathode und der Anode angeordnet, um eine Elektrodenzelle zu bilden. Jeder Nasenabschnitt der Kathode und der Anode wurde geschweißt. Die geschweißte Kathoden-/Separator-/Anoden-Anordnung wurde in einen Beutel eingeführt, und drei Seiten des Beutels mit Ausnahme einer Elektrolyteinspritzseite wurden versiegelt. Die Laschenabschnitte wurden auch in versiegelte Abschnitte eingeschlossen. Eine nichtwässrige Elektrolytlösung wurde durch die Elektrolyteinspritzseite eingespritzt und dann wurde auch die Elektrolyteinspritzseite abgedichtet. Anschließend wurde die obige Struktur mehr als 12 Stunden imprägniert.
Nach Herstellung einer 1,0 M LiPF₆ -Lösung in einem gemischten Lösungsmittel aus EC/EMC/DEC (25/45/30; Volumenverhältnis), 1 Gew.-% Vinylencarbonat (VC), 0,5 Gew.-% 1,3-Propensulton (PRS) und 0,5 Gew.-% Lithiumbis(oxalato)borat (LiBOB) wurden aus der Elektrolytlösung zugegeben.
Eine Vorladung wurde 36 Minuten lang mit einem Strom (5A) entsprechend 0,25C durchgeführt. Nach 1 Stunde wurde eine Entgasung und Alterung für mehr als 24 Stunden durchgeführt, und dann wurde eine Formationsladung und -entladung durchgeführt (Ladebedingung: CC-CV 0,2C, 4,25V, 0,05C CUT-OFF, Entladebedingung: CC 0,2C, 2,5V CUT- OFF).
Danach wurde ein Standard-Laden und -Entladen durchgeführt (Ladebedingung: CC-CV 0,5C 4,25V 0,05C CUT-OFF, Entladebedingung: CC 0,5C 2,5V CUT-OFF).
Beispiel 2
Eine Lithium-Sekundärbatterie wurde nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass ein Lithium-Verbundoxid mit einer Zusammensetzung von LiNi_0.65C0_0.15Mn_0.2O₂ verwendet wurde.
Beispiel 3
Eine Lithium-Sekundärbatterie wurde nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass ein Lithium-Verbundoxid mit einer Zusammensetzung von LiNi_0.7C0_0.15Mn_O.15O₂ verwendet wurde.
Beispiel 4
Eine Lithium-Sekundärbatterie wurde durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass ein Lithium-Verbundoxid mit einer Zusammensetzung von LiNi_0.75Co_0.10Mn_0.15O₂ verwendet wurde.
Beispiel 5
Eine Lithium-Sekundärbatterie wurde nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass ein Lithium-Verbundoxid mit einer Zusammensetzung von LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂ verwendet wurde.
Vergleichsbeispiel 1
Eine Lithium-Sekundärbatterie wurde nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass ein Lithium-Verbundoxid mit einer Zusammensetzung von LiNi₀.₅Co_0.2Mn_0.3O₂ und mit einer Sekundärpartikelstruktur, in der Primärpartikel mit kleinen Partikeldurchmessern aggregiert wurden, verwendet.
Vergleichsbeispiel 2
Eine Lithium-Sekundärbatterie wurde durch das gleiche Verfahren wie in Vergleichsbeispiel 1 hergestellt, außer dass ein Lithium-Verbundoxid mit einer Zusammensetzung von LiNi_0.65C0_0.15Mn_0.2O₂ verwendet wurde.
Vergleichsbeispiel 3
Eine Lithium-Sekundärbatterie wurde durch das gleiche Verfahren wie in Vergleichsbeispiel 1 hergestellt, außer dass ein Lithium-Verbundoxid mit einer Zusammensetzung von LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂ verwendet wurde.
Experimentelles Beispiel
(1) XRD-Analvse
Die Lithium-Kompositoxide der Beispiele und Vergleichsbeispiele wurden durch ein XRD (Cu-Ka-Strahl, 2θ: 10° bis 120°, Abtastrate: 0,01°/Schritt) analysiert.
In einem Analysespektrum wurde ein Verhältnis einer Fläche A(003) eines Peaks von einer (003)-Ebene relativ zu einer Fläche A(104) eines Peaks von einer (104)-Ebene berechnet und unten in der Tabelle 1 gezeigt.
Ein Verhältnis einer Fläche A (104) eines Peaks aus der (104)-Ebene relativ zu einer Fläche A (105) eines Peaks aus einer (105)-Ebene wurde berechnet und unten in der Tabelle 1 gezeigt.
Jede Peakfläche wurde als Integralwert jedes Peaks berechnet.
Außerdem wurden Halbwertsbreiten der Peaks der (104)-Ebene und der (003)-Ebene gemessen und unten in der Tabelle 1 gezeigt. Eine Einheit der Halbwertsbreite ist Grad (°), was 2θ darstellt.
(2) Bewertung der Lebensdauer bei Raumtemperatur
Das Laden (CC-CV 1,0 C, 4,25V, 0,05C CUT-OFF) und das Entladen (CC 1,0C, 2,7 V CUT-OFF) wurden für die Lithium-Sekundärbatterien der Beispiele 500-mal wiederholt. Für die Sekundärbatterien der Vergleichsbeispiele wurde das Laden (CC-CV 1,0C, 4,2V, 0,05C CUT-OFF) und das Entladen (CC 1,0C, 2,7V CUT-OFF) 500-mal wiederholt.
Ein Verhältnis der Entladekapazität beim 500-ten Zyklus relativ zur Entladekapazität beim ersten Zyklus wurde als Prozentsatz (%) berechnet, um die Raumtemperatur-Lebensdauer zu bewerten, und die Ergebnisse sind unten in der Tabelle 1 gezeigt.
(3) Bewertung der Penetrationsstabilität
Nach dem Laden der Lithium-Sekundärbatterie der Beispiele (1C, 4,25V, 0,1C CUT-OFF) und dem Laden der Lithium-Sekundärbatterie der Vergleichsbeispiele (1C, 4,2V 0,1C CUT-OFF) wurden die Batterien von einem Nagel mit einem Durchmesser von 3mm mit 80 mm/s durchdrungen, um zu beurteilen, ob eine Entzündung oder Explosion nach dem folgenden Standard aufgetreten ist. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 unten gezeigt.
<Bewertungsstandard, EUCAR-Gefahrenstufe>

L1: Keine Fehlfunktion der Batterieleistung
L2: Irreversibler Schaden an der Batterieleistung
L3: Ein Gewicht des Batterieelektrolyten wurde um weniger als 50 % reduziert
L4: Ein Gewicht des Batterieelektrolyten wurde um 50% oder mehr reduziert.
L5: Es ist eine Entzündung oder Explosion aufgetreten.

	Lithium-Verbundoxid-Partikel					Ladespannung (F)	Kapazitätserhaltung bei Raumtemperatur (%; bei 500 Zyklen)	Penetrationsstabilität
	Molverhältnis von Ni (%)	Halbe Breite (003)	Halbe Breite (104)	A(003) /A(104)	A(104) /A(105)	Ladespannung (F)	Kapazitätserhaltung bei Raumtemperatur (%; bei 500 Zyklen)	Penetrationsstabilität
Beispiel 1	50	0.0670	0.1077	1.24	7.23	4.25	98	L3
Beispiel 2	65	0.0687	0.1036	1.25	7.29	4.25	93	L3
Beispiel 3	70	0.0668	0.0857	1.28	7.21	4.25	91	L3
Beispiel 4	75	0.0686	0.0808	1.22	7.25	4.25	90	L3
Beispiel 5	80	0.0712	0.102	1.30	7.05	4.25	82	L3
Vergleichs -beispiel 1	50	0.0709	0.0994	1.55	6.89	4.20	95	L3
Vergleichs -beispiel 2	65	0.0734	0.1045	1.54	6.72	4.20	88	L3
Vergleichs -beispiel 3	80	0.0917	0.1767	1.61	6.58	4.20	65	L5

Unter Bezugnahme auf die Tabelle 1 stellten die aktiven Kathodenmaterialien und die Lithium-Sekundärbatterien der Beispiele eine verbesserte Lebensdauer und Penetrationsstabilität im Vergleich zu denen der Vergleichsbeispiele bereit, die den gleichen Ni-Gehalt enthielten.
(4) Bewertung der Gaserzeugung
Nach dem Laden der Lithium-Sekundärbatterie der Beispiele auf 100% SoC (Ladezustand) (4,25V, 0,05C Cut-off) und nach dem Laden der Lithium-Sekundärbatterie der Vergleichsbeispiele auf 100% SoC (4,20V, 0,05C Cut-off) wurden die Batterien in einer 60°C-Kammer gelagert.

Die Lithium-Sekundärbatterie wurde bei jedem Lagerzeitraum (1 Woche, 2 Wochen, 4 Wochen und 8 Wochen) aus der Lagerkammer entnommen und die Gasmenge wurde unter Verwendung einer Gaschromatographie analysiert. Die Ergebnisse sind unten in der Tabelle 2 gezeigt. [Tabelle 2]

	Molverhältnis von Ni (%)	Ladespannung (V)	Gaserzeugungsmenge (ml)
			1	2	4	8
			Woche	Wochen	Wochen	Wochen
Beispiel 1	50	4.25	3.1	3.9	5.2	7.1
Beispiel 2	65	4.25	6.0	6.8	8.4	10.8
Beispiel 3	70	4.25	8.2	9.0	10.7	14.4
Beispiel 4	75	4.25	11.7	12	13.7	19.6
Beispiel 5	80	4.25	12.8	13.6	16.7	20.5
Vergleichsbeispiel 1	50	4.20	8.5	9.8	12.1	15.4
Vergleichsbeispiel 2	65	4.20	13.2	14.3	17.2	20.3
Vergleichsbeispiel 3	80	4.20	18.0	19.8	23.4	35.2

Mit Bezug auf die Tabelle 2 wurde die Gaserzeugung bei Hochtemperaturlagerung in den kathodenaktiven Materialien und den Lithium-Sekundärbatterien der bereitgestellten Beispiele im Vergleich zu denen der Vergleichsbeispiele bemerkenswert unterdrückt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 1020200128489 [0001]

Claims

Aktives Kathodenmaterial für eine Lithium-Sekundärbatterie, umfassend ein Lithium-Verbundoxid-Partikel, das Lithium und Übergangsmetalle, einschließlich einer Überschussmenge an Nickel, enthält, wobei das Lithium-Verbundoxid-Partikel die Gleichung 1 erfüllt: $1,0 \leq A (003) / A (104) \leq 1,5$
wobei in der Gleichung 1, A(003) eine Fläche eines Peaks entsprechend einer (003)-Ebene in einem Röntgenbeugungs(XRD)-Analysegraph ist, und A(104) eine Fläche eines Peaks entsprechend einer (104)-Ebene in dem XRD-Analysegraphen ist.
Aktives Kathodenmaterial für eine Lithium-Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei das Lithium-Verbundoxid-Partikel eine Einzelpartikel-Form aufweist.
Aktives Kathodenmaterial für eine Lithium-Sekundärbatterie nach Anspruch 2, wobei das Lithium-Verbundoxid-Partikel mit der Einzelpartikelform einen Partikeldurchmesser von 3 µm bis 12 µm aufweist.
Aktives Kathodenmaterial für eine Lithium-Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei ein Abstand zwischen (003)-Ebenen des Lithium-Verbundoxid-Partikels von 100 nm bis 210 nm beträgt.
Aktives Kathodenmaterial für eine Lithium-Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei eine Halbwertsbreite (FWHM) entsprechend der (003)-Ebene in dem XRD-Analysegraphen des Lithium-Verbundoxid-Partikels von 0,066° bis 0,072° beträgt.
Aktives Kathodenmaterial für eine Lithium-Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei eine Halbwertsbreite (FWHM) entsprechend der (104)-Ebene in dem XRD-Analysegraphen des Lithium-Verbundoxid-Partikels von 0,08° bis 0,108° beträgt.
Aktives Kathodenmaterial für eine Lithium-Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei A(003)/A(104) des Lithium-Verbundoxid-Partikels 1,1 bis 1,4 beträgt.
Aktives Kathodenmaterial für eine Lithium-Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei das Lithium-Verbundoxid-Partikel eine Gleichung 2 erfüllt: $7,0 \leq A (104) / A (105)$
wobei in der Gleichung 2, A(104) die Fläche des Peaks, die der (104)-Ebene im XRD-Analysegraphen entspricht, ist und A(105) eine Fläche eines Peaks ist, die einer (105)-Ebene in dem XRD-Analysegraphen entspricht.
Aktives Kathodenmaterial für eine Lithium-Sekundärbatterie nach Anspruch 8, wobei A(104)/A(105) des Lithium-Verbundoxid-Partikels von 7,0 bis 8,5 beträgt.
Aktives Kathodenmaterial für eine Lithium-Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei ein Reduktionsverhältnis einer spezifischen Oberfläche des Lithium-Verbundoxid-Partikels durch einen Druck von 2,5 Tonnen bis 3,5 Tonnen 10 bis 30 % beträgt.
Aktives Kathodenmaterial für eine Lithium-Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei ein Molverhältnis von Nickel in den Übergangsmetallen, die in dem Lithium-Verbundoxid-Partikel enthalten sind, 0,5 oder mehr beträgt.
Aktives Kathodenmaterial für eine Lithium-Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei die Übergangsmetalle des Lithium-Verbundoxid-Partikels ferner Kobalt und Mangan umfassen.
Aktives Kathodenmaterial für eine Lithium-Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei die Lithium-Verbundoxid-Partikel durch die chemische Formel 1 dargestellt werden: Li_xNi_aM_1-aOy, [Chemische Formel 1] wobei in der chemischen Formel 1, M mindestens eines von Al, Zr, Ti, Cr, B, Mg, Co, Mn, Ba, Si, Y, W und Sr ist, und 0,9 ≤ x ≤ 1,2, 1,9 ≤ y ≤ 2,1 und 0,5 ≤ a ≤ 1.
Lithium-Sekundärbatterie, umfassend: eine Kathode, die das aktive Kathodenmaterial für eine Lithium-Sekundärbatterie nach Anspruch 1 umfasst; und eine Anode, die der Kathode zugewandt ist.
Lithium-Sekundärbatterie nach Anspruch 14, wobei eine reversible Kapazität um 2% bis 10% zunimmt, wenn eine Ladespannung um 0,1V auf Grundlage von 4,3V ansteigt.