DE112007001087B4

DE112007001087B4 - Aktives Elektrodenmaterial mit hoher Stabilität und Kathode sowie elektrochemische Vorrichtung unter dessen Verwendung

Info

Publication number: DE112007001087B4
Application number: DE112007001087.8T
Authority: DE
Inventors: Sung-Kyun Chang; Eui-Yong Bang; Hee-Sang Park; Ki-Young Lee; Seong-Yong Park; Young-Kyu Hwang; Jong-San Chang; Deok-Kyu Kim; Sung-Hwa Jhung
Original assignee: Korea Research Institute of Chemical Technology KRICT; LG Chem Ltd
Current assignee: Korea Research Institute of Chemical Technology KRICT; LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2006-05-04
Filing date: 2007-05-04
Publication date: 2019-11-28
Anticipated expiration: 2027-05-05
Also published as: KR20090013841A; CA2651235C; CN101438434A; CN101438434B; JP5761725B2; KR100984591B1; JP2014013770A; DE112007001087T5; KR20070108086A; JP2009535781A; JP5450057B2; CN102916163A; CA2651235A1; WO2007129842A1

Abstract

Offenbart wird ein aktives Elektrodenmaterial, dessen Stabilität durch Einstellen einer sauren Stelle einer Oberfläche des aktiven Elektrodenmaterials verbessert wird, eine Elektrode, umfassend das aktive Elektrodenmaterial mit einer Oberfläche, die mit einer Verbindung mit einer sauren Stelle beschichtet oder mit der Verbindung mit der sauren Stelle vermischt ist, und ein Elektrodenmaterial, und eine elektrochemische Vorrichtung mit der Elektrode, unter Verbesserung ihrer Leistung. Durch Einstellen der sauren Stelle auf der Oberfläche des aktiven Elektrodenmaterials wird die Nebenreaktion mit dem Elektrolyten vermindert, und die Strukturstabilität des aktiven Elektrodenmaterials wird sichergestellt, wodurch die Leistung der Batterie verstärkt wird.

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft ein aktives Kathodenmaterial, dessen Stabilität durch Einstellen einer sauren Stelle einer Oberfläche des aktiven Kathodenmaterials verbessert ist, eine Kathode, umfassend das aktive Kathodenmaterial und eine elektrochemische Vorrichtung wie eine Lithium-Sekundärbatterie, die die Kathode aufweist, unter Verbesserung ihrer Leistung.
Stand der Technik
Weil eine Lithium-Sekundärbatterie kommerzialisiert ist, bezweckt die Entwicklung einer solchen Batterie hauptsächlich die Herstellung eines aktiven Kathodenmaterials mit elektrochemischen Eigenschaften wie hoher Kapazität, langer Lebensdauer und dgl. Zusätzlich zu den elektrochemischen Eigenschaften ist die Entwicklung des aktiven Kathodenmaterials mit verbesserter Stabilität tatsächlich erforderlich, um die Stabilität und Zuverlässigkeit eines Batteriesystems unter abnormalen Bedingungen sicherzustellen wie thermischer Beanspruchung, Brennen oder Überladung.
LiMO₂ (M ist ein Übergangsmetall, umfassend Ni, Mn, Co usw.), das in großem Umfang als aktives Kathodenmaterial der Lithium-Sekundärbatterie verwendet wird, wird mit einem Elektrolyten in einem Ladungszustand oder einem Überladungszustand reagiert, unter Erzeugung von Nebenprodukten oder eines Zusammenbruches der Struktur des aktiven Kathodenmaterials, wodurch eine Verminderung der Batterieleistung verursacht wird. Folglich haben viele Wissenschaftler Forschungen durchgeführt, um die Leistung des aktiven Materials zu erhöhen, indem die Oberfläche des aktiven Materials mit einem stabilen Oxid behandelt wird, aber sie sind nicht in der Lage, die Stabilität und Leistung im aktiven Kathodenmaterial gleichzeitig zu erhöhen.
US 2004 / 0 058 232 A1 offenbart eine negative Lithiumelektrode für eine Lithiumbatterie, die eine Lithiummetallschicht und eine Schutzschicht mit einer Organoschwefelverbindung umfasst.
US 2001 / 0 018 150 A1 stellt ein Kohlenstoffmaterial für eine negative Elektrode bereit, das in der Lage ist, die Lade-Entlade-Effizienz, die Entladekapazität, die Entladungseigenschaften und die Zyklenlebensdauer einer Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten zu verbessern.
DE 102 38 943 A1 offenbart eine Seperator-Elektroden-Einheit für Lithium-Ionen-Batterien, welche durch eine rein anorganische Seperatorschicht mit zumindest zwei Fraktionen von Metalloxidpartikeln gekennzeichnet ist.
DE 695 31 275 T2 betrifft eine Sekundärbatterie mit positiven und negativen Blatt-Elektroden, wobei das aktive Material der negativen Elektrode eine Verbindung umfasst, die eine amorphe Chalkogenverbindung und/oder eine amorphe Oxidverbindung der Elemente der Gruppen IIIA, IVA und VA des Periodensystems enthält.
US 2002 / 0 142 224 A1 offenbart ein positives aktives Material aus einem Kern aus einer lithiumhaltigen Verbindung auf dem mindestens zwei Oberflächenbehandlungsschichten gebildet sind, wobei die Oberflächenbehandlungsschicht eine Verbindung umfasst, die aus einem Hydroxid, Oxyhydroxid, Oxycarbonat, und/oder Hydroxycarbonat eines Beschichtungselements besteht, das aus Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Si, Ti, Sn, V, Ge, Ga, B und As ausgewählt ist.
US 2005 / 0 227 147 A1 offenbart ein aktives Material für eine positive Elektrode für eine Sekundärbatterie mit nichtwässrigem Elektrolyten, umfassend ein Lithium-Nickel-Mischoxid und eine Schicht, die Lithiumcarbonat, Aluminiumhydroxid und Aluminiumoxid enthält.
US 5 705 291 A offenbart eine aufladbare lithiumhaltige Interkalationsbatteriezelle mit reduzierter Selbstentladung, wobei die Oberflächen aggregierter Teilchen einer lithiumhaltigen Interkalationszusammensetzung mit einer passivierenden Schicht einer Zusammensetzung beschichtet sind, die (lithiumhaltiges) Borat, Aluminat, Silicat, oder Mischungen davon umfasst.
US 2003 / 0 082 448 A1 offenbart ein aktives Material für eine Batterie mit einer Oberflächenbehandlungsschicht, die eine Verbindung der Formel MXO_k enthält, worin M ein Alkalimetall, ein Erdalkalimetall, ein Element der Gruppe 13, ein Element der Gruppe 14, ein Übergangsmetall oder ein Element der Seltenen Erden ist, X ein Element ist, das eine Doppelbindung mit Sauerstoff bilden kann, und k ein Zahl von 1-4 ist.
Offenbarung der Erfindung
Technisches Problem
Bei der Anwendung eines konventionellen Verfahrens zur Oberflächenmodifizierung, das eine Teilchenoberfläche des aktiven Kathodenmaterials mit einer Verbindung mit niedriger Reaktivität beschichtet, haben die Erfinder festgestellt, daß die Stabilität des aktiven Kathodenmaterials sichergestellt, aber die Leistung der Batterie unvermeidbar induziert wird. Folglich kann die Beschichtung der Oberfläche des aktiven Kathodenmaterials mit einer Verbindung mit einer eingestellten Säurestärke nicht nur die Strukturstabilität des aktiven Kathodenmaterials verbessern, sondern verhindert ebenfalls die Änderung seiner physikalischen Eigenschaften, als wenn ein konventionelles Oberflächenmodifizierungsverfahren angewandt würde. Folglich haben die Erfinder versucht, ein neues Oberflächenmodifizierungsverfahren anzuwenden, das signifikant die Reaktivität mit dem Elektrolyten vermindert, um die Leistung der Batterie zu verstärken.
Technische Lösung
Ein Ziel dieser Erfindung liegt darin, ein aktives Kathodenmaterial bereitzustellen, umfassend eine saure Stelle, die auf der gesamten Oberfläche oder einem Teil der Oberfläche des aktiven Kathodenmaterials gebildet ist, worin die saure Stelle eine Brönsted-Säure oder Lewis-Säure ist, worin die saure Stelle gebildet ist durch:

(i) Behandeln der Oberfläche des aktiven Kathodenmaterials mit einem Hybrid, umfassend (i-1) eine organische Metalloidverbindung und (i-2) eine anorganische Substanz,
(ii) Trocknen des aktiven Kathodenmaterials, und
(iii) Vergüten des aktiven Kathodenmaterials bei einer Temperatur im Bereich von 100°C bis 600°C,

eine Verbindung, enthaltend ein Element der Gruppe 13, der Gruppe 14, der Gruppe 15, oder eine Mischung davon; und
worin die organische Metalloidverbindung (i-1) durch eine der folgenden Formeln 1 oder 2 dargestellt ist: Si(OR)_4-xR_x, worin 0, 1≤x≤3; [Formel 1] Si(OR)_4-(x+y)R_xZ_y, worin 0,1≤x+y≤3,9; [Formel 2] worin Z ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Halogenatomen; und R ein Substituent ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus C_1-20-Alkyl, Alkenyl-, Alkinyl-, Vinyl-, Amino- und Mercapto-Gruppe, wobei die Gruppe durch ein Halogenelement substituiert ist oder nicht.

Ein weiteres Ziel dieser Erfindung liegt in der Bereitstellung einer Kathode, umfassend das aktive Kathodenmaterial und einer elektrochemischen Vorrichtung wie eine Lithium-Sekundärbatterie, die die Kathode aufweist.
Diese Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine saure Stelle auf der gesamten Teilchenoberfläche oder einem Teil der Teilchenoberfläche eines aktiven Kathodenmaterials gebildet ist, das in der Lage ist, Lithiumionen zu interkalieren/deinterkalieren oder die Lithiumionen einzufügen/deeinzuführen, wodurch die elektrochemischen physikalischen Eigenschaften des aktiven Kathodenmaterials modifiziert werden.
Die saure Stelle ist allgemein als aktive Reaktionsstelle bekannt, die auf einem festen sauren Katalysator wie Zeolith existiert, der eine chemische Reaktion, zum Beispiel eine Zersetzungsreaktion induziert. Erfindungsgemäß bedeutet jedoch die saure Stelle einen aktiven Bereich, der eine spezifische Säurestärke an einem Oberflächen-modifizierten Bereich anzeigt, der auf der gesamten Oberfläche oder auf einem Teil der Oberfläche des aktiven Materials durch das vorliegende Oberflächenmodifizierungsverfahren gebildet ist.
Die Säurestärke wird in Abhängigkeit davon bestimmt, wie leicht ein Proton abgegeben oder ein Elektronenpaar aufgenommen wird. Folglich ist die Eigenschaft der sauren Stelle allgemein nicht mit der Oberflächenstruktur assoziiert, sondern mit der elektronischen Eigenschaft zwischen Atomen, die die Oberfläche konfigurieren.
Das aktive Kathodenmaterial mit der sauren Stelle, die auf der Oberfläche davon gebildet ist, reagiert teilweise wie ein allgemeines saures Material mit einer positiven Ladung wegen des Vorhandenseins der positiven Ladung oder eines Elektronegativitäts-Unterschiedes. Weil die Reaktion mit einer Brönsted-Säure, die als Protonendonor dient, oder einer Lewis-Säure, die als Elektronenpaarakzeptor dient, signifikant vermindert wird, kann dies die Leistung der Batterie verstärken, wobei der Grund vermutlich der folgende ist.
1) Zunächst zeigt die Oberfläche eines konventionellen aktiven Kathodenmaterials schwachbasische Eigenschaften durch das Lithium-Nebenprodukt oder die hydrophile Oberflächenbehandlung an. Demzufolge gibt es eine geringe Erkennung der sauren Stelle.
In einer Batterie unter Verwendung des aktiven Kathodenmaterials reagiert Feuchtigkeit, die in einer Elektrode oder einem Elektrolyten existiert, mit Lithiumsalz (z.B. LiPF₆), unter Erzeugung einer stark sauren HF. Die erzeugte HF reagiert spontan mit dem aktiven Kathodenmaterial, das schwach-basisch ist, zum Auflösen und Abbauen der aktiven Kathodenmaterialkomponente. Ebenso wird LiF auf einer Oberfläche einer Kathode gebildet, und ein elektrischer Widerstand erhöht sich in der Elektrode, wodurch ein Gas erzeugt und somit die Lebensdauer der Batterie verkürzt wird. Insbesondere weil eine Auflösegeschwindigkeit der Elektrode durch HF bei hoher Temperatur erhöht wird, ist HF ein Hauptfaktor bei der Lebensdauer und der Aufrechterhaltung der Batterie.
Weil im Gegensatz dazu das aktive Kathodenmaterial dieser Erfindung die saure Stelle auf der Oberfläche davon trägt, dient dies als saures Material. Demzufolge vermindert sich die Reaktion mit der stark sauren HX (X bedeutet ein HalogenElement), so daß das obige Problem im Wesentlichen gelöst wird, unter Sicherstellung der Strukturstabilität des aktiven Kathodenmaterials und Verbesserung der Leistung der Batterie.
2) Zweitens wird ein nicht-wäßriges Lösungsmittel auf Carbonatbasis als Elektrolyt für eine konventionelle Batterie verwendet. Das nicht-wäßrige Lösungsmittel auf Carbonatbasis enthält Kohlenstoff mit positiver Ladung und Sauerstoff mit negativer Ladung im Hinblick auf ein Dipolmoment, wie es unten in der Gleichung 1 angegeben wird. In diesem Beispiel greift, wenn die Lewis-Base, die in der Lage ist, ein ungepaartes Elektronenpaar abzugeben, auf der Oberfläche des aktiven Kathodenmaterials existiert, die Lewis-Base den Kohlenstoff mit der positiven Ladung an, wodurch weiterhin die elektrophile Zersetzungsreaktion des Elektrolyten aktiviert wird.
Im Gegensatz dazu ist das erfindungsgemäße aktive Kathodenmaterial mit der sauren Stelle eine Lewis-Säure, die in der Lage ist, kein ungepaartes Elektrodenpaar abzugeben, sondern das ungepaarte Elektrodenpaar aufzunehmen. Somit wird die obige Nebenreaktion mit dem Elektrolyt signifikant reduziert, wodurch die Verschlechterung der Leistung der Batterie minimiert wird.
Die saure Stelle, die auf der gesamten Oberfläche oder auf einem Teil der Oberfläche des aktiven Kathodenmaterials gemäß dieser Erfindung gebildet ist, bedeutet eine allgemeine saure Stelle, die im Stand der Technik sehr bekannt ist. Beispielsweise kann sie eine Brönsted-Säure sein, die in der Lage ist, ein Proton abzugeben (d.h. Protonendonor), oder eine Lewis-Säure sein, die in der Lage ist, ein ungepaartes Elektronenpaar aufzunehmen (d.h. Elektronenpaarakzeptor).
Die Säurestärke kann durch H₀ (Hammett-Indikator) angegeben sein und ist innerhalb eines Bereiches einstellbar, der im allgemeinen im Stand der Technik bekannt ist, beispielsweise im Bereich von -20 bis 20. Bevorzugt ist H₀ im Bereich von -10 bis 10, um so den Abbau des aktiven Kathodenmaterials zu verhindern und die Nebenreaktion mit dem Elektrolyten zu unterdrücken, und zwar durch die Einstellung der sauren Stelle.
Im Folgenden wird das Verfahren zur Herstellung einer sauren Stelle auf der Oberfläche des aktiven Kathodenmaterials anhand einer als Referenz dienenden Ausführungsform sowie einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Als Referenz dienende Ausführungsform
In dieser Ausführungsform wird die Oberfläche des aktiven Kathodenmaterials mit einer anorganischen Substanz behandelt.
Die anorganische Substanz, die auf der Oberfläche des aktiven Kathodenmaterials behandelt wird, ändert die Elektronenverteilung auf der Oberfläche des aktiven Kathodenmaterials aufgrund des Elektronegativitätsunterschiedes der Metallelemente und/oder der funktionellen Gruppe des Protonendonors, die auf der gesamten Oberfläche oder einem Teil der Oberfläche der anorganischen Substanz existieren, so daß die saure Stelle auf der Oberfläche des aktiven Kathodenmaterials gebildet wird.
Die anorganische Substanz ist im Stand der Technik sehr bekannt, beispielsweise Keramik, Metall oder eine Verbindung davon. Wenn die elektrochemische Eigenschaft der Oberfläche des aktiven Kathodenmaterials geändert wird, wenn die anorganische Substanz auf der Oberfläche existiert, ist dies nicht beschränkt. Insbesondere ist eine Verbindung mit einem Element (z.B. B, Al, Ga, In oder dgl.) der Gruppe 13, 14, 15 oder eine Mischung davon, die die Strukturstabilität der Elektrode aufgrund der Interkalation von Li verbessern kann, bevorzugt, weil sie leicht auf der Oberfläche des aktiven Kathodenmaterials aufgrund der Atomgröße dotiert wird.
Beispiele der verfügbaren anorganischen Substanzen können ein Element der Gruppe 13 und eine Verbindung des Elementes der Gruppe 13 und zumindest eines, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Erdalkalimetall, Alkalimetall, einem Element der Gruppen 14, 15, Übergangsmetall, Lanthanidenmetall und Aktinidenmetall umfassen. Als Beispiel kann die anorganische Substanz M_1-xSi_xO₂ sein (M ist zumindest ein Element, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Übergangsmetall; 0≤x≤1).
Die anorganische Substanz mit der sauren Stelle kann durch Wärmebehandlung nach Modifizieren der Oberfläche des aktiven Kathodenmaterials gebildet sein. In diesem Fall ist die Wärmebehandlungstemperatur nicht speziell beschränkt, selbst wenn sie oberhalb einer Temperatur zur Bildung der sauren Stelle liegt. Wenn eine Hydroxyl-Gruppe noch auf der Oberfläche existiert, ist es nicht möglich, eine starke Lewis-Säurestelle zu bilden. Folglich ist eine Temperatur von 400°C oder mehr bevorzugt, um die Hydroxyl-Gruppe zu eliminieren.
Die obige Korngröße und der Gehalt der anorganischen Substanz sind nicht spezifisch beschränkt und können angemessen auf den allgemeinen Bereich, der im Stand der Technik bekannt ist, eingestellt werden.
Erfindungsgemäße Ausführungsform
In der erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Oberfläche des aktiven Kathodenmaterials mit einem Hybrid einer organischen Metalloidverbindung und einer anorganischen Substanz behandelt.
Das Hybrid der organischen Metalloidverbindung und der anorganischen Substanz, die auf der Oberfläche des aktiven Kathodenmaterials behandelt ist, ändert die elektrochemische physikalische Eigenschaft der Oberfläche aufgrund des Elektronegativitätsunterschiedes zwischen der organischen Metalloidverbindung und der anorganischen Substanz, die aneinander gebunden werden und/oder der organischen Substanz, die an die organische Metalloidverbindung gebunden ist, so daß die saure Stelle auf der Oberfläche des aktiven Kathodenmaterials gebildet werden kann.
In dem Hybrid werden die organische Metalloidverbindung und die anorganische Substanz aneinander durch chemisches Binden gebunden, und eine Form und die Art der chemischen Bindung sind nicht speziell beschränkt. Beispielsweise kann dies eine kovalente Bindung oder eine kovalente koordinative Bindung sein.
Bei der Verwendung des Hybrids der organischen Metalloidverbindung und der anorganischen Substanz als Oberflächenmodifizierungsmittel des aktiven Kathodenmaterials oder der Kathode kann sich eine Hydrolysegeschwindigkeit der anorganischen Komponente (z.B. anorganischen Alkoxid-Verbindung) vermindern. Ebenso kann dies nicht nur die gleichmäßigere Oberfläche kreieren, sondern ebenfalls kontinuierlich die erzeugte Oberfläche aufrechterhalten.
Folglich kann dies die Verschlechterung der Leistung der Batterie aufgrund der erniedrigten strukturellen Stabilität des aktiven Kathodenmaterials und der kollabierten Struktur davon mit dem Fortschritt der Ladung und Entladung minimieren. Zusätzlich kann dies effektiv die elektrische Leitfähigkeit des aktiven Kathodenmaterials durch Einfügen der oberflächenmodifizierten Schicht unter Verwendung der organischen Verbindung, die in dem organisch-anorganischen Hybrid enthalten ist, verstärken.
Der organisch-anorganische Hybrid, der in der Oberfläche des aktiven Kathodenmaterials induziert ist, reagiert mit der Feuchtigkeit oder Kohlendioxid, die/das in der Luft enthalten ist, unter Erzeugung von Li-Nebenprodukten, wodurch Alterungseigenschaften verhindert werden, die die Nebenreaktion verursachen. Insbesondere ist das aktive Kathodenmaterial auf Nickelbasis, das deutlich durch Feuchtigkeit geändert wird, effektiver.
Weiterhin vermindert dies die nebenreaktive Kontaktoberfläche zwischen einer Kathode und einem Elektrolyten in einer Batterie, bestehend aus einem konventionellen aktiven Kathodenmaterial, wobei dessen Oberfläche nicht modifiziert ist, wodurch die Stabilität der Batterie verbessert wird.
Wie oben beschrieben ist eines von dem organisch-anorganischen Hybrid, der in der Lage ist, die saure Stelle auf der gesamten Teilchenoberfläche oder einem Teil der Teilchenoberfläche des aktiven Kathodenmaterials zu kreieren, eine organische Metalloidverbindung, die durch eine der folgenden Formeln 1 oder 2 dargestellt ist. Si(OR)_4-xR_x(0,1≤x≤3) [Formel 1]: Si(OR)_4-(x+y)R_xZ_y (0,1≤x+y≤3,9) [Formel 2]: worin Z ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Halogenatomen; und R ein Substituent ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus C_1-20-Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Vinyl-, Amino- und Mercapto-Gruppe, wobei die Gruppe durch ein Halogenelement substituiert oder nicht-substituiert ist.
Das andere von dem organisch-anorganischen Hybrid, der die saure Stelle auf der gesamten Teilchenoberfläche oder auf einem Teil der Teilchenoberfläche des aktiven Kathodenmaterials kreieren kann, ist eine allgemeine anorganische Substanz, die die saure Stelle aufgrund eines chemischen Bindungszahlunterschiedes zwischen der obigen organischen Metalloidverbindung und der anorganischen Substanz kreieren kann. Die anorganische Substanz gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Verbindung, die ein Element der Gruppe 13, der Gruppe 14, der Gruppe 15, oder eine Mischung davon enthält. Zur Verhinderung der Erniedrigung der Leitfähigkeit des aktiven Kathodenmaterials aufgrund der Induktion des organisch-anorganischen Hybrides ist es bevorzugt, ein leitendes Metall, Sauerstoff-haltiges leitendes Metall, Hydroxid-haltiges leitendes Metall oder eine Mischung davon zu verwenden.
Der organisch-anorganische Hybrid, bestehend aus der organischen Metalloidverbindung und der anorganischen Substanz, ist keine einfache Mischung aus einer organischen Substanz und einer anorganischen Substanz, sondern ist eine chemisch gebundene Mischung davon. Als Beispiel kann er eine Metall-organische Metalloidverbindung, eine Metalloxidorganische Metalloidverbindung (Al₂O₃-SiOCH₃) und eine Hydroxid-organische Metalloidverbindung (AlOOH-Si-CH₃) umfassen.
In der Verbindung, die die saure Stelle kreiert, kann ein Komponentenverhältnis aus der organischen Metalloidverbindung zu der anorganischen Substanz im Bereich von 0-95 Gew.% bis 5-100 Gew.% liegen.
Ebenso kann die organisch-anorganische Verbindung dieser Erfindung Additive, die allgemein bekannt sind, zusätzlich zu den obigen Komponenten enthalten.
Bezüglich des Herstellungsverfahrens für das aktive Elektrodenmaterial, umfassend eine organisch-anorganische Hybrid-Beschichtungsschicht wird die Oberfläche eines aktiven Kathodenmaterials auf der gesamten Oberfläche oder einem Teil der Oberfläche beschichtet, worin gemäß der vorliegenden Erfindung eine saure Stelle gebildet wird durch:

(i) Behandeln der Oberfläche des aktiven Kathodenmaterials mit einem Hybrid, umfassend die organische Metalloidverbindung und die anorganische Substanz,
(ii) Trocknen des aktiven Kathodenmaterials, und
(iii) Vergüten des aktiven Kathodenmaterials bei einer Temperatur im Bereich von 100°C bis 600°C.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Verfahren folgende Schritte umfassen: (i) Mischen einer Verbindung mit einer anorganischen Substanz und einer organischen Metalloidverbindung oder das Dispergieren dieser in einem Lösungsmittel und (ii) Zugeben eines aktiven Kathodenmaterials zu der Mischung oder der dispergierten Lösung und Rühren und Trocknen dieser.
Die Verbindung, die die anorganische Substanz enthält, kann als konventionelle wasserlösliche oder nicht-wasserlösliche Verbindung verwendet werden, umfassend zumindest ein oben beschriebenes Element (z.B. Alkoxid, Nitrat, Acetat oder dgl., das die obige anorganische Substanz enthält).
Das Lösungsmittel kann ein konventionelles Lösungsmittel enthalten, das im Stand der Technik in großem Umfang bekannt ist (z.B. ein organisches Lösungsmittel wie Wasser, Alkohol oder eine Mischung davon).
Das aktive Kathodenmaterial, das mit der oben hergestellten Verbindung beschichtet ist, kann als konventionelles aktives Kathodenmaterial verwendet werden, das im Stand der Technik in großem Umfang bekannt ist.
Das Verfahren zum Beschichten der Oberfläche des aktiven Kathodenmaterials mit der Verbindungslösung, gemischt mit der anorganischen Substanz und der organischen Metalloidverbindung, kann eine Lösungsmittelverdampfung, Co-Präzipitationsverfahren, Präzipitationsverfahren, Sol-Gel-Verfahren, Absorptions- und Filterverfahren, Sputterverfahren, CVD-Verfahren und andere enthalten. Unter diesen Verfahren ist ein Sprühtrocknungsverfahren bevorzugt.
Wenn die gemischte Lösung aus der organischen Metalloidverbindung und der anorganischen Substanz in das aktive Kathodenmaterial gegeben wird, werden bevorzugt 0,05 bis 20 Gew.-Teile der gemischten Lösung bezogen auf 100 Gew.-Teile des aktiven Kathodenmaterials zugegeben, was den Umfang dieser Erfindung nicht beschränkt. Wenn die gemischte Lösung übermäßig ist, existieren viele oberflächenbehandelte Schichten auf der Oberfläche des aktiven Kathodenmaterials, so daß Lithium nicht glatt zum aktiven Kathodenmaterial verschoben wird, wodurch die elektrochemische Eigenschaft davon verschlechtert wird. Wenn die gemischte Lösung zu unzureichend ist, ist die Wirkung der sauren Stelle gering.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das aktive Kathodenmaterial nach der Behandlung der Oberfläche durch ein allgemeines Verfahren getrocknet. Anschließend wird das getrocknete aktive Kathodenmaterial bei einer Wärmebehandlungstemperatur im Bereich von 100 bis 600°C vergütet. Ebenso kann die Wärmebehandlung unter Bedingungen von Atmosphäre oder Inertgas durchgeführt werden.
Das konventionelle Verfahren führt nicht zu der gewünschten Wirkung, weil die organische Substanz während des Heißfeuerungsverfahrens thermisch instabil und/oder teilweise gebrannt wird. Folglich ist die Feuerungstemperatur beschränkt. Im Gegensatz dazu wird erfindungsgemäß die thermische Instabilität der organischen Substanz durch die anorganische Komponente kompensiert, wodurch das aktive Kathodenmaterial mit der thermischen Stabilität erhalten wird. Weil dies das aktive Kathodenmaterial durch ein konventionelles Trocknungsverfahren oder ein Feuerungsverfahren mit niedriger Temperatur herstellen kann, kann dies die ökonomische Effizienz verbessern und die Masse durch Vereinfachung des Herstellungsverfahrens erzielen.
Das aktive Kathodenmaterial, hergestellt durch das obige Verfahren, ist mit der organisch-anorganischen Hybridschicht auf seiner Oberfläche versehen, worin der organisch-anorganische Hybrid die saure Stelle kreiert.
Von Experimenten kann verifiziert werden, daß die Oberfläche des aktiven Kathodenmaterials, modifiziert durch den organisch-anorganischen Hybrid, die saure Stelle aufweist (siehe 9). Insbesondere zeigt der organisch-anorganische Hybrid nicht nur den Bindungszustand der organischen Substanz und der anorganischen Substanz (siehe 7), sondern erhöht verhältnismäßig auch die Brönsted-Säurestelle der anorganischen Substanz durch eine elektronengebende Gruppe, die in der organischen Substanz in der Verbindung existiert, so daß die Säurestärke des aktiven Kathodenmaterials erhöht wird.
Diese Erfindung stellt eine Kathode bereit, umfassend das oben beschriebene aktive Kathodenmaterial. Es handelt sich bevorzugt um eine Kathode, die aufgrund von HF oder Feuchtigkeit deutlich geändert wird.
Das Verfahren zur Herstellung der Kathode, umfassend die Verbindung mit der sauren Stelle als Konstituentenkomponente der Kathode ist nicht spezifisch beschränkt, und die Kathode kann durch ein konventionelles Verfahren hergestellt werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das aktive Kathodenmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung in ein Lösungsmittel gemischt oder dispergiert, zur Bildung einer Kathodenaufschlämmung. Dann wird diese Aufschlämmung auf einen Kollektor aufgetragen, zur Herstellung der Kathode, und die Kathode wird getrocknet.
Ebenso stellt diese Erfindung eine elektrochemische Vorrichtung bereit, umfassend eine Anode, Kathode, einen Separator und einen Elektrolyten, worin eine Kathode das oben genannte aktive Kathodenmaterial oder die obige Kathode enthält.
Die elektrochemischen Vorrichtungen umfassen alle Vorrichtungen, die elektrochemische Reaktionen durchführen, und spezifische Beispiele davon umfassen alle Arten von Primär- und Sekundärbatterien, Brennstoffzellen, Solarzellen und Kondensatoren. Unter den Sekundärbatterien sind bevorzugt Lithium-Sekundärbatterien, einschließlich Lithiummetall-Sekundärbatterien, Lithiumionen-Sekundärbatterien, Lithiumpolymer-Sekundärbatterien und Lithiumionenpolymer-Sekundärbatterien.
Die elektrochemische Vorrichtung dieser Erfindung kann gemäß irgendeinem konventionellen Verfahren hergestellt werden, das im Stand der Technik bekannt ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die elektrochemische Vorrichtung durch Zwischenlegen eines porösen Separators zwischen der Kathode und der Anode innerhalb eines Batteriegehäuses und anschließendes Injizieren des Elektrolyten in das Gehäuse der elektrochemischen Vorrichtung hergestellt werden.
Der Elektrolyt und der Separator, die für die Kathode verwendet werden, sind nicht besonders beschränkt, und solche, die allgemein in der elektrochemischen Vorrichtung verwendet werden, können eingesetzt werden.
Die elektrochemische Vorrichtung (z.B. Lithium-Sekundärbatterie), hergestellt durch diese Erfindung, kann in einem Zylinder, eine Spule, Prisma oder Beutelform geformt werden, ist bezüglich der Form nicht beschränkt.
Figurenliste
Die vorgenannten und andere Ziele, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden aufgrund der folgenden detaillierten Beschreibung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlicher, worin bedeuten:

1 ein Diagramm, das eine Ladungs/Entladungskapazität einer Lithium-Sekundärbatterie zeigt, hergestellt unter Verwendung eines aktiven Kathodenmaterials des Referenzbeispiels;
2 ein Diagramm, das eine Ladungs/Entladungskapazität einer Lithium-Sekundärbatterie zeigt, hergestellt unter Verwendung eines aktiven Kathodenmaterials des erfindungsgemäßen Beispiels;
3 ein Diagramm, das eine Ladungs/Entladungskapazität einer Lithium-Sekundärbatterie zeigt, hergestellt unter Verwendung eines aktiven Kathodenmaterials von Vergleichsbeispiel 1;
4 ein Diagramm, das eine Ladungs/Entladungskapazität einer Lithium-Sekundärbatterie zeigt, hergestellt unter Verwendung eines aktiven Kathodenmaterials von Vergleichsbeispiel 2;
5 ein Diagramm, das eine Ladungs/Entladungskapazität einer Lithium-Sekundärbatterie zeigt, hergestellt unter Verwendung eines aktiven Kathodenmaterials von Vergleichsbeispiel 3;
6 ein Diagramm, das eine Ladungs/Entladungskapazität einer Lithium-Sekundärbatterie zeigt, hergestellt unter Verwendung eines aktiven Kathodenmaterials von Vergleichsbeispiel 4;
7 ein IR-Spektrometerdiagramm, das Oberflächeneigenschaftenvariatonen gemäß Temperatur und Meßbedingungen des aktiven Kathodenmaterials gemäß dem Referenzbeispiel zeigt;
8 ein IR-Spektrometerdiagramm, das Oberflächeneigenschaftenvariatonen gemäß Temperatur und Meßbedingungen des aktiven Kathodenmaterials gemäß Vergleichsbeispiel 2 zeigt; und
9 ein IR-Spektrometerdiagramm ist, das saure Stellen der aktiven Kathodenmaterialien des Referenzbeispiels, des erfindungsgemäßen Beispiels, und der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 und die Säurestärke davon zeigt.

Beispiele dieser Erfindung
Nachfolgend wird diese Erfindung in größerem Detail unter Bezugnahme auf Beispiele und Vergleichsbeispiele beschrieben. Es ist zu verstehen, daß diese Beispiele nur zur Erläuterung angegeben werden und der Umfang dieser Erfindung ist nicht hierauf beschränkt.
Referenzbeispiel
Herstellung des aktiven Kathodenmaterials
0,8 mol% Al-Isopropoxid und 0,8 mol% CH₃Si(OCH₃) wurden in 200 ml dehydratisiertem Alkohol gegeben und 18 Stunden gerührt. Danach wurden 100 g LiCoO₂ zur Mischung gegeben und die Mischung 80 Minuten gerührt. Die Mischung wurde unter Verwendung eines Vakuumfilters filtriert, unter Erhalt eines aktiven Kathodenmaterials. Das erhaltene aktive Kathodenmaterial wurde in einem Vakuumofen bei 130°C getrocknet, unter Herstellung eines aktiven Materials mit einer behandelten Oberfläche.
Herstellung der Kathode
Das hergestellte aktive Kathodenmaterial, ein leitendes Mittel und ein Bindemittel wurden in ein NMP-Lösungsmittel in einem Verhältnis von 95:2,2:2,5 zur Herstellung einer Kathodenaufschlämmung gegeben. Nach Auftragen der Aufschlämmung auf eine Al-Folie mit 20 µm wurde die Folie in einem Vakuumofen bei 130°C zur Herstellung einer Kathode getrocknet.
Herstellung einer Lithium-Sekundärhalbzelle
Nachdem die erhaltene Elektrode durch ein Walzverfahren verarbeitet war, unter Erhalt einer Porosität von 25 %, wurde sie zu einer Münzform zur Erzeugung einer münzförmigen Batterie gestanzt. Dann wurde eine Gegenelektrode aus Li-Metall erzeugt und ein Elektrolyt, worin 1M LiPF₆ in einem Lösungsmittel mit EC und EMC in einem Verhältnis von 1:2 gelöst war, wurde verwendet.
Erfindungsgemäßes Beispiel
Ein aktives Kathodenmaterial wurde durch das gleiche Verfahren wie bei dem Referenzbeispiel erhalten, mit der Ausnahme, daß das getrocknete aktive Material zusätzlich bei 300°C vergütet wurde. Dann wurde ein aktives Kathodenmaterial, eine Kathode unter Verwendung des aktiven Kathodenmaterials und eine münzförmige Batterie mit der Kathode durch das gleiche Verfahren wie bei dem Referenzbeispiel hergestellt.
Vergleichsbeispiel 1
Ein aktives kathodenmaterial wurde unter Verwendung des gleichen Verfahrens wie bei dem Referenzbeispiel erhalten, mit der Ausnahme, daß das aktive Kathodenmaterial nur unter Verwendung von Al-Isopropoxid zusätzlich bei 400°C vergütet wurde. Dann wurde ein aktives Kathodenmaterial, eine Kathode unter Verwendung des aktiven Kathodenmaterials und eine münzförmige Batterie mit der Kathode durch das gleiche Verfahren wie bei dem Referenzbeispiel hergestellt.
Vergleichsbeispiel 2
Eine Kathode und eine münzförmige Batterie mit der Kathode wurden durch das gleiche Verfahren wie bei dem Referenzbeispiel hergestellt, mit der Ausnahme, daß konventionelles LiCoO₂ als aktives Kathodenmaterial anstelle des aktiven Kathodenmaterials mit einer behandelten Oberfläche verwendet wurde.
Vergleichsbeispiel 3
Ein aktives Kathodenmaterial wurde durch das gleiche Verfahren wie bei dem Referenzbeispiel hergestellt, mit der Ausnahme, daß das aktive Kathodenmaterial nur durch Verwendung von Al-Isopropoxid hergestellt wurde. Dann wurde ein aktives Kathodenmaterial, eine Kathode unter Verwendung des aktiven Kathodenmaterials und eine münzförmige Batterie mit der Kathode durch das gleiche Verfahren wie bei dem Referenzbeispiel hergestellt.
Vergleichsbeispiel 4
Ein aktives Kathodenmaterial wurde durch das gleiche Verfahren wie bei dem Referenzbeispiel hergestellt, mit der Ausnahme, daß das aktive Kathodenmaterial nur durch Verwendung von CH₃Si(OCH₃)₃ hergestellt wurde. Dann wurde ein aktives Kathodenmaterial, eine Kathode unter Verwendung des aktiven Kathodenmaterials und eine münzförmige Batterie mit der Kathode durch das gleiche Verfahren wie bei dem Referenzbeispiel hergestellt.
Experimentelles Beispiel 1: Analyse der physikalischen Oberflächeneigenschaften des aktiven Kathodenmaterials
Das folgende Experiment wurde zur Analyse der physikalischen Eigenschaften des oberflächenmodifizierten aktiven Kathodenmaterials durchgeführt.
Ein aktives Kathodenmaterial mit einer Oberfläche, modifiziert durch die organisch-anorganische Verbindung, erhalten durch das Referenzbeispiel, wurde als Probe verwendet, und ein konventionelles aktives Kathodenmaterial (d.h. LiCoO₂) wurde als Kontrolle verwendet.
Die obigen aktiven Kathodenmaterialien wurden jeweils bei Raumtemperatur und Atmosphäre, Raumtemperatur und Vakuum, 50°C und Vakuum, 100°C und Vakuum, 200°C und Vakuum und 300°C und Vakuum unter Verwendung eines IR-Spektrometers beobachtet. Als Ergebnis trat eine Alkyl-Gruppe (-CH₂CH₃), die in der Nähe von 2800 bis 3000 cm^-1 auftritt, in dem aktiven Kathodenmaterial von Vergleichsbeispielen 2 und 3 nicht auf (siehe 8), aber eine Alkyl-Gruppe tritt in dem aktiven Kathodenmaterial des Referenzbeispiels auf (siehe 7). Daher kann verifiziert werden, daß der Hybrid aus der organischen und der anorganischen Substanz in dem oberflächenmodifizierten Material existiert, das in dem aktiven Kathodenmaterial dieser Erfindung vorliegt.
Experimentelles Beispiel 2: Analyse bezüglich der sauren Stelle des Kathodenmaterials
Das folgende Experiment wurde durchgeführt, zur Analyse der Oberflächeneigenschaften des oberflächenmodifizierten aktiven Kathodenmaterials.
Ein aktives Kathodenmaterial mit einer Oberfläche, modifiziert durch den organisch-anorganischen Hybrid, erhalten durch das Referenzbeispiel, und das aktive Kathodenmaterial mit einer Oberfläche, modifiziert durch die anorganische Substanz mit der sauren Stelle, erhalten bei Vergleichsbeispiel 1 wurden als Proben verwendet, und ein konventionelles aktives Kathodenmaterial (d.h. LiCoO₂), erhalten durch Vergleichsbeispiel 2 und das aktive Kathodenmaterial mit einer Oberfläche, modifiziert nur durch die anorganische Substanz oder die organische Substanz, jeweils erhalten durch die Vergleichsbeispiele 3 bzw. 4 wurden als Kontrollen verwendet.
Die obigen aktiven Kathodenmaterialien wurden mit einer CH₃CN-Verbindung absorbiert, und dann wurden die sauren Stellen davon durch Verwendung eines IR-Spektrometers vermessen. Weil die CH₃CN-Verbindung eine basische Verbindung mit einem ungepaarten Elektrodenpaar ist und somit durch Neutralisierung mit der Verbindung mit der sauren Stelle oberflächenabsorbiert ist, kann eine Peak-Änderung im IR-Spektrum auftreten. Folglich kann die Säurestärke der Verbindung mit der sauren Stelle gemessen werden.
Als experimentelle Ergebnisse zeigten das aktive Kathodenmaterial von Vergleichsbeispiel 2 unter Verwendung eines konventionellen aktiven Kathodenmaterials, das aktive Kathodenmaterial von Vergleichsbeispiel 3 unter Verwendung des aktiven Kathodenmaterials mit der Oberfläche, die nur durch die anorganische Substanz modifiziert ist, und das aktive Kathodenmaterial von Vergleichsbeispiel 4 unter Verwendung des aktiven Kathodenmaterials, dessen Oberfläche nur durch die organische Substanz modifiziert war, keine spezielle Änderung bei den IR-Daten. Im Gegensatz wurde gemäß dem aktiven Kathodenmaterial von Vergleichsbeispiel 1, dessen Oberfläche nur durch die anorganische Substanz mit der sauren Stelle modifiziert war, und das aktive Kathodenmaterial des Referenzbeispiels, dessen Oberfläche durch den Hybrid aus der organisch-anorganischen Verbindung modifiziert war, der Peak für eine Nitril-Gruppe in der Nähe von 2200 bis 2400 cm^-1 festgestellt. Somit wurde verifiziert, daß die saure Stelle an der Oberfläche des aktiven Kathodenmaterials gebildet wird (siehe 9).
Bei einem Vergleich des aktiven Kathodenmaterials von Vergleichsbeispiel 1, dessen Oberfläche nur durch die gleiche anorganische Substanz modifiziert war, mit dem aktiven Kathodenmaterial von Vergleichsbeispiel 3, trägt insbesondere das aktive Kathodenmaterial nicht zur Bildung der sauren Stelle bei, obwohl das aktive Kathodenmaterial von Vergleichsbeispiel 3 die Seitenreaktion mit dem Elektrolyten verhindert, wodurch die Leistung der Batterie verschlechtert wird (siehe 5). Jedoch wird die Leistung der Batterie unter Verwendung des aktiven Kathodenmaterials mit der sauren Stelle gemäß Vergleichsbeispiel 1 vergrößert (siehe 3). Somit wurde verifiziert, daß die Bildung der sauren Stelle ein Faktor ist, der mit der Leistung der Batterie assoziiert ist.
Experimentelles Beispiel 3: Auswertung der Leistung der Lithiumsekundärbatterie
Das folgende Experiment wurde zur Bewertung der Leistung der Lithium-Sekundärbatterie durchgeführt, hergestellt unter Verwendung des aktiven Kathodenmaterials mit einer sauren Stelle an seiner Oberfläche gemäß dieser Erfindung.
Die münzförmigen Batterien gemäß dem Referenzbeispiel, dem erfindungsgemäßen Beispiel und dem Vergleichsbeispiel 1, die durch Verwendung des aktiven Kathodenmaterials mit der sauren Stelle hergestellt waren, wurden untersucht. Die münzförmigen Batterien der Vergleichsbeispiele 2 bis 4 wurden als entsprechende Proben untersucht, wobei die Oberfläche nicht modifiziert war oder die Oberfläche nur durch die anorganische oder die organische Substanz modifiziert war.
Jede Probe wurde einem Ladungs/Entladungszyklus durch konstanten Strom und konstante Spannung (CC/CV) in dem Ladungs/Entspannungsbereich von 3 bis 4,5 V bei einer Stromdichte von 0,5C und einer Temperatur von 50°C unterworfen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in den 1 bis 6 als Ladungs/Entladungsdiagramm für jeden Zyklus dargestellt.
Als Testergebnisse waren in den Batterien des Referenzbeispiels, des erfindungsgemäßen Beispiels und des Vergleichsbeispiels 1, die durch Verwendung des aktiven Kathodenmaterials mit der sauren Stelle hergestellt waren, die Ladungs/Entladungseffizienzen mit dem Verstreichen des Zyklus aufrechterhalten. Mit anderen Worten ist zu verstehen, daß die Zyklus-Charakteristiken deutlich verstärkt sind (siehe 1 bis 3). In den Batterien der Vergleichsbeispiele 2 bis 4, die unter Verwendung des aktiven Kathodenmaterials ohne saure Stelle an der Oberfläche hergestellt waren, ist zu verstehen, daß die Ladungs/Entladungseigenschaft erniedrigt sind (siehe 4 bis 6).
Während diese Erfindung im Zusammenhang dessen beschrieben worden ist, was gegenwärtig als das praktischste und am meisten bevorzugte Ausführungsbeispiel angesehen wird, ist zu verstehen, daß diese Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele und Zeichnungen beschränkt ist. Im Gegensatz ist es beabsichtigt, verschiedene Modifizierungen und Variationen innerhalb des Rahmens und des Umfangs der beigefügten Ansprüche abzudecken.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie aufgrund des oben genannten ersichtlich ist, wird durch Einstellen der sauren Stelle an der Oberfläche des aktiven Kathodenmaterials die Nebenreaktion des aktiven Kathodenmaterials mit dem Elektrolyten vermindert und die Strukturstabilität des aktiven Kathodenmaterials wird sichergestellt, wodurch die Leistung der Batterie verstärkt wird.

Claims

Aktives Kathodenmaterial, umfassend eine saure Stelle, die auf der gesamten Oberfläche oder einem Teil der Oberfläche des aktiven Kathodenmaterials gebildet ist, worin die saure Stelle eine Brönsted-Säure oder Lewis-Säure ist, worin die saure Stelle gebildet ist durch: (i) Behandeln der Oberfläche des aktiven Kathodenmaterials mit einem Hybrid, umfassend (i-1) eine organische Metalloidverbindung und (i-2) eine anorganische Substanz, (ii) Trocknen des aktiven Kathodenmaterials, und (iii) Vergüten des aktiven Kathodenmaterials bei einer Temperatur im Bereich von 100°C bis 600°C, worin die anorganische Substanz (i-2) umfasst: eine Verbindung, enthaltend ein Element der Gruppe 13, der Gruppe 14, der Gruppe 15, oder eine Mischung davon; und worin die organische Metalloidverbindung (i-1) durch eine der folgenden Formeln 1 oder 2 dargestellt ist: [Formel 1] Si(OR)4-xRx, worin 0,1≤x≤3; Si(OR)_4-(x+y)R_xZ_y, worin 0,1≤x+y≤3,9; [Formel 2] worin Z ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Halogenatomen; und R ein Substituent ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus C_1-20-Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Vinyl-, Amino- und Mercapto-Gruppe, wobei die Gruppe durch ein Halogenelement substituiert ist oder nicht.
Aktives Kathodenmaterial nach Anspruch 1, worin die Stärke der Säurestärke im Bereich von -10 bis 10, ausgedrückt als Hammett-Indikator (H₀), ist.
Aktives Kathodenmaterial nach Anspruch 1, worin die saure Stelle, die auf der gesamten Oberfläche oder einem Teil der Oberfläche des aktiven Kathodenmaterials gebildet ist, aufgrund eines Elektronegativitätsunterschiedes von Metallelementen und/oder einer funktionellen Gruppe des Protonendonors, die auf der gesamten Oberfläche oder einem Teil der Oberfläche der anorganischen Substanz existieren, gebildet ist.
Aktives Kathodenmaterial nach Anspruch 1, worin die saure Stelle, die auf der gesamten Oberfläche oder einem Teil der Oberfläche des aktiven Kathodenmaterials gebildet ist, aufgrund eines Elektronegativitätsunterschiedes zwischen der organischen Metalloidverbindung (i-1) und der anorganischen Substanz (i-2), die aneinander gebunden sind, und/oder der organischen Substanz gebildet ist, die an die organische Metalloidverbindung gebunden ist.
Aktives Kathodenmaterial nach Anspruch 1, worin die organische Metalloidverbindung (i-1) zumindest eine Elektronen-Donor-Gruppe umfasst.
Aktives Kathodenmaterial nach Anspruch 1, worin der Gehalt des Hybrides, umfassend die organische Metalloidverbindung (i-1) und die anorganische Substanz (i-2), 0,05 bis 20 Gew.-Teile der Mischung bezogen auf 100 Gew.-Teile des aktiven Kathodenmaterials ist.
Kathode, umfassend das aktive Kathodenmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.
Elektrochemische Vorrichtung, umfassend eine Anode, eine Kathode, einen Separator und einen Elektrolyten, worin die Kathode das aktive Kathodenmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 umfasst, oder die Kathode gemäß Anspruch 7 ist.
Elektrochemische Vorrichtung nach Anspruch 8, worin die elektrochemische Vorrichtung eine Lithium-Sekundärbatterie ist.