正极活性物质、制备方法及锂二次电池技术

本申请公开了一种用于锂二次电池的正极活性物质，一种制备所述正极活性物质的方法及一种包括所述正极活性物质的锂二次电池。所述正极活性物质包括核部分和壳部分，两部分都包括镍基复合氧化物，且所述核部分的镍含量大于所述壳部分的镍含量。

【技术实现步骤摘要】
正极活性物质、制备方法及锂二次电池本申请是申请日为2012年12月7日，申请号为201210523903.9，专利技术名称为“正极活性物质、制备方法及锂二次电池”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术的一个或多个实施方式涉及用于锂二次电池的正极活性物质、其制备方法和包括所述正极活性物质的锂二次电池。
技术介绍
具有代表性的可再充电二次电池为铅-酸电池、镍氢电池、锂二次电池等。具体地，锂二次电池没有如果未完全放电时就充电会损失能量容量的记忆效果；由于锂为所有金属中最轻的，因此锂二次电池具有高的每单位重量能量密度；锂二次电池还具有比镍基电池的三倍还多的3.6V的电动势；且锂二次电池容易小型化。由于这些特性，锂二次电池被广泛用于移动产品、笔记本电脑、电动工具等，也预计未来将用于混合动力车辆(HEV)中。锂二次电池包括正电极、负电极、隔板和电解液。当对锂二次电池充电时，锂离子从正电极解嵌，然后移动到负电极。另一方面，当对锂二次电池放电时，锂离子从负电极解嵌并返回正电极。就这一点而言，电极或电解液不会经历化学反应。目前，锂钴氧化物，即LiCoO2(下文中表示为“LCO”)被最广泛地用作锂二次电池的正极活性物质。然而，由于钴源的地区分布和缺乏的问题，制造成本增加且钴源的稳定供给困难。为了解决这些问题，已经积极地进行了寻找代替钴材料的材料研究。镍基复合氧化物，如镍-锰-钴(NMC)为克服这些例如LCO、LNO(LiNiO2)或LMO(Li2MnO3)的材料的限制(如成本、稳定性、容量等)的备选材料，并且最近已经积极地进行了对于备选材料的研究。然而，已知的镍基复合氧化物具有不令人满意的容量和稳定性，因此仍然存在改善的空间。
技术实现思路
本专利技术的一个或多个实施方式包括改善的正极活性物质。本专利技术的一个或多个实施方式包括用于锂二次电池的正极活性物质，所述锂二次电池具有高容量和填充密度并且热稳定。本专利技术的一个或多个实施方式包括制备所述正极活性物质的方法。本专利技术的一个或多个实施方式包括含所述正极活性物质的锂二次电池。本专利技术的一个或多个实施方式包括所述正极活性物质的前体。其他方面将部分阐释于以下说明中，且在一定程度上从说明书中可显而易见，或者可以通过实施列举的实施方式而被认识到。根据本专利技术的一个或多个实施方式，用于锂二次电池的正极活性物质包括核部分和壳部分，所述两个部分都包含由下式1表示的镍基复合氧化物。<式1>Lia[NixCoyMnz]O2其中0.8≤a≤1.2，0.05≤x≤0.9，0.1≤y≤0.8，0.1≤z≤0.8且x+y+z＝1。所述核部分中镍的含量大于所述壳部分中的镍含量，且所述核部分包含针状颗粒。根据本专利技术的一个或多个实施方式，制备用于锂二次电池的正极活性物质的方法包括：将包含镍盐、钴盐和锰盐的第一前体溶液和第一碱混合以制备第一混合物并引发第一混合物中的反应以获得沉淀物的第一过程，向所述沉淀物中加入包含镍盐、钴盐和锰盐的第二前体溶液和第二碱以获得第二混合物并引发第二混合物中的反应以获得复合金属氢氧化物的第二过程，和将所述复合金属氢氧化物与锂盐混合以获得第三混合物，并对所述第三混合物进行热处理以制备所述正极活性物质。将所述第一前体溶液中镍的含量调整为大于所述第二前体溶液中镍的含量。根据本专利技术的一个或多个实施方式，锂二次电池包括所述正极活性物质。根据本专利技术的一个或多个实施方式，用于锂二次电池的正极活性物质前体包括由下式2表示的镍基复合氢氧化物和针状颗粒：<式2>NixCoyMnzOH其中0.05≤x≤0.9，0.1≤y≤0.8，0.1≤z≤0.8且x+y+z＝1。所述核部分前体具有开放的孔和弯曲的表面结构。附图说明通过结合附图参考以下详细说明，对于本专利技术更全面的理解及其预期的众多优点将更为明显也易于更好的理解，在附图中附图标记表示相同或相似的部件，其中：图1为被理解为根据本专利技术的原理的实施方式的锂二次电池的正极活性物质的横截面示意图；图2为说明被理解为根据本专利技术的原理的实施方式的锂二次电池结构的示意图；图3至5为根据制备例1制备的核前体和核-壳前体的扫描电子显微(SEM)图；图6为显示了根据制备例1、对比制备例1和对比制备例2制备的正极活性物质的差示扫描热量法结果的曲线图；且图7为说明了根据本专利技术的原理的实施方式制备用于锂二次电池正极活性物质的方法流程图。具体实施方式现将详细参考实施方式，其中的实施例在附图中说明，其中，全文中相同的附图标记代表相同的元件。就这一点而言，本专利技术可具有不同的形式，且不应被理解为限制为此处所做出的说明。相应地，以下所述的实施方式仅为了通过引用附图叙述专利技术，以解释说明书的某些方面。如文中所使用的，术语“和/或”包括列举的相关项目的一个或多个的任意结合和所有结合。如“至少一种”这样的表述，当处于一系列元件之前时，修饰的是全部系列的要素，而并非修饰系列中个别的要素。图1为被理解为根据本专利技术的原理的实施方式的锂二次电池的正极活性物质10的横截面示意图。参见图1，锂二次电池的正极活性物质10具有由核部分11和壳部分13组成的两层结构。尽管没有在图1中表示，核部分和/或包括核部分和壳部分的正极活性物质是由针状颗粒组成的。针状颗粒的存在可以通过扫描电子显微镜证实。参见图1，核部分11可以具有弯曲的表面或不弯曲的表面。如图1中所示，壳部分13覆盖核部分11。核部分11和壳部分13都包括由下式1表示的镍基复合氧化物：<式1>Lia[NixCoyMnz]O2其中0.8≤a≤1.2，0.05≤x≤0.9，0.1≤y≤0.8，0.1≤z≤0.8，且x+y+z＝1。基于100重量份的正极活性物质10，核部分11和壳部分13的含量可以分别在约40-90重量份和约10-60重量份的范围内。核部分11包括的镍的量大于壳部分13包括的镍含量。核部分11中的镍含量可在约50-90mol％的宽范围内，且在本专利技术的其他实施方式中可在约60-90mol％的范围内，而壳部分13中的镍含量可以在约5-49mol％的范围内。在一个实施方式中，核部分11中的镍含量可以在约60-80mol％的范围内，而壳部分13中的镍含量可以在约45-55mol％的范围内。含有相对大量的镍的正极活性物质10的核部分11可有助于提高锂二次电池的容量，而含有相对少量的镍的正极活性物质10的壳部分13会有助于增加锂二次电池的稳定性。由于同电解质溶液接触的壳部分13具有少量的镍，因此会防止由壳部分13与电解质溶液间的反应引起的热稳定性损害。核部分11具有带开放的孔的多孔结构，因此增加了核部分11和壳部分13之间的接触面积，由此使得核部分11和壳部分13不会完全分离。同核部分与壳部分完全分离的常用活性颗粒相比，核部分11和壳部分13之间接触面积的增加以及具有同活性颗粒表面类似表面的核部分11的存在会更加有助于增加锂二次电池的容量。在一个实施方式中，核部分11或核部分11的前体可以具有开放的孔和弯曲的表面结构。在一个实施方式中，壳部分13可以具有渗透到核部分11开放的孔内的部分。根据本专利技术的一个实施方式，用于锂二次电池的正极活性物质前体包括由下式2表示的镍基复合氢氧化物：&本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于锂二次电池的正极活性物质，所述正极活性物质包含：核部分和壳部分，所述核部分和壳部分两者均包含由下式1表示的镍基复合氧化物的：

【技术特征摘要】
2011.12.07 KR 10-2011-01304711.一种用于锂二次电池的正极活性物质，所述正极活性物质包含：核部分和壳部分，所述核部分和壳部分两者均包含由下式1表示的镍基复合氧化物的：<式1>Lia[NixCoyMnz]O2其中0.8≤a≤1.2，0.05≤x≤0.9，0.1≤y≤0.8，0.1≤z≤0.8且x+y+z＝1，其中，所述核部分中镍的含量大于所述壳部分中的镍含量，且所述核部分包含针状颗粒。2.如权利要求1所述用于锂二次电池的正极活性物质，其中所述核部分或所述核部分的前体具有开放的孔。3.如权利要求1所述用于锂二次电池的正极活性物质，其中所述核部分或所述核部分的前体具有弯曲的表面结构。4.如权利要求1所述用于锂二次电池的正极活性物质，其中所述壳部分按以下方式形成：所述壳部分渗透入所述核部分的开放的孔中。5.如权利要求1所述用于锂二次电池的正极活性物质，其中基于100重量份的所述正极活性物质，所述核部分的含量在40至90重量份的范围内，且基于100重量份的所述正极活性物质，所述壳部分的含量在10至60重量份的范围内。6.如权利要求1所述用于锂二次电池的正极活性物质，其中所述核部分包含LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2，且所述壳部分包含LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。7.如权利要求1所述用于锂二次电池的正极活性物质，其中所述核部分中的镍含量在50至90mol％的范围内，所述壳部分中的镍含量在5至49mol％的范围内。8.如权利要求1所述用于锂二次电池的正极活性物质，其中所述核部分的直径在1至20μm的范围内，所述壳部分的直径在5至10μm的范围内。9.一种制备用于锂二次电池的正极活性物质的方法，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：金民汉，朴度炯，金志炫，李政燮，金昶赫，权善英，金润昶，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR