正极活性物质、其制备方法及包含其的锂二次电池技术

本发明专利技术提供正极活性物质。上述正极活性物质包含镍、钴、锰或铝中的至少一种、锂及添加金属，上述添加金属包含与镍、钴、锰及铝不同的元素，上述添加金属的含量平均小于2摩尔百分比。

Positive active material, preparation method and lithium secondary battery containing it

The invention provides a positive active material. The cathode active material contains at least one of the nickel, cobalt, manganese or aluminium, lithium and additive metals. The additive metals contain elements different from nickel, cobalt, manganese and aluminium. The average content of the additive metals is less than 2 mole percent.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】正极活性物质、其制备方法及包含其的锂二次电池
本申请涉及正极活性物质、其制备方法及包含其的锂二次电池。
技术介绍
随着智能手机、MP3播放器、平板电脑等便携式移动电子设备的发展，对于可储存电能的二次电池的需求暴增。尤其，随着电动汽车、中大型能量储存系统及需要高能量密度的便携式设备的上市，对于锂二次电池的需求逐日增加。随着对于这种锂二次电池的需求的增加，进行着对于锂二次电池所使用的正极活性物质的研究开发。例如，在韩国专利公开公报10-2014-0119621(申请号10-2013-0150315)中公开了如下二次电池，即，利用通过NiαMnβCoγ-δAδCO3(A为选自由B、Al、Ga、Ti及In组成的组中的一种或2种以上，α为0.05至0.4，β为0.5至0.8，γ为0至0.4，δ为0.001至0.1)表示的锂过量正极活性物质制备用前体来调节在前体置换的金属的种类及组成，通过调节所添加的金属的种类及添加量来制备出具有高电压容量及长寿命特性的二次电池。
技术实现思路
技术问题本申请所要解决的一技术问题在于，提供高可靠性的正极活性物质、其制备方法及包含其的锂二次电池。本申请所要解决的再一技术问题在于，提供高容量的正极活性物质、其制备方法及包含其的锂二次电池。本申请所要解决的另一技术问题在于，提供长寿命的正极活性物质、其制备方法及包含其的锂二次电池。本申请所要解决的还有一技术问题在于，提供热稳定性得到提高的正极活性物质、其制备方法及包含其的锂二次电池。本申请所要解决的技术技术问题并不局限于上述内容。解决问题的方案用于解决上述技术问题的本申请提供正极活性物质。根据一实施例，上述正极活性物质可包含镍、钴、锰、或铝中的至少一种、锂及添加金属，上述添加金属可包含与镍、钴、锰及铝不同的元素，上述添加金属的含量可平均小于2摩尔百分比，镍、钴、锰、或铝中的至少一种可在粒子的内部发生浓度变化。根据一实施例，镍、钴、锰、或铝中的至少一种可在整个上述粒子中具有浓度梯度。根据一实施例，上述添加金属可在整个粒子中具有恒定的浓度。根据一实施例，上述粒子可包括核部及包围上述核部的壳部，在上述核部及上述壳部中的一个中，镍、钴、锰、或铝中的至少一种可具有浓度梯度，在上述核部及上述壳部中的另一个中，镍、钴、锰、或铝中的至少一种的浓度可以恒定。根据一实施例，镍、钴、锰、或铝中的至少一种可在上述粒子的内部发生浓度梯度变化。根据一实施例，上述正极活性物质可包括晶系(crystalsystem)互不相同的第一晶体结构及第二晶体结构，可根据上述添加金属的含量来调节上述第一晶体结构及上述第二晶体结构的比率。根据一实施例，上述第一晶体结构可以为立方晶系(cubic)晶体结构，上述第二晶体结构可以为三方晶系(trigonal或rhombohedral)晶体结构，随着上述添加金属的含量的增加，上述第一晶体结构可以增加。根据一实施例，上述添加金属可包含钨、钼、锆、铌、钽、钛、铷、铋、镁、锌、镓、钒、铬、钙、锶或锡中的至少一种。根据一实施例，上述正极活性物质可包括晶系互不相同的第一晶体结构及第二晶体结构，上述正极活性物质可包括：第一部分，上述第一晶体结构的比率大于上述第二晶体结构的比率；以及第二部分，上述第二晶体结构的比率大于上述第一晶体结构的比率，上述正极活性物质可包含镍、钴、锰、或铝中的至少一种、锂及添加金属，上述添加金属可包含与镍、钴、锰、或铝不同的元素，镍、钴、锰、或铝中的至少一种可在粒子的内部发生浓度变化。根据一实施例，上述第一部分可包围上述第二部分的至少一部分。根据一实施例，上述正极活性物质可包括：多个一次粒子；以及二次粒子，由多个上述一次粒子凝集而成，在多个上述一次粒子中的至少一个同时包括上述第一晶体结构及上述第二晶体结构。根据一实施例，同时包括上述第一晶体结构及上述第二晶体结构的上述一次粒子可设置于上述第一部分及上述第二部分的边界。为了解决上述技术问题，本专利技术提供正极活性物质的制备方法。根据一实施例，上述正极活性物质的制备方法可包括：准备包含镍、钴、锰、或铝中的至少一种的第一基础水溶液、包含镍、钴、锰、或铝中的至少一种的浓度与上述第一基础水溶液的浓度不同的第二基础水溶液以及包含添加金属的添加水溶液的步骤；向反应器提供上述第一基础水溶液、上述第二基础水溶液及上述添加水溶液并通过调节上述第一基础水溶液及上述第二基础水溶液的比率来制备在包含镍、钴、锰、或铝中的至少一种的金属氢氧化物掺杂有上述添加金属的正极活性物质前体的步骤；以及对上述正极活性物质前体及锂盐进行烧成来制备在包含镍、钴、锰、或铝中的至少一种及锂的金属氧化物以少于2摩尔百分比的含量掺杂有上述添加剂金属的正极活性物质的步骤，上述正极活性物质前体中的镍、钴、锰、或铝中的至少一种可在粒子的内部发生浓度变化。根据一实施例，根据上述添加金属的掺杂浓度来调节上述正极活性物质前体及上述锂盐的烧成温度。专利技术的效果本专利技术实施例的正极活性物质包含镍、钴、锰、或铝中的至少一种、锂及添加金属，镍、钴、锰、或铝中的至少一种在粒子的内部发生浓度变化，上述添加金属包含与镍、钴、锰及铝不同的元素。上述添加金属(例如，钨)的含量平均小于2摩尔百分比。由此，可提供具有高容量及长寿命，且热稳定性得到提高的高可靠性的正极活性物质。附图说明图1为用于说明本专利技术实施例的正极活性物质的图；图2为示出图1所示的本专利技术实施例的正极活性物质的A-B剖面的图；图3为用于说明本专利技术实施例的变形例的正极活性物质的图；图4为用于说明包含在本专利技术实施例的正极活性物质中的一次粒子的图；图5为本专利技术的比较例1的正极活性物质的透射电镜晶体取向和晶相分布自动分析系统(ASTAR)的图像；图6为本专利技术的实施例7的正极活性物质的透射电镜晶体取向和晶相分布自动分析系统的图像；图7为本专利技术的比较例1的正极活性物质的能谱仪(EDS)映射数据(充电/放电之前)；图8为本专利技术实施例7的正极活性物质的能谱仪映射数据(充电/放电之前)；图9为本专利技术的比较例1的正极活性物质的能谱仪映射数据(充电/放电之后)；图10为本专利技术实施例7的正极活性物质的能谱仪映射数据(充电/放电之后)；图11为本专利技术比较例1的正极活性物质的扫描电子显微镜(SEM)图像；图12为本专利技术实施例7的正极活性物质的扫描电子显微镜图像；图13为本专利技术实施例10的正极活性物质的扫描电子显微镜图像；图14为本专利技术实施例2、实施例7、比较例1的正极活性物质的X射线衍射(XRD)结果数据；图15为测定本专利技术实施例2、实施例7、实施例10、实施例12及比较例2的正极活性物质的充电/放电特性的图表；图16为测定本专利技术的实施例2、实施例7及实施例10、实施例12及比较例1的正极活性物质的容量维持特性的图表；图17为测定本专利技术实施例7及比较例1的正极活性物质的容量维持特性的图表；图18为测定本专利技术比较例1的正极活性物质的电化学阻抗谱(EIS)的图表；图19为测定本专利技术实施例7的正极活性物质的电化学阻抗谱的图表；图20至图23为测定本专利技术的实施例2、实施例7、实施例10及3及比较例1的正极活性物质的微分容量的图表；图24为测定本专利技术的实施例1至4及比较例1的正极活性物质的充电/放电特性的图表；图25为测定本专利技术实施例1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正极活性物质，其特征在于，包含镍、钴、锰、或铝中的至少一种、锂及添加金属，上述添加金属包含与镍、钴、锰及铝不同的元素，上述添加金属的含量平均小于2摩尔百分比，镍、钴、锰、或铝中的至少一种在粒子的内部发生浓度变化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.08 KR 10-2016-0043718;2017.02.17 KR 10-2011.一种正极活性物质，其特征在于，包含镍、钴、锰、或铝中的至少一种、锂及添加金属，上述添加金属包含与镍、钴、锰及铝不同的元素，上述添加金属的含量平均小于2摩尔百分比，镍、钴、锰、或铝中的至少一种在粒子的内部发生浓度变化。2.根据权利要求1所述的正极活性物质，其特征在于，镍、钴、锰、或铝中的至少一种在整个上述粒子中具有浓度梯度。3.根据权利要求1所述的正极活性物质，其特征在于，上述添加金属在整个粒子中具有恒定的浓度。4.根据权利要求1所述的正极活性物质，其特征在于，上述粒子包括核部及包围上述核部的壳部，在上述核部及上述壳部中的一个中，镍、钴、锰、或铝中的至少一种具有浓度梯度，在上述核部及上述壳部中的另一个中，镍、钴、锰、或铝中的至少一种的浓度恒定。5.根据权利要求1所述的正极活性物质，其特征在于，镍、钴、锰、或铝中的至少一种在上述粒子的内部发生浓度梯度变化。6.根据权利要求1所述的正极活性物质，其特征在于，包括晶系互不相同的第一晶体结构及第二晶体结构，根据上述添加金属的含量来调节上述第一晶体结构及上述第二晶体结构的比率。7.根据权利要求5所述的正极活性物质，其特征在于，上述第一晶体结构为立方晶系晶体结构，上述第二晶体结构为三方晶系晶体结构，随着上述添加金属的含量的增加，上述第一晶体结构增加。8.根据权利要求1所述的正极活性物质，其特征在于，上述添加金属包含钨、钼、锆、铌、钽、钛、铷、铋、镁、锌、镓、钒、铬、钙、锶或锡中的至少一种。9.一种正极活性物质，其特征在于，包括晶系互不相同的第一晶体结构及第二晶体结构，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：宣良国，朴康浚，金云赫，
申请(专利权)人：汉阳大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：韩国,KR