复合正极活性材料、包括其的正极和锂电池、以及制备所述复合正极活性材料的方法技术

复合正极活性材料、包括其的正极和锂电池、以及制备所述复合正极活性材料的方法。所述复合正极活性材料具有：芯，所述芯包括多个一次颗粒、设置在所述多个一次颗粒的相邻一次颗粒之间的晶界，所述多个一次颗粒包括具有层状晶体结构的含镍的第一锂过渡金属氧化物；以及在所述芯上的壳，所述壳包括具有尖晶石晶体结构的第二锂过渡金属氧化物，其中所述晶界包括具有尖晶石晶体结构的第一成分。

Composite cathode active material, including its cathode and lithium battery, and method for preparing the composite cathode active material

Composite cathode active material, including its cathode and lithium battery, and method for preparing the composite cathode active material. The composite cathode active material has a core comprising a plurality of primary particles, a grain boundary between adjacent primary particles of the plurality of primary particles, a plurality of primary particles comprising a first lithium transition metal oxide containing nickel with a layered crystal structure, and a shell on the core comprising a second lithium transition metal with a spinel crystal structure. The oxide, in which the grain boundary includes a first component having a spinel crystal structure.

【技术实现步骤摘要】
复合正极活性材料、包括其的正极和锂电池、以及制备所述复合正极活性材料的方法对相关申请的交叉引用本申请要求于2017年6月30日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2017-0083607的优先权和权益、以及由其产生的所有权益，将其内容全部引入本文中作为参考。
本公开内容涉及复合正极活性材料、包括所述复合正极活性材料的正极和锂电池、以及制备所述复合正极活性材料的方法。
技术介绍
为了实现多种装置的小型化和高性能，除了锂电池的小型化和重量减轻之外，高的能量密度正变得重要。即，锂电池的高的容量正变得重要。具有高的容量的正极活性材料已经被研究以制造具有上述特性的锂电池。由于高的残余表面锂的量和由阳离子混合引起的副反应，基于镍的正极活性材料可导致差的寿命特性和差的热稳定性。因此，对于在包括基于镍的正极活性材料的同时可防止电池性能的恶化的方法存在需要。
技术实现思路
提供复合正极活性材料，其能够通过抑制在所述复合正极活性材料的表面上和在所述复合正极活性材料内部的副反应来防止电池性能的恶化。提供包括所述复合正极活性材料的正极。提供包括所述正极的锂电池。提供制备所述复合正极活性材料的方法。额外的方面将部分地在随后的描述中阐明且部分地将由所述描述明晰，或者可通过所呈现的实施方式的实践获悉。根据一个实施方式的方面，复合正极活性材料包括：芯，所述芯包括多个一次颗粒和设置在所述多个一次颗粒之中的相邻一次颗粒之间的晶界，所述多个一次颗粒包括具有层状晶体结构的含镍的第一锂过渡金属氧化物；以及在所述芯上的壳，所述壳包括具有尖晶石晶体结构的第二锂过渡金属氧化物，其中所述晶界包括具有尖晶石晶体结构的第一成分。根据一个实施方式的方面，正极包括所述复合正极活性材料。根据一个实施方式的方面，锂电池包括所述正极。根据一个实施方式的方面，制备复合正极活性材料的方法包括：提供包括具有尖晶石晶体结构的第二锂过渡金属氧化物的前体的溶液；将所述溶液和具有层状晶体结构的含镍的第一锂过渡金属氧化物混合以制备混合物；将所述混合物干燥以制备干燥产物；和将所述干燥产物热处理以制备所述复合正极活性材料。附图说明由结合附图考虑的实施方式的以下描述，这些和/或其它方面将变得明晰和更容易理解，其中：图1A为局部地显示复合正极活性材料的实施方式的内部结构的示意图；图1B为复合正极活性材料的实施方式的示意性横截面图；图2为强度(任意单位，a.u.)对衍射角(度，2θ)的图，其显示在实施例1-3以及对比例1和2中制备的复合正极活性材料的X-射线衍射(“XRD”)分析的结果；图3为强度(任意单位)对拉曼位移(cm-1)的图，其显示在实施例1-4和对比例1中制备的复合正极活性材料的拉曼分析的结果；图4A-4C为经由高角环形暗场(“HAADF”)扫描透射电子显微镜法(“STEM”)和能量色散X-射线光谱法(“EDS”)获得的在对比例1中制备的复合正极活性材料的横截面的图像；图5A-5E为在对比例2中制备的复合正极活性材料的表面的HAADFSTEM和EDS图像；图6A-6F为在实施例3中制备的复合正极活性材料的表面的HAADFSTEM和EDS图像；图7A和7B为在50次充电/放电循环之前和之后的在对比例1中制备的复合正极活性材料的横截面的扫描电子显微镜图像；图8A和8B为在50次充电/放电循环之前和之后的在实施例3中制备的复合正极活性材料的横截面的扫描电子显微镜图像；和图9为锂电池的实施方式的示意图。具体实施方式现在将对实施方式详细地进行介绍，其实例说明于附图中，其中相同的附图标记始终指的是相同的元件。在这点上，本实施方式可具有不同的形式且不应被解释为限于本文中阐明的描述。因此，下面仅通过参考附图描述实施方式以说明方面。表述例如“的至少一个(种)”当在要素列表之前或之后时，修饰整个要素列表而不修饰所述列表的单独要素。由于本专利技术构思容许多种变化和许多实施方式，因此将在附图中说明具体实施方式且在书面描述中详细地描述具体实施方式。然而，这不意图将本专利技术构思限于具体的实践模式，且将理解，在本专利技术构思中包括不背离精神和技术范围的所有变化、等同物和替代物。如本文中使用的，术语“和/或”包括相关列举项目的一个或多个的任何和全部组合。本说明书中使用的术语仅用于描述具体实施方式，且不意图限制本专利技术构思。以单数使用的表述涵盖复数表述，除非在上下文中其具有明确不同的含义。在本说明书中，将理解，术语例如“包括”、“具有”和“包含”意图表明在说明书中公开的特征、数量、步骤、动作、部件(组分)、零件(部分)、或其组合的存在，且不意图排除如下可能性：一种或多种另外的特征、数量、步骤、动作、部件(组分)、零件(部分)、或其组合可存在或者可被添加。为了说明的方便，附图中的若干个层和区域的厚度可被放大。在整个说明书中，附图中的相同的附图标记表示相同的元件。在整个说明书中，将理解，当一个部件例如层、膜、区域或板被称为“在”另外的部件“上”时，所述部件可直接在所述另外的部件上或者在其上可存在中间部件。在整个说明书中，尽管像“第一”、“第二”等这样的术语可用于描述各种部件(组分)，但这样的部件(组分)不应限于以上术语。以上术语仅用于将一个部件(组分)区别于另外的。如本文中使用的“约”或“大约”包括所陈述的值且意味着在如由本领域普通技术人员考虑到所讨论的测量和与具体量的测量有关的误差(即，测量系统的限制)而确定的对于具体值的可接受的偏差范围内。例如，“约”可意味着相对于所陈述的值的偏差在一种或多种偏差范围内，或者在±30％、20％、10％、或5％范围内。除非另外定义，在本文中所使用的所有术语(包括技术和科学术语)的含义与本公开内容所属领域的普通技术人员通常理解的相同。将进一步理解，术语，例如在常用字典中定义的那些，应被解释为其含义与它们在本公开内容和相关领域的背景中的含义一致，并且将不以理想化或过度形式的意义进行解释，除非在本文中清楚地如此定义。在本文中参照作为理想化实施方式的示意图的横截面图描述示例性实施方式。这样，将预计到作为例如制造技术和/或公差的结果的与图的形状的偏差。因而，本文中描述的实施方式不应解释为限于如本文中所示的区域的具体形状，而是包括由例如制造所导致的形状上的偏差。例如，图示或描述为平坦的区域可典型地具有粗糙的和/或非线性的特征。此外，所图示的尖锐的角可被圆化。因而，图中所示的区域在本质上是示意性的，并且它们的形状不意图图示区域的精确形状，且不意图限制本权利要求的范围。C倍率意指将使电池在一小时内放电的电流，例如，具有1.6安-时的放电容量的电池的C倍率将为1.6安。在下文中，将详细地描述根据实例实施方式的复合正极活性材料、其制备方法、以及包括所述复合正极活性材料的正极和锂电池。根据实施方式，复合正极活性材料包括：芯，所述芯包括多个一次颗粒和设置在彼此相邻的多个一次颗粒之间的晶界，所述多个一次颗粒包括具有层状晶体结构的含镍的第一锂过渡金属氧化物；以及设置在所述芯上的壳，其中所述壳包括具有尖晶石晶体结构的第二锂过渡金属氧化物，和其中所述晶界包括具有尖晶石晶体结构的第一成分。参照图1A和1B，复合正极活性材料300包括：芯100，芯100包括多个一次颗粒10和设置在多个一次颗粒10的相邻一次本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.复合正极活性材料，包括：芯，其包括多个一次颗粒，所述多个一次颗粒包括具有层状晶体结构的含镍的第一锂过渡金属氧化物，和在所述多个一次颗粒的相邻一次颗粒之间的晶界；以及在所述芯上的壳，所述壳包括具有尖晶石晶体结构的第二锂过渡金属氧化物，其中所述晶界包括具有尖晶石晶体结构的第一成分。

【技术特征摘要】
2017.06.30 KR 10-2017-00836071.复合正极活性材料，包括：芯，其包括多个一次颗粒，所述多个一次颗粒包括具有层状晶体结构的含镍的第一锂过渡金属氧化物，和在所述多个一次颗粒的相邻一次颗粒之间的晶界；以及在所述芯上的壳，所述壳包括具有尖晶石晶体结构的第二锂过渡金属氧化物，其中所述晶界包括具有尖晶石晶体结构的第一成分。2.如权利要求1所述的复合正极活性材料，其中所述第一成分包括至少一种不同于镍的过渡金属，和其中在所述晶界中的至少一种不同于镍的过渡金属的浓度大于在所述多个一次颗粒内的至少一种不同于镍的过渡金属的浓度。3.如权利要求2所述的复合正极活性材料，其中所述至少一种不同于镍的过渡金属包括Mn、Co、Fe、或其组合。4.如权利要求1所述的复合正极活性材料，其中在所述芯的相邻一次颗粒之间的晶界的至少50％包括所述第一成分。5.如权利要求1所述的复合正极活性材料，其中在所述芯内在横截面中所述晶界是直线的。6.如权利要求1所述的复合正极活性材料，其中所述晶界排列在与所述相邻一次颗粒的一个相邻一次颗粒的表面平行的方向上，和其中所述晶界的方向不同于所述芯的最近表面的切线的方向。7.如权利要求1所述的复合正极活性材料，其中所述芯包括第一晶界和第二晶界，其中所述第一晶界和所述第二晶界直接位于所述多个一次颗粒的同一一次颗粒上，和其中所述第一晶界和所述第二晶界以由所述一次颗粒的形状决定的角度交叉。8.如权利要求1所述的复合正极活性材料，其中所述芯包括与所述多个一次颗粒相邻的多个晶界，其中所述多个晶界各自排列在与相邻一次颗粒的表面平行的方向上，和其中所述多个晶界中的晶界排列在彼此不同的方向上。9.如权利要求1所述的复合正极活性材料，其中多个晶界具有在50纳米-1000纳米范围内的平均长度和在1纳米-200纳米范围内的平均厚度，其中所述长度的方向与相邻一次颗粒的表面平行，和其中所述厚度的方向与相邻一次颗粒的表面垂直。10.如权利要求1所述的复合正极活性材料，其中所述第一成分包括基于1摩尔的所述第一成分的0.1摩尔-1.3摩尔的锂，基于1摩尔的所述第一成分的1.7摩尔-2.3摩尔的过渡金属，和基于1摩尔的所述第一成分的3.7摩尔-4.3摩尔的氧。11.如权利要求1所述的复合正极活性材料，其中所述第一成分与所述第二锂过渡金属氧化物相同。12.如权利要求1所述的复合正极活性材料，其中所述尖晶石晶体结构具有立体对称。13.如权利要求12所述的复合正极活性材料，其中所述尖晶石晶体结构属于空间群。14.如权利要求1所述的复合正极活性材料，其中所述晶界进一步包括第二成分，和其中所述第二成分包括锂过渡金属氧化物、不含锂的过渡金属氧化物、或其组合。15.如权利要求14所述的复合正极活性材料，其中所述第二成分具有无定形结构、层状结构、尖晶石结构、多价阴离子晶体结构、或其组合。16.如权利要求1所述的复合正极活性材料，其中所述第一锂过渡金属氧化物包括0.1摩尔-1.3摩尔的锂、0.7摩尔-0.99摩尔的镍、0.01摩尔-0.3摩尔的不同于镍的过渡金属、和1.7摩尔-2.3摩尔的氧，基于1摩尔的所述第一锂过渡金属氧化物。17.如权利要求1所述的复合正极活性材料，其中所述第一锂过渡金属氧化物由式1表示：式1LiaMO2其中，在式1中，M包括镍和至少一种非镍的4族-13族元素，镍的量在70摩尔％到小于100摩尔％的范围内，基于M的总含量，和0.9≤a≤1.1。18.如权利要求1所述的复合正极活性材料，其中所述第一锂过渡金属氧化物由式2表示：式2LiaNibM1cM2dM3eO2其中，在式2中，M1、M2和M3不同且各自...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴光镇，高东秀，闵敬民，郑昌勋，崔棅珍，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR