用于锂二次电池的正极活性材料、其制造方法及包括其的锂二次电池技术

本公开内容涉及用于锂二次电池的正极活性材料、其制造方法以及包括其的锂二次电池，所述正极活性材料包括锂镍复合氧化物，其中所述锂镍复合氧化物的单元晶格的c轴晶格参数满足下式1：[式1]

Positive active materials for lithium secondary batteries, their manufacturing methods and lithium secondary batteries included therein

The present disclosure relates to cathode active materials for lithium secondary batteries, their manufacturing methods and lithium secondary batteries including the cathode active materials including lithium-nickel composite oxides, in which the c-axis lattice parameters of the unit lattice of the lithium-nickel composite oxides satisfy the following formula 1:[Form 1]

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于锂二次电池的正极活性材料、其制造方法及包括其的锂二次电池
本公开内容涉及用于锂二次电池的正极活性材料、其制造方法以及包括其的锂二次电池。
技术介绍
近来，移动信息终端设备的小型化和轻量化已经迅速发展，并且要求作为其驱动电源的锂二次电池具有更高的容量。此外，随着混合动力车或电动车的市场扩大，为了使用锂二次电池作为其驱动电源或电力储存电源，已经积极地进行了研究。这样的锂二次电池的正极活性材料可包括具有能够嵌入锂离子的结构的包含锂和过渡元素的氧化物，例如LiCoO2、LiMn2O4、或LiNi1-xCoxO2(0<x<1)。
技术实现思路
技术问题本公开内容的一种实施方式提供用于锂二次电池的正极活性材料，其具有高容量和优异的循环寿命特性。本公开内容的另一实施方式提供制备所述正极活性材料的方法。本公开内容的另一实施方式提供包括所述正极活性材料的锂二次电池。技术方案在一方面，本公开内容提供用于锂二次电池的正极活性材料，其包括锂镍复合氧化物，其中所述锂镍复合氧化物的单元晶格的晶格参数满足式1。[式1]在另一方面，本公开内容提供制造用于锂二次电池的正极活性材料的方法，其包括：将镍前体和锂前体混合以制备混合物并初次烧制所述混合物；将初次烧制的产物粉碎并将其洗涤；干燥经洗涤的初次烧制的产物；以及二次烧制经干燥的初次烧制的产物；其中进行所述洗涤，使得经粉碎的初次烧制的产物和洗涤水的比率为0.5:1至1:10。在另一方面，本公开内容提供锂二次电池，其包括：包括所述正极活性材料的正极、包括负极活性材料的负极、以及电解质。有利效果根据本公开内容的实施方式的用于锂二次电池的正极活性材料和根据所述制备方法制造的正极活性材料可具有高容量并且可提供具有循环寿命特性的锂二次电池。附图说明图1是显示根据本公开内容的实施方式的锂二次电池的结构的示意图。图2是显示根据实施例1-10和对比例1-6的正极活性材料的c轴晶格参数的图。图3是显示根据实施例1的正极活性材料的x射线衍射的图。图4是显示根据对比例1的正极活性材料的x射线衍射的图。图5是图4的在2θ＝27度(°)至39度(°)范围内的放大图。具体实施方式在下文中将参照附图更全面地描述本专利技术，使得本领域普通技术人员可容易地进行实施方式。然而，本专利技术可以许多不同的形式体现并且不被解释为限于本文中阐述的实例实施方式。另外，除非明确地相反描述，否则词语“包括(包含)”将理解为是指包括所陈述的要素，但不排除任何其它要素。存在若干种用于锂二次电池中的正极活性材料，并且在它们当中，使用锂钴氧化物即LiCoO2的正极活性材料是目前最广泛使用的。然而，使用钴锂氧化物的正极活性材料可由于钴的不均匀分布和稀缺而导致制备成本的增加，且因此难以稳定地供应所述正极活性材料。为了解决这个问题，已经进行了多种研究以应用钴的替代材料，例如，试图开发单独地或复合地使用低成本镍(Ni)或锰(Mn)代替昂贵的钴的正极活性材料。其中，已经积极地研究了镍(Ni)基复合氧化物作为如下的材料：其能够克服限制如材料(如LiCoO2、LiNiO2、Li2MnO3等)的成本、稳定性和容量。在这方面，所述镍(Ni)基复合氧化物在其中一个锂原子离开的充电反应中如在Ni2+→Ni4++2e中那样反应产生两个电子，使得存在如下优点：与产生仅一个电子的其它元素如钴(Co)、锰(Mn)等相比，随着镍(Ni)含量增加，容量增加。然而，在镍(Ni)基复合氧化物的情况下，保留在表面上的锂的量大，并且当其应用于锂二次电池时，循环特性可劣化，稳定性可降低，并且无法长时间使用它。因此，本专利技术的专利技术人进行了研究以实现在使用镍(Ni)基复合氧化物作为用于锂二次电池的正极活性材料的同时具有高容量和优异的循环寿命特性的锂二次电池，且结果，当所述正极活性材料的晶格参数c值满足预定范围时，可实现上述目的，并且已经实施了本公开内容的实施方式。更特别地，根据本专利技术的实施方式的用于锂二次电池的正极活性材料包括锂镍复合氧化物，并且所述锂镍复合氧化物的单元晶格的c轴晶格参数由式1表示。[式1]在式1中，c轴晶格参数可大于或等于且小于或等于且更特别地大于或等于且小于或等于当所述锂镍复合氧化物的c轴晶格参数满足该范围时，可改善包括所述单元晶格的晶格(晶体点阵)的结构稳定性。更特别地，当本公开内容的正极活性材料中的镍复合氧化物的表面上存在的残余锂的量通过洗涤过程而降低时，所述锂镍复合氧化物的单元晶格的c轴可满足以上范围。在这种情况下，通过在充电和放电时重复嵌入/脱嵌锂离子，施加至晶体结构的应变可降低。因此，即使当大量锂离子从所述锂钴氧化物脱嵌时，晶体结构也可为稳定化的。在本公开内容中，c轴晶格参数可通过X射线Rietveld精修而测定。另一方面，所述锂镍复合氧化物可包括设置在锂镍复合氧化物的表面上的锂化合物。在此，包括在所述锂化合物中的锂的量可小于或等于0.25重量份、和更特别地0.05重量份至0.15重量份，基于100重量份所述正极活性材料。当设置在所述锂镍复合氧化物的表面上的锂化合物中包括的锂的量满足以上数值范围时，可改善锂二次电池的循环寿命特性并且可实现具有优异的电化学特性的锂二次电池。其中在所述量范围内的锂存在于所述锂镍复合氧化物的表面上的正极活性材料可通过如下获得：在合成所述锂镍复合氧化物之后，在洗涤过程中适当地控制洗涤条件。后面将描述使用洗涤过程制造所述正极活性材料的方法。设置在所述锂镍复合氧化物的表面上的锂化合物可为Li2CO3、LiOH或其组合。另一方面，所述锂镍复合氧化物可由化学式1表示。[化学式1]Lip(NixCoyMez)O2在化学式1中，0.9≤p≤1.1，0.8≤x≤0.9，0<y≤0.3，0<z≤0.3，x+y+z＝1，且Me为Al、Mn、Mg、Ti和Zr的至少一种。当使用具有高的镍量的含镍的锂金属氧化物如由化学式1表示的锂金属氧化物作为正极活性材料时，可实现高容量锂二次电池。更特别地，根据本公开内容的锂金属氧化物中的镍的量可大于或等于0.8且小于或等于0.9，如化学式1中所证实的。当所述锂金属氧化物中的镍的量满足该范围时，可实现具有高容量和循环寿命特性的锂二次电池。另外，考虑到所述正极活性材料的制造方法和成本，化学式1的Me可合乎期望地为Al或Mn。本公开内容的正极活性材料在X射线衍射(XRD)测量中在2θ＝25度(°)至38度(°)范围内不具有除(101)面的衍射峰之外的其它衍射峰。换句话说，本公开内容的锂金属氧化物呈现R-3m晶体结构，即，菱形(菱方)晶体结构，且因此，在X射线衍射(XRD)测量中，在(003)面的衍射峰和(101)面的衍射峰之间不出现其它另外的相。在本说明书中，X射线衍射测量是使用CuKα射线作为靶射线的测量。所述正极活性材料的XRD测量中在2θ＝25度(°)至38度(°)处的除(101)面的衍射峰之外的衍射峰表示杂质例如Co3O4的形成。当所述正极活性材料包括杂质时，其不是电化学活性材料并且因此不对电池的容量做贡献。此外，这样的杂质可充当电阻增加的原因，因为它们降低锂离子在所述正极活性材料的表面上的迁移速率，并且可劣化电池的容量和循环寿命特性。然而，可理解，根据本公开内容的正极活性材料将呈现更加改善的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于锂二次电池的正极活性材料，其包括锂镍复合氧化物，其中所述锂镍复合氧化物的单元晶格的晶格参数满足式1：[式1]

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.06 KR 10-2016-01146311.用于锂二次电池的正极活性材料，其包括锂镍复合氧化物，其中所述锂镍复合氧化物的单元晶格的晶格参数满足式1：[式1]2.如权利要求1所述的用于锂二次电池的正极活性材料，其中所述锂镍复合氧化物包括设置在锂镍复合氧化物的表面上的锂化合物，且包括在所述锂化合物中的锂的量小于或等于0.25重量份，基于100重量份所述正极活性材料。3.如权利要求2所述的用于锂二次电池的正极活性材料，其中包括在所述锂化合物中的锂的量为0.05重量份至0.15重量份，基于100重量份所述正极活性材料。4.如权利要求2所述的用于锂二次电池的正极活性材料，其中所述锂化合物包括Li2CO3、LiOH或其组合。5.如权利要求1所述的用于锂二次电池的正极活性材料，其中所述锂镍复合氧化物由化学式1表示：[化学式1]Lip(NixCoyMez)O2(在化学式1中，0.9≤p≤1.1，0.8≤x≤0.9，0<y≤0...

【专利技术属性】
技术研发人员：李台会，金东辰，金民汉，金一奭，朴度炯，朴晙皙，林沃奎，全圭兰，崔田真，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR