正极活性物质、其制备方法、含其的正极和锂二次电池技术

本发明专利技术公开了正极活性物质、其制备方法、含其的正极和锂二次电池，所述正极活性物质包括具有至少两个一次颗粒的附聚物的至少一种二次颗粒。在所述正极活性物质中，所述二次颗粒包括基于镍的锂过渡金属氧化物，各一次颗粒的平均粒径在约3-约5μm的范围内，所述二次颗粒包括选自如下的至少一种：具有在约5μm-约8μm范围内的平均粒径的小颗粒和具有在约10μm-约20μm范围内的平均粒径的大颗粒，和在X-射线衍射(XRD)光谱分析中，(003)峰的半宽度在约0.120-约0.125°的范围内。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了正极活性物质、其制备方法、含其的正极和锂二次电池，所述正极活性物质包括具有至少两个一次颗粒的附聚物的至少一种二次颗粒。在所述正极活性物质中，所述二次颗粒包括基于镍的锂过渡金属氧化物，各一次颗粒的平均粒径在约3-约5μm的范围内，所述二次颗粒包括选自如下的至少一种：具有在约5μm-约8μm范围内的平均粒径的小颗粒和具有在约10μm-约20μm范围内的平均粒径的大颗粒，和在X-射线衍射(XRD)光谱分析中，(003)峰的半宽度在约0.120-约0.125°的范围内。【专利说明】正极活性物质、其制备方法、含其的正极和锂二次电池 相关申请 本申请要求2013年7月8日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请 No. 10-2013-0079896的权益，其公开内容通过参考全部引入本文中。
本专利技术涉及正极活性物质、制备所述正极活性物质的方法、包括其的正极和锂二 次电池。
技术介绍
随着对紧凑且高性能的装置的趋势，小的、重量轻的且具有高的能量密度的锂电 池的制造已变得重要。锂电池在高容量、高温和高电压下的稳定性是重要的关心之事，尤其 是对于在电动车中的应用。 已经考虑多种正极活性物质制造用于那些应用的锂电池。 与LiCo02相比，包括镍（Ni)、钴（Co)和锰（Μη)的基于镍的锂过渡金属氧化物材 料可提供高的每单位重量的放电容量。然而，基于镍的锂过渡金属氧化物材料具有每单体 体积的低的混合密度和低的容量。因此，在锂二次电池中，用在正极中的基于镍的锂过渡金 属氧化物具有低的放电容量。另外，当使用基于镍的锂过渡金属氧化物材料制造锂二次电 池并使其在高电压下运行时，所述锂二次电池的稳定性还可为有问题的。 因此，为了提供高容量的锂二次电池，需要可提高基于镍的锂过渡金属氧化物的 混合密度和热稳定性并提高正极的混合密度的方法。另外，当在高电压下使用时可提高寿 命和电池稳定性的方法是必要的。
技术实现思路
所公开的技术的一个方面包括正极活性物质。 所公开的技术的另一方面涉及包括所述正极活性物质的正极。 所公开的技术的另外的方面涉及包括所述正极的锂二次电池。 所公开的技术的另一方面涉及制备所述正极活性物质的方法。 在一些实施方式中，提供正极活性物质，其包括至少一种具有至少两个一次颗粒 的附聚物的二次颗粒，其中所述二次颗粒包括基于镍的锂过渡金属氧化物，各一次颗粒 的平均粒径在3 μ m-5 μ m的范围内，所述二次颗粒包括选自如下的至少一种：具有在约 5μπι-约8μπι范围内的平均粒径的小颗粒和具有在约10 μ m-约20 μ m范围内的平均粒径 的大颗粒，和在X-射线衍射（XRD)光谱分析中，（003)峰的半宽度在约0. 120° -约0. 125° 的范围内。 在一些实施方式中，提供包括上述正极活性物质的正极。 在一些实施方式中，提供包括上述正极的锂二次电池。 在一些实施方式中，提供制备正极活性物质的方法，所述方法包括通过对基于镍 的过渡金属氧化物前体在约400°C -约600°C范围内的温度下进行第一热处理而获得基于 镍的过渡金属氧化物；和将所述基于镍的过渡金属氧化物和锂前体混合成具有1. 05或更 大的锂相对于所述过渡金属的摩尔比，并对其在1，〇〇〇°C -约1，050°C的温度下进行第二热 处理。 【专利附图】【附图说明】 图1A为说明锂二次电池的示意图。 图1B为根据制备实施例2在进行第一热处理之后的镍过渡金属氧化物的扫描电 子显微镜（SEM)图像。 图1C为根据制备实施例1的正极活性物质的SEM图像。 图1D为根据制备实施例2的正极活性物质的SEM图像。 图2A为根据制备对比例1的正极活性物质的SEM图像。 图2B为根据制备对比例2的正极活性物质的SEM图像。 图2C为根据制备对比例3的正极活性物质的SEM图像。 图2D为根据制备对比例4的正极活性物质的SEM图像。 图3A-3D为显示根据制备实施例1以及制备对比例1和2的正极活性物质的X-射 线衍射（XRD)的分析结果的图。 图4为显示根据制备实施例1和制备对比例3的正极活性物质的差示扫描量热法 (DSC)的分析结果的图。 图5为显示在对根据实施例1以及对比例3和4的硬币单元电池进行完全充电之 后在85°C的温度下根据时间的体积变化的图。 图6A为在施加4吨的压力之前的根据制备实施例1的正极活性物质的SEM图像。 图6B为在施加4吨的压力之后的根据制备实施例1的正极活性物质的SEM图像。 图7A为在施加4吨的压力之前的根据制备对比例1的正极活性物质的SEM图像。 图7B为在施加4吨的压力之后的根据制备对比例1的正极活性物质的SEM图像。 图8为处于辊压之后的状态的根据实施例3的正极的SEM图像。 图9为处于辊压之后的状态的根据对比例5的正极的SEM图像。 【具体实施方式】 现在将对实施方式进行详细介绍，其实例说明于附图中，其中相同的附图标记始 终是指相同的要素。在这点上，本实施方式可具有不同的形式且不应解释为限于本文中阐 明的描述。因此，仅通过参照附图描述实施方式以解释本专利技术的方面。如本文中所使用的术 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。表述例如"……的至少一 种（个）"当在要素列表之前或之后时，修饰整个要素列表且不修饰所述列表的单独要素。 在下文中，将更详细地描述正极活性物质、制备所述正极活性物质的方法、包括所 述正极活性物质的正极和包括所述正极活性物质的锂二次电池。 基于镍（Ni)的正极活性物质为在若干种用于锂二次电池中的正极活性物质中的 一种材料。基于镍（Ni)的正极活性物质具有低的放电容量和其中当在高电压下驱动时安 全性降低的问题。在一些实施方式中，由单一颗粒形成的正极活性物质通过增加一次颗粒 的尺寸而制造。这不同于现有的基于Ni的正极活性物质，其通常通过聚集具有1 μ m或更 小的平均粒径的一次颗粒由二次颗粒形成。当使用通过增加一次颗粒的尺寸由单一颗粒 形成的正极活性物质时，在正极制造过程期间正极浆料的稳定性和正极的混合密度也可提 高。因此，当使用包括上述正极活性物质的正极时，用所述正极制造的锂二次电池在高电压 下可具有减少的气体产生且还可变得更可靠和更安全。 在一些实施方式中，正极活性物质可包括至少一种包括两个或更多个一次颗粒的 附聚物的二次颗粒。这里，所述二次颗粒可包括基于Ni的锂过渡金属氧化物，和所述一次 颗粒可具有在约3 μ m-5 μ m的平均粒径。在这点上，所述二次颗粒可选自具有在约5 μ m-约 8 μ m范围内的平均粒径的小二次颗粒和具有在约10 μ m-约20 μ m范围内的平均粒径的大 二次颗粒。 在所述正极活性物质中，所述一次颗粒可具有在约3. 5 μ m-约4μπι范围内的平均 粒径。在这点上，所述小二次颗粒可具有在约5 μ m-约6 μ m范围内的平均粒径，和所述大 二次颗粒可具有在约15μπ?-约17μπ?范围内的平均粒径。 当所述正极活性物质中的小二次颗粒具有小于约5 μ m的平均粒径时，正极的混 合本文档来自技高网...

【技术保护点】
正极活性物质，包括：具有至少两个一次颗粒的附聚物的至少一种二次颗粒，其中所述至少一种二次颗粒包括基于镍的锂过渡金属氧化物材料，其中各一次颗粒的平均粒径在3μm‑5μm的范围内，其中所述至少一种二次颗粒包括选自如下的至少一种：具有在5μm‑8μm范围内的平均粒径的小颗粒和具有在10μm‑20μm范围内的平均粒径的大颗粒，和其中在X‑射线衍射(XRD)光谱分析中，(003)峰的半宽度在0.120‑0.125°的范围内。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李泳勋，李淳律，NR朴，金荣基，崔益圭，朴容彻，崔鸿奎，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR