用于锂二次电池的正极活性材料前体，由其制造的正极活性材料，以及包括该材料的锂二次电池制造技术

本发明专利技术涉及用于锂二次电池的正极活性材料前体，由此制造的正极活性材料，以及包括该材料的锂二次电池。更具体的，涉及用于锂二次电池的以次级粒子形式的正极活性材料前体，包括几种过渡金属，且通过聚集多个具有不同的a轴方向长度与c轴方向长度比的初级粒子形成，其中组成次级粒子的初级粒子的a轴方向长度与c轴方向长度比从次级粒子的中心到表面渐增；正极活性材料；以及包括该材料的锂二次电池。

【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前体，由其制造的正极活性材料，以及包括该材料的锂二次电池
本专利技术涉及用于锂二次电池的正极活性材料前体，由其制造的正极活性材料，以及包括该材料的锂二次电池。更具体的，涉及用于锂二次电池的以次级粒子形式的正极活性材料前体，锂复合氧化物，包括几种过渡金属且通过聚集多个具有不同的a轴方向长度与c轴方向长度比的初级粒子形成，其中组成次级粒子的初级粒子的a轴方向长度与c轴方向长度比从次级粒子的中心到表面渐增；正极活性材料；以及包括该材料的锂二次电池。
技术介绍
最近，根据电子工业、电子设备和通信装置的微型化、减重和高性能的快速进步，极大地需求作为产品的电源供应的二次电池的性能的改善。满足这些需求的二次电池可以是锂二次电池，锂二次电池可主要分类为使用硫基材料作为正极活性材料的锂硫电池和使用锂化过渡金属氧化物作为正极活性材料的锂离子电池。正极活性材料为对锂二次电池的电池性能和安全起最重要作用的材料，它可以是氧属化合物。例如，复合金属氧化物诸如LiCoO2,LiMn2O4,LiNiO2,LiNi1-xCoxO2(0<x<1)和LiMnO2正被研究。这个正极活性材料被混入导电材料例如炭黑、粘合剂和溶剂来制备正极活性材料浆料组合物，然后所述组合物被涂覆于薄金属板例如铝箔用作锂离子二次电池的正极。在正极活性材料中，锰基正极活性材料例如LiMn2O4和LiMnO2为受到关注的材料因为其容易合成、便宜且环保，但具有容量小的缺点。钴基正极活性材料例如LiCoO2表现出好的电导性能、高电池电压和优异的电极特性，但具有昂贵的缺点。为了克服钴基正极活性材料例如LiCoO2的缺点，最近，发展高容量电池的研究在活跃的进行中。此外，与移动领域例如移动电话相比较，个人电脑、电动工具领域例如电动工具和电动驱动领域例如电动摩托车和电动助力自行车对于电源具有较大的负荷波动，且还持续的长时间使用。据此，需要高输出和高容量的电源。一般而言，高容量和高输出是对立的性能，且难以兼容。例如，无水固体电解质电池例如锂离子二次电池作为典型的高容量型二次电池可持续的长时间放电是因为大约0.2C的较低的负荷。因此，它主要用作移动领域和类似领域的电源，但在低负载下的每单位电极面积的电流密度仅为0.01A/cm2。为此，高容量型无水电解质电池不适于用作在需要以高电流放电的电力驱动领域的高负荷电源，在所述领域中电流密度为0.1A/cm2甚至更多，例如电动摩托车和电动助力自行车。此外，在电力领域，高电流的脉冲放电性能由于电源的频繁的开/关而变得重要，但通过用于移动领域和类似领域的高容量型无水电解质电池不能获得足够的脉冲放电能力。另一方面，高电流放电通过高输出型电源电容器和类似物是可能的，但由于非常小的容量长期持续的放电较难。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术目的在于提供用于锂二次电池的正极活性材料前体，其具有新颖的结构，通过控制组成次级粒子的初级粒子的形状和在初级粒子中的金属离子的浓度梯度得到高容量，以及使用所述前体制造的正极活性材料。此外，本专利技术目的在于提供包括所述用于锂二次电池的正极活性材料的锂二次电池。为了完成本专利技术的一个目的，用于锂二次电池的正极活性材料前体，所述前体为包括几种过渡金属的次级粒子，通过聚集多个初级粒子得到，其中初级粒子的晶体结构具有a轴和c轴，其中初级粒子具有不同的a轴方向长度与c轴方向长度比，且其中组成次级粒子的初级粒子的a轴方向长度与c轴方向长度比从次级粒子的中心到表面渐增。在本专利技术的用于锂二次电池的正极活性材料前体中，至少一种组成初级粒子的金属在初级粒子中表现出连续的浓度梯度。在本专利技术的用于锂二次电池的正极活性材料前体中，初级粒子的a轴方向可朝向次级粒子的中心，且粒子们可彼此连接并增长为固定路径。在本专利技术的用于锂二次电池的正极活性材料前体中，粒子中的接触电阻可被显著的降低因为初级粒子当如上述朝向中心时被连续的排布，并且，根据锂离子的插入变得容易能够改善输出和获得高容量的性能。在本专利技术的用于锂二次电池的正极活性材料前体中，初级粒子的a轴方向长度可在次级粒子半径的0.01到0.95的范围内。在本专利技术的用于锂二次电池的正极活性材料前体中，初级粒子可以是以长方体、立方体、椭圆球或斜长方体的形式。在本专利技术的用于锂二次电池的正极活性材料前体中，次级粒子可包括第一内部，其中初级粒子的a轴方向长度与c轴方向长度比为定值；和第二内部，其中初级粒子的a轴方向长度与c轴方向长度比渐增。在本专利技术的用于锂二次电池的正极活性材料前体中，第一内部的初级粒子的a轴方向长度与c轴方向长度比为可以是0.5到2.0，第二内部的初级粒子的a轴方向长度与c轴方向长度比可以是2到30。在本专利技术的用于锂二次电池的正极活性材料前体中，组成第二内部的初级粒子的至少一种金属可在初级粒子中具有连续的浓度。在本专利技术的用于锂二次电池的正极活性材料前体中，在初级粒子内表现出连续的浓度梯度的金属的连续浓度梯度可以是2或更多。在本专利技术的用于锂二次电池的正极活性材料前体中，次级粒子可进一步在外侧包括表面保持层，在该处金属浓度恒定。在本专利技术的用于锂二次电池的正极活性材料前体中，其中初级粒子从次级粒子的中心到表面增长为固定路径，并且其中电解质溶液和锂离子被分配和插入到固定路径之间形成的间隙。此外，本专利技术提供用于锂二次电池的正极活性材料，其为包括几种过渡金属的次级粒子，通过聚集多个初级粒子得到，其中初级粒子的晶体结构具有a轴和c轴，其中初级粒子具有不同的a轴方向长度与c轴方向长度比，且其中组成次级粒子的初级粒子的a轴方向长度与c轴方向长度比从次级粒子的中心到表面增加。在本专利技术的用于锂二次电池的正极活性材料中，至少一种组成初级粒子的金属在初级粒子中表现出连续的浓度梯度。在本专利技术的用于锂二次电池的正极活性材料中，在初级粒子内表现出浓度梯度的金属的浓度梯度可以是2或更多。在本专利技术的用于锂二次电池的正极活性材料中，初级粒子的a轴方向可朝向以次级粒子形式的正极活性材料的中心，且粒子们可彼此连接并增长为固定路径。在本专利技术的用于锂二次电池的正极活性材料中，粒子中的接触电阻可被显著的降低因为初级粒子当如上述朝向中心时被连续的排布，并且，根据锂离子的插入变得容易能够改善输出和获得高容量的性能。在本专利技术的用于锂二次电池的正极活性材料中，从粒子表面到具有粒子半径0.1到0.7倍的半径的部分混合有氧化数+2和+3的Ni。在本专利技术的用于锂二次电池的正极活性材料中，初级粒子可以是以长方体、立方体、椭圆球或斜长方体的形式。在本专利技术的用于锂二次电池的正极活性材料中，初级粒子的a轴方向长度可在正极活性材料半径的0.01到0.95的范围内。本专利技术的用于锂二次电池的正极活性材料可以包括第一内部，其中初级粒子的a轴方向长度与c轴方向长度比为定值；和第二内部，其中初级粒子的a轴方向长度与c轴方向长度比渐增。在本专利技术的用于锂二次电池的正极活性材料中，第一内部的初级粒子的a轴方向长度与c轴方向长度比为可以是0.8到1.2，第二内部的初级粒子的a轴方向长度与c轴方向长度比可以是3到12。在本专利技术的用于锂二次电池的正极活性材料中，用于锂二次电池的正极活性材料的第一内部可以通过经验公式Liδ[Ni1-(a+b+c本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于锂二次电池的正极活性材料前体，所述前体为包括几种过渡金属的次级粒子，通过聚集多个具有不同a轴方向长度与c轴方向长度比的初级粒子得到，且具有4‑20μm范围的平均粒径，其中组成次级粒子的初级粒子的a轴方向长度与c轴方向长度比从次级粒子的中心到表面渐增。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.06.08 KR 10-2012-0061836;2012.10.16 KR 10-2011.用于锂二次电池的正极活性材料前体，所述前体为包括几种过渡金属的次级粒子，其中，所述次级粒子通过聚集多个初级粒子形成；其中，所述初级粒子具有包括a轴和c轴的晶体结构；其中，所述a轴方向为从所述次级粒子的中心到表面的方向，并且所述c轴方向是与a轴方向垂直的方向，其中，所述初级粒子的a轴方向朝向次级粒子的中心，并且所述初级粒子彼此连接并且与所述a轴方向对齐；其中，所述初级粒子具有彼此不同的a轴方向长度与c轴方向长度比；其中组成次级粒子的初级粒子的a轴方向长度与c轴方向长度比从次级粒子的中心到表面渐增。2.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的正极活性材料前体，其特征在于至少一种组成初级粒子的金属在初级粒子中表现出连续的浓度梯度。3.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的正极活性材料前体，其特征在于初级粒子的a轴方向朝向次级粒子的中心，且粒子们彼此连接并增长为固定路径。4.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的正极活性材料前体，其特征在于初级粒子的a轴方向长度在次级粒子半径的0.01到0.95的范围内。5.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的正极活性材料前体，其特征在于初级粒子是以长方体、立方体、椭圆球或斜长方体的形式。6.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的正极活性材料前体，其特征在于次级粒子包括第一内部，其中初级粒子的a轴方向长度与c轴方向长度比为定值；和第二内部，其中初级粒子的a轴方向长度与c轴方向长度比渐增。7.根据权利要求6所述的用于锂二次电池的正极活性材料前体，其特征在于第一内部的初级粒子的a轴方向长度与c轴方向长度比为是0.5到2.0，第二内部的初级粒子的a轴方向长度与c轴方向长度比是2到30。8.根据权利要求6所述的用于锂二次电池的正极活性材料前体，其特征在于组成第二内部内的初级粒子的至少一种金属在初级粒子中具有连续的浓度分布。9.根据权利要求8所述的用于锂二次电池的正极活性材料前体，其特征在于组成第二内部内的初级粒子的至少一种金属在初级粒子中的浓度梯度斜率为2或更多。10.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的正极活性材料前体，其特征在于次级粒子进一步在外侧包括表面保持层，在该处金属浓度恒定。11.用于锂二次电池的正极活性材料，为包括几种过渡金属的次级粒子，其中，所述次级粒子通过聚集多个初级粒子形成；其中，所述初级粒子具有包括a轴和c轴的晶体结构；其中，所述a轴方向为从所述次级粒子的中心到表面的方向，并且所述c轴方向是与a轴方向垂直的方向，其中，所述初级粒子的a轴方向朝向次级粒子的中心，并且所述初级粒子彼此连接并且与所述a轴方向对齐；其中，所述初级粒子具有彼此不同的a轴方向长度与c轴方向长度比；其中组成次级粒子的初级粒子的a轴方向长度与c轴方向长度比从次级...

【专利技术属性】
技术研发人员：宣良國，盧亨周，朴長昱，
申请(专利权)人：汉阳大学校产学协力团，能原材公司，
类型：发明
国别省市：韩国;KR