锂二次电池用正极活性材料及包含其的锂二次电池制造技术

本发明专利技术涉及一种锂二次电池用正极活性材料及包含其的锂二次电池，更详细地，涉及一种特征在于一次粒子内的锂离子扩散路径(lithium ion diffusion path)以具有特定方向性的方式形成的锂二次电池用正极活性材料及包含其的锂二次电池。本发明专利技术的锂二次电池用正极活性材料，基于在一次粒子内和二次粒子内表现出方向性的锂离子扩散路径而具有较快的锂离子传导速度，且显示出高的锂离子传导率，即使反复充放电，晶体结构也不会轻易瓦解，从而提高循环特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种锂二次电池用正极活性材料及包含其的锂二次电池，更详细地，涉及一种特征在于一次粒子内和二次粒子内的锂离子扩散路径(lithiumiondiffusionpath)以具有特定方向性的方式形成的锂二次电池用正极活性材料及包含其的锂二次电池。
技术介绍
近来，对储能技术的兴趣日益增加。电池已被广泛用作移动电话、摄像机、笔记本电脑PC和电动车领域中的能源，导致对电化学装置进行了深入的研究和开发。在该方面，电化学装置是极受关注的主题之一。特别是，可充电二次电池的开发成为关注的焦点。目前使用的二次电池中，在20世纪90年代初开发的锂二次电池是一种紧凑、重量轻和大容量的电池，自其在1991年出现以来，已被广泛用为便携式设备的电源。锂二次电池比使用水电解质的传统电池(例如Ni-MH电池、Ni-Cd电池和铅硫酸电池)具有更高的工作电压和能量密度，正是由于这些优点而备受关注。尤其是主要应用于电动车以及用作储能用的kWh级别以上的重大型电池中，为此需要具有高容量、使用寿命很长的正极活性材料。将热稳定性优异的尖晶石锰(LMO)和橄榄石型正极材料(LFP)应用到大容量二次电池时，由于低能量密度而在正式商业化时露出极限值，因此，为了提高电池特性，对于具有高容量的层状系正极材料应用的需求正在增加。在锂二次电池用正极材料中，层状系正极材料可在目前商业化的材料中实现最高容量。当诸多使用于微型IT设备例如智能手机上的LiCoO2应用于重大型电池时，存在一些问题例如稳定性差、容量低，并且其中作为主材料的钴金属相比其他过渡金属费用高不经济、资源量有限、以及因环境污染而受环境制约。具有和LiCoO2相同结构的LiNiO2价格较低廉，理论容量可高达200mAh/g，由于这些优点，近来对其进行了许多研究。但是，由于其安全性较弱、在制造时产生结构不稳定性，从而导致寿命性能急剧下降，因此没能商业化。为了改善LiNiO2的缺陷，正在尝试各种方法，例如，通过用过渡金属元素替代一部分镍以将热生成(heatgeneration)的温度偏移到稍微高的温度处或阻止快速热生成。用钴替代一部分镍的材料，例如，LiNi1-XCoxO2(x＝0.1-0.3)与LiNiO2相比，表现出较好的充电/放电特性和寿命特性，但不具有充分的寿命性能。此外，Li-Ni-Mn系复合氧化物，其中具有优异热稳定性的Mn替代一部分Ni，或Li-Ni-Mn-Co系复合氧化物，其中Mn和Co替代一部分Ni，其相关制备技术已是众所周知的。此外，日本专利第2000-227858号公开了并非通过该技术部分地将过渡金属代入LiNi02或LiMn02来制备正极活性材料，而是通过一种新型技术将Mn和Ni化合物均匀地分布于原子能级以获得固溶体。根据关于Li-Ni-Mn-Co系复合氧化物组成的欧洲专利第0918041号或美国专利第6040090号，其中Mn和Co替代一部分Ni，相比现有的仅包含Ni和Co的材料，LiNi1-xCoxMnyO2(0＜y≤0.3)具有改进的寿命性能和热稳定性，但是，它仍然没能解决Ni系化合物的热稳定性和寿命性能下降的问题。为了解决这个问题，韩国专利申请第10-2005-7007548号公开了具有金属浓度梯度的锂过渡金属氧化物。然而，这种方法能合成具有不同金属复合物的内层和外层以实现高容量，但金属复合物在合成的正极活性材料中不是逐渐地(gradually)和连续地变化。通过热处理工艺，可以获得金属复合物逐步的浓度梯度。但是，在长时间使用时内层与外层之间的界面起到阻力作用，而可能会使功率和寿命性能下降，并且在850℃以上的较高热处理温度下，因金属离子的热扩散而几乎不产生浓度梯度差，因此性能的提高效果微小。此外，这个专利技术合成的粉末具有低的堆积密度(tappeddensity)，因为粉末没有使用氨作为螯合剂。因此其不足以用作锂二次电池用正极活性材料。
技术实现思路
技术问题为了解决上述技术的问题，本专利技术的目的是提供一种新型结构的锂二次电池用正极活性材料，其一次粒子内和二次粒子内的锂离子扩散路径(lithiumiondiffusionpath)表现出特定方向性，以实现长寿命。本专利技术的另一个目的是提供一种锂二次电池，其包括根据本专利技术的锂二次电池用正极活性材料。技术方案为了解决上述技术的问题，本专利技术的正极活性材料包含过渡金属且具有层状结构，其中该层状结构是如图1至图6所示的具有R3m结构的菱形(rhombohedral)晶体结构，其特征在于，该正极活性材料是一次粒子聚集而成的球形二次粒子，一次粒子的纵横比为1以上，所述一次粒子内的锂离子扩散路径(lithiumiondiffusionpath)即a轴方向与一次粒子的长边平行地形成。根据本专利技术的锂二次电池用正极活性材料，其特征在于，所述一次粒子内的锂离子扩散路径(lithiumiondiffusionpath)即a轴方向朝二次粒子的中心方向表现出方向性。根据本专利技术的锂二次电池用正极活性材料，其特征在于，所述一次粒子内的锂离子扩散路径以朝向整个粒子的中心方向具有方向性的方式形成，从而锂离子扩散路径从所述二次粒子的表面至中心具有一维或二维孔道结构。根据本专利技术的锂二次电池用正极活性材料，其特征在于，所述一次粒子内的锂离子扩散路径(lithiumiondiffusionpath)与连接二次粒子的表面和二次粒子的中心的连接线形成±40°以内的角度。并且，根据本专利技术的锂二次电池用正极活性材料，其特征在于，所述锂离子扩散路径(lithiumiondiffusionpath)与连接二次粒子的表面和二次粒子的中心的连接线形成±40°以内角度的一次粒子所占的面积为二次粒子面积的10％以上。即，根据本专利技术的锂二次电池用正极活性材料，其特征在于，在所述一次粒子内锂离子扩散路径(lithiumiondiffusionpath)也以朝向二次粒子的中心具有方向性的方式形成。根据本专利技术的锂二次电池用正极活性材料，其特征在于，所述一次粒子内的锂离子扩散路径以朝向整个粒子的中心方向具有方向性的方式形成，从而锂离子扩散路径从所述二次粒子的表面至中心具有一维或二维孔道结构。根据本专利技术的锂二次电池用正极活性材料，基于这样的锂离子扩散路径而在二次粒子内一次粒子具有较快的锂离子传导速度，且显示出高的锂离子传导率，即使反复充放电，晶体结构也不会轻易瓦解，从而提高循环特性。即，根据本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂二次电池用正极活性材料，其包含过渡金属且具有层状结构，其特征在于，该正极活性材料是一次粒子聚集而成的球形二次粒子，一次粒子的纵横比为1以上，所述一次粒子内的锂离子扩散路径(lithium ion diffusion path)即a轴方向与一次粒子的长边平行地形成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.11 KR 10-2014-01198521.一种锂二次电池用正极活性材料，其包含过渡金属且具有层状结构，
其特征在于，该正极活性材料是一次粒子聚集而成的球形二次粒子，一次粒
子的纵横比为1以上，所述一次粒子内的锂离子扩散路径(lithiumion
diffusionpath)即a轴方向与一次粒子的长边平行地形成。
2.根据权利要求1所述的锂二次电池用正极活性材料，其特征在于，所
述一次粒子内的锂离子扩散路径(lithiumiondiffusionpath)即a轴方
向朝二次粒子的中心方向表现出方向性。
3.根据权利要求1所述的锂二次电池用正极活性材料，其特征在于，所
述一次粒子内的锂离子扩散路径以朝向整个粒子的中心方向具有方向性的方
式形成，从而锂离子扩散路径从所述二次粒子的表面至中心具有一维或二维
孔道结构。
4.根据权利要求1所述的锂二次电池用正极活性材料，其特征在于，所
述一次粒子内的锂离子扩散路径(lithiumiondiffusionpath)即a轴方
向与连接二次粒子的表面和二次粒子的中心的连接线形成±40°以内的角
度。
5.根据权利要求4所述的锂二次电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：金直洙，崔文豪，尹振暻，郑宰溶，田石用，辛锺承，
申请(专利权)人：艾可普罗有限公司，
类型：发明
国别省市：韩国;KR