基于镍的活性材料前体、其制备方法、基于镍的活性材料、和锂二次电池技术

本发明专利技术涉及基于镍的活性材料前体、其制备方法、基于镍的活性材料、和锂二次电池。提供用于锂二次电池的基于镍的活性材料前体，包括：包括多个粒状结构体的二次颗粒，其中粒状结构体各自包括多孔核部分和壳部分，所述壳部分包括径向地排布在所述多孔核部分上的一次颗粒，以及在构成所述二次颗粒的表面的一次颗粒的50％或更多中，所述一次颗粒各自的长轴为所述二次颗粒的表面的法线方向。当使用所述用于锂二次电池的基于镍的活性材料前体时，可获得嵌入和脱嵌锂并且具有短的锂离子扩散距离的基于镍的活性材料。

Nickel based active material precursor, preparation method, nickel based active material and lithium secondary battery

【技术实现步骤摘要】
基于镍的活性材料前体、其制备方法、基于镍的活性材料、和锂二次电池相关申请的交叉引用本申请要求于2018年8月14日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2018-0094866的优先权，将其公开内容通过引用全部引入本文中。
本专利技术涉及用于锂二次电池的基于镍的活性材料前体、其制备方法，由其形成的用于锂二次电池的基于镍的活性材料、以及包括包含该基于镍的活性材料的正极的锂二次电池。
技术介绍
随着便携式电子设备、通信设备等的发展，对于开发具有高能量密度的锂二次电池具有大的需求。然而，需要改进具有高能量密度的锂二次电池，因为它们可具有差的安全性。作为锂二次电池的正极活性材料，使用锂-镍-锰-钴复合氧化物、锂-钴氧化物等。然而，当使用这样的正极活性材料时，在充电和放电期间根据二次颗粒尺寸决定锂离子的移动距离，并且由于这样的物理距离，充电和放电的效率不高。此外，由于锂二次电池的反复充电和放电而引起一次颗粒中出现破裂，因此锂二次电池的长寿命降低，其电阻增加，并且其容量特性未达到令人满意的水平。因此，在这些方面需要改进。
技术实现思路
本公开内容的一个方面提供用于锂二次电池的基于镍的活性材料前体，其具有改善的锂离子利用。本公开内容的另一方面提供制备所述基于镍的活性材料前体的方法。本公开内容的另一方面提供由所述基于镍的活性材料前体获得的基于镍的正极活性材料、和包括包含所述基于镍的正极活性材料的正极的锂二次电池。另外的方面将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从所述描述明晰，或者可通过所呈现的实施方式的实践来获悉。根据一个实施方式的方面，提供用于锂二次电池的基于镍的活性材料前体，包括：包括多个粒状结构体的二次颗粒，其中粒状结构体各自包括多孔核部分和壳部分，所述壳部分包括径向地排布在所述多孔核部分上的一次颗粒，以及在构成所述二次颗粒的表面的一次颗粒的50％或更多中，所述一次颗粒各自的长轴在二次颗粒的表面的法线方向上排列。根据另一实施方式的方面，提供制备用于锂二次电池的基于镍的活性材料前体的方法，该方法包括：以第一进料速率提供原料并搅拌原料以形成前体种子的第一步骤；以第二进料速率向第一步骤中形成的前体种子提供原料并搅拌原料以使前体种子生长的第二步骤；和以第三进料速率向第二步骤中生长的前体种子提供原料并搅拌原料以调节前体种子的生长的第三步骤，其中原料包括络合剂、pH调节剂和用于基于镍的活性材料前体的金属原材料，并且用于基于镍的活性材料前体的金属原材料的第二进料速率大于其第一进料速率，以及其第三进料速率大于其第二进料速率。根据另一实施方式的方面，提供用于锂二次电池的基于镍的活性材料，其由所述基于镍的活性材料前体获得。根据另一实施方式的方面，提供锂二次电池，包括：正极，其包括所述基于镍的活性材料；负极；以及在正极和负极之间的电解质。附图说明通过结合附图考虑的实施方式的以下描述，这些和/或其他方面将变得明晰且更容易理解，其中:图1是根据实施方式的基于镍的活性材料前体中包含的二次颗粒的示意图；图2A是图1的二次颗粒中包括的粒状结构体的示意性局部透视图；图2B是图1的二次颗粒中包括的粒状结构体的更详细的局部透视图；图3是根据实施方式的基于镍的活性材料前体中包括的二次颗粒的表面及其附近的示意性横截面图；图4A和4B是实施例1中制备的基于镍的活性材料的表面及其附近的横截面的高分辨率TEM图像；和图5是根据实例实施方式的锂二次电池的示意图。具体实施方式现在将详细介绍实施方式，其实例在附图中示出，其中相同的附图标记始终表示相同的元件。就此而言，本实施方式可具有不同的形式，并且不应被解释为限于本文中阐述的描述。因此，下面仅通过参考附图来描述实施方式以解释本说明书的方面。如本文中所使用的，术语“和/或”包括相关所列项的一个或多个的任何和所有组合。例如“…的至少一个(种)”的表述，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。下文中，将详细描述根据实施方式的用于锂二次电池的基于镍的活性材料前体、其制备方法、由其形成的用于锂二次电池的基于镍的活性材料、和包括包含基于镍的活性材料的正极的锂二次电池。以下描述作为实例呈现，并且本公开内容不限于此。本公开内容仅由所附权利要求的范围限定。如本文中使用的，术语“粒状结构体”是指由多个一次颗粒的聚集形成的结构体。如本文中使用的，术语“各向同性排布(布置)”是指其中即使在观察物体(目标)的方向改变时物体的性质也不改变的排布，以及其中未观察到方向性的排布。如本文中使用的，术语“多中心”是指一个颗粒具有多个中心，例如2-10个中心。在多中心颗粒中，锂离子从颗粒的表面到颗粒的中心的移动长度减小。由于锂离子的移动长度减小，因而获得如下的粒状结构体:其中内阻降低并且充电-放电效率和长寿命是有利的。如本文中使用的，术语“径向中心”是指粒状结构体的中心，所述粒状结构体包括多孔核部分和壳部分，所述壳部分包括径向排布在多孔核部分上的一次颗粒，如图2A和2B中所示。如本文中使用的，术语“径向形状”是指其中壳部分中包括的一次颗粒的长轴在粒状结构体的表面的法线方向上或在从法线方向倾斜±30°的角度的方向上排布的形状。如本文中使用的，术语“颗粒尺寸”在球形颗粒的情况下是指平均颗粒直径，并且在非球形颗粒的情况下是指平均长轴长度。平均直径是平均颗粒直径(D50)，其定义为对应于在50％处的累积直径分布的颗粒直径，其表示50％的样品处于其以下的颗粒直径。可使用颗粒尺寸分析仪(PSA)测量颗粒尺寸。如本文中使用的，术语“孔尺寸”是指在球形或圆形孔的情况下的平均孔直径或开口宽度。孔尺寸是指在非球形或非圆形孔如椭圆孔的情况下的平均长轴长度。如本文中使用的，术语“不规则孔”是指在孔尺寸和孔形状上不规则并且不具有均匀性的孔。与壳部分不同，包括不规则孔的核部分可包括无定形颗粒，并且与壳部分不同，无定形颗粒无规则性地排布。在以下附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且为了清楚和方便说明，放大附图中的各元件的尺寸。此外，下面将要描述的实施方式仅是说明性的，并且可对这些实施方式进行不同地修改。此外，在下面将要描述的层结构中，表述“在...上方”和“在...上”不仅包括具有接触的直接在...上，而且包括没有接触的在...上方。根据一种实施方式的用于锂二次电池的基于镍的活性材料前体包括：包括多个粒状结构体的二次颗粒，其中粒状结构体包括多孔核部分和包括径向地排布在所述多孔核部分上的一次颗粒的壳部分，以及在构成所述二次颗粒的表面的一次颗粒的50％或更多中，所述一次颗粒各自的长轴在二次颗粒的表面的法线方向上排列。参考图1，基于镍的活性材料前体包括二次颗粒200，其包括多个粒状结构体100。参考图2A和2B，粒状结构体100包括多孔核部分10和包括径向地排布在多孔核部分10上的一次颗粒30的壳部分20。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于锂二次电池的基于镍的活性材料前体，包括：/n包括多个粒状结构体的二次颗粒，/n其中所述粒状结构体各自包括多孔核部分和壳部分，所述壳部分包括径向地排布在所述多孔核部分上的一次颗粒，以及/n在构成所述二次颗粒的表面的一次颗粒的50％或更多中，所述一次颗粒各自的长轴在所述二次颗粒的表面的法线方向上排列。/n

【技术特征摘要】
20180814 KR 10-2018-0094866;20190809 KR 10-2019-001.用于锂二次电池的基于镍的活性材料前体，包括：
包括多个粒状结构体的二次颗粒，
其中所述粒状结构体各自包括多孔核部分和壳部分，所述壳部分包括径向地排布在所述多孔核部分上的一次颗粒，以及
在构成所述二次颗粒的表面的一次颗粒的50％或更多中，所述一次颗粒各自的长轴在所述二次颗粒的表面的法线方向上排列。


2.如权利要求1所述的基于镍的活性材料前体，其中
在构成所述二次颗粒的表面的一次颗粒的60％至80％中，所述一次颗粒各自的长轴在所述二次颗粒的表面的法线方向上排列。


3.如权利要求1所述的基于镍的活性材料前体，其中
所述一次颗粒各自包括板状颗粒，
所述板状颗粒的长轴设置在所述二次颗粒的表面的法线方向上，和
所述板状颗粒的厚度和长度的比例为1:2至1:20。


4.如权利要求1所述的基于镍的活性材料前体，其中
在构成所述二次颗粒的表面的一次颗粒的50％或更多中，所述一次颗粒各自的长轴设置在构成所述二次颗粒的表面的一次颗粒的(110)面的法线方向上。


5.如权利要求1所述的基于镍的活性材料前体，其中
所述二次颗粒包括以多中心各向同性阵列排布的粒状结构体。


6.如权利要求1所述的基于镍的活性材料前体，其中
所述多孔核部分具有150nm至1μm的孔尺寸和5％至15％的孔隙率，以及所述壳部分具有1％至5％的孔隙率。


7.如权利要求1所述的基于镍的活性材料前体，其中
所述基于镍的活性材料前体是由...

【专利技术属性】
技术研发人员：金道猷，梁祐荣，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR