正极活性材料及包括其的锂二次电池制造技术

一种正极活性材料及包括其的锂二次电池。本发明专利技术涉及正极活性材料及使用包括上述正极活性材料的正极的锂二次电池。更具体而言，本发明专利技术涉及可以通过在锂复合氧化物中形成电荷转移通道来解决由于镍(Ni)含量的增加引起的电阻增加问题的正极活性材料及使用包括上述正极活性材料的锂二次电池。正极活性材料的锂二次电池。正极活性材料的锂二次电池。

【技术实现步骤摘要】
正极活性材料及包括其的锂二次电池


[0001]本专利技术涉及一种正极活性材料及使用包括上述正极活性材料的正极的锂二次电池。

技术介绍

[0002]电池利用在正极和负极能够发生电化学反应的物质来存储电力。这样的电池的代表性实例为在正极和负极的锂离子的嵌入/脱嵌过程中由化学势(chemical potential)的变化存储电能的锂二次电池。
[0003]上述锂二次电池使用可逆地嵌入或脱嵌锂离子的材料作为正极活性材料和负极活性材料，并在上述正极和负极之间填充有机电解液或聚合物电解液来制成。
[0004]作为锂二次电池的正极活性材料，已经使用锂复合氧化物，例如，正在研究LiCoO2、LiMN2O4、LiNiO2、LiMnO2等的复合氧化物。
[0005]在上述正极活性材料中，尽管广泛使用具有优异寿命特性和充放电效率的LiCoO2，但是上述材料由于用作原料的钴的资源有限而价格高，因此在价格竞争性方面具有局限性。
[0006]LiMnO2、LiMN2O4等锂锰氧化物虽然具有热稳定性好，价格低廉的优点，但存在容量小，高温特性不好等问题。另外，LiNiO2基正极活性材料虽然具有高放电容量的电池特性，但因锂和过渡金属之间的阳离子混排(cation mixing)问题，合成非常难，随之在率(rate)特性方面存在很大的问题。
[0007]另外，根据上述阳离子混合的深化程度，产生大量的锂副产物，而因大部分锂副产物由LiOH及Li2CO3的化合物构成，从而存在在制造正极浆料时发生凝胶(gel)化的问题和制造电极之后，随着充放电的进行产生气体的问题。残留Li2CO3通过增加电池的膨胀现象，不仅减少循环，而且会导致电池的膨胀。
[0008]另一方面，近来，已开发了复合有镍(Ni)、钴(Co)及锰(Mn)和/或铝(Al)作为正极活性材料的锂基复合氧化物。通常，与LiNiO2基正极活性材料相似地，上述锂基复合氧化物具有随着镍含量的增加而能量密度提高并输出特性得到改善的优点，但是另一方面，存在伴随电阻特性增加的问题。因此，在复合有镍、钴及锰和/或铝的锂基复合氧化物中，需要开发能够保持LiNiO2的优异可逆容量并防止电阻特性和寿命特性劣化的正极活性材料。

技术实现思路

[0009]技术问题
[0010]在锂二次电池市场中，电动汽车用锂二次电池的成长在市场中起主导作用，而锂二次电池中使用的正极材料的需求也在不断变化。
[0011]例如，以往从确保安全性的观点上主要使用利用LFP的锂二次电池，但是近来，与LFP相比，具有每单位重量能量容量大的镍基锂复合氧化物的使用得到扩展。
[0012]根据正极材料的这种趋势，本专利技术的目的在于提供用于实现车辆用电池的高容量
化的高镍型锂复合氧化物和/或包含上述锂复合氧化物的正极活性材料。然而，在迄今已知的高镍型锂复合氧化物的情况下，随着镍含量的增加，电阻增加，因此存在寿命降低的问题。
[0013]因此，本专利技术的目的在于提供可以通过在锂复合氧化物中形成电荷转移通道来解决由于镍含量的增加引起的电阻增加问题的锂复合氧化物和/或包括上述锂复合氧化物的正极活性材料。
[0014]并且，本专利技术的另一目的在于提供一种包含本文定义的正极活性材料的正极浆组合物。
[0015]另外，本专利技术的再一目的在于提供一种包含正极的锂二次电池，上述正极通过将本文定义的正极浆组合物涂布于集电体上来形成。
[0016]本专利技术的目的并不限于以上言及的目的，并未言及的本专利技术的其它目的以及优点能够通过后述的说明进行理解，且通过本专利技术的实施例能够更清楚地进行理解。另外，可轻易理解本专利技术的目的以及优点能够通过权利要求书中的手段及其组合来实现。
[0017]解决问题的方案
[0018]根据本专利技术的一个方面，提供一种正极活性材料，上述正极活性材料包括：一次粒子，能够进行锂的吸留和放出；及二次粒子，上述一次粒子凝聚而成。
[0019]其中，上述二次粒子可以沿着上述二次粒子的外周面包括第一浓度梯度区间和第二浓度梯度区间，上述第一浓度梯度区间中上述二次粒子中选自镍、钴及锰中的至少一种的浓度增加，上述第二浓度梯度区间中上述二次粒子中选自镍、钴及锰中的至少一种的浓度减少。
[0020]在一实施例中，上述第一浓度梯度区间和上述第二浓度梯度区间可以选择性地存在于上述二次粒子的表面部。
[0021]并且，上述第一浓度梯度区间和上述第二浓度梯度区间可以沿着上述二次粒子的外周面反复地存在。
[0022]根据本专利技术的另一方面，提供一种包含本文定义的正极活性材料、导电材料及粘合剂的正极浆组合物。
[0023]根据本专利技术的再一方面，提供一种包含正极的锂二次电池，上述正极通过将本文定义的正极浆组合物涂布于集电体上来形成。
[0024]专利技术的效果
[0025]本专利技术的各种实施例的正极活性材料的二次粒子的表面部包括选自镍、钴及锰中的至少一种的浓度增加的第一浓度梯度区间和选自镍、钴及锰中的至少一种的浓度减少的第二浓度梯度区间，从而可以在正极活性材料中形成电荷转移通道。
[0026]如上所述，通过不同类型的浓度梯度区间的存在形成的电荷转移通道可以解决由于镍含量增加引起的正极活性材料的电阻问题。由此，可以有助于改善正极活性材料的寿命特性和效率特性等的电化学特性。
[0027]以下对用于实施专利技术的具体事项进行说明，同时对本专利技术的具体效果与上述的效果进行记述。
附图说明
[0028]图1示意性示出本专利技术的一实施例的正极活性材料和上述正极活性材料中金属元素的浓度梯度。
[0029]图2示出本专利技术的一实施例的正极活性材料(二次粒子)的一部分(表面部)的截面SEM图像。
[0030]图3至图5示出图2中所示的正极活性材料(二次粒子)的一部分(表面部)中沿着与从上述二次粒子的中心部朝向上述二次粒子的表面部的方向(纵向)垂直的方向(横向)存在的金属元素(镍、钴及锰)的含量的曲线图(line sum spectrum)。
[0031]图6示出本专利技术的另一实施例的正极活性材料(二次粒子)的一部分(表面部)的截面SEM图像。
[0032]图7至图9示出图6中所示的正极活性材料(二次粒子)的一部分(表面部)中沿着与从上述二次粒子的中心部朝向上述二次粒子的表面部的方向(纵向)垂直的方向(横向)存在的金属元素(镍、钴及锰)的含量的曲线图(line sum spectrum)。
[0033]图10示出本专利技术的再一实施例的正极活性材料(二次粒子)的一部分(表面部)的截面SEM图像。
[0034]图11至图13示出对图10中所示的正极活性材料(二次粒子)的一部分(表面部)通过TEM/EDX映射(Mapping)进行测定而得到的金属元素(镍、钴及锰)的分布。
[0035]图14示出图10中所示的正极活性材料(二次粒子)的中心部的截面SEM图像。
[0036]图15至图17示出对图14中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极活性材料，其特征在于，包括：一次粒子，能够进行锂的吸留和放出；及二次粒子，上述一次粒子凝聚而成，其中，沿着上述二次粒子的外周面存在第一浓度梯度区间和第二浓度梯度区间，上述第一浓度梯度区间中上述二次粒子中选自镍、钴及锰中的至少一种的浓度增加，上述第二浓度梯度区间中上述二次粒子中选自镍、钴及锰中的至少一种的浓度减少。2.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，上述第一浓度梯度区间和上述第二浓度梯度区间存在于上述二次粒子的表面部。3.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，上述第一浓度梯度区间和上述第二浓度梯度区间沿着上述二次粒子的外周面反复存在。4.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，上述第一浓度梯度区间和上述第二浓度梯度区间沿着与从上述二次粒子的中心部朝向上述二次粒子的表面部的方向(纵向)垂直的方向(横向)存在。5.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，上述第一浓度梯度区间中的钴增加至比上述二次粒子中钴的平均含量更高的浓度。6.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，上述第二浓度梯度区间中的钴向上述二次粒子中钴的平均含量方向减少。7.根据权利要求1所述的正极活性材料，其特征在于，沿着上述...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔文豪，徐晙源，尹振暻，李重汉，尹美慧，崔昇禹，崔光奭，张睿里，裴中浩，
申请(专利权)人：艾可普罗BM有限公司，
类型：发明
国别省市：