锂二次电池用正极活性材料和制备所述正极活性材料的方法技术

本发明专利技术涉及一种制备正极活性材料的方法，所述方法包括：向反应器中添加反应溶液以形成前体粒子的晶种的第一步骤，所述反应溶液包含含过渡金属的溶液、含铵离子的溶液和碱性水溶液，所述含过渡金属的溶液含有镍、钴和锰中的至少一种；通过在所述前体粒子生长直至所述前体粒子的平均粒径(D

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锂二次电池用正极活性材料和制备所述正极活性材料的方法


[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年10月2日提交的韩国专利申请10
‑
2019
‑
0122545号的优先权，通过引用将其内容并入本文中。
[0003]

[0004]本专利技术涉及一种锂二次电池用正极活性材料、制备所述正极活性材料的方法、包含所述正极活性材料的锂二次电池用正极和锂二次电池。

技术介绍

[0005]随着对于移动设备的技术发展和需求的增加，对作为能源的二次电池的需求显著增加。在这些二次电池中，具有高能量密度、高电压、长循环寿命和低自放电率的锂二次电池已经商业化并被广泛使用。
[0006]近来，一直在积极地对这种锂二次电池的容量的增加和充电/放电时间的缩短进行研究。
[0007]已经将锂过渡金属复合氧化物用作典型锂二次电池的正极活性材料，并且其中，诸如LiCoO2的锂钴复合金属氧化物具有高的工作电压，并且由于在高速充电期间锂离子可高效地脱嵌，因此所述锂钴复合金属氧化物即使在高电流下也能够反应，从而提供具有优异的充电效率的正极活性材料。然而，因为LiCoO2由于因脱锂引起的不稳定的晶体结构而具有差的热性能并且尤其是使用昂贵的钴，所以在使用大量LiCoO2作为用于诸如电动车辆的应用的电源方面存在限制。
[0008]近来，随着电动车辆的迅速普及，认为能够用作中大型设备的电源的二次电池的性能是非常重要的。特别地，与具有常规使用的发动机的车辆相比，电动车辆的主要局限在于充电时间长。
[0009]因此，需要开发一种能够快速充电且在快速充电期间不会劣化二次电池的性能的二次电池用正极活性材料。
[0010]现有技术文献
[0011](专利文献1)韩国专利第1395846号

技术实现思路

[0012]技术问题
[0013]本专利技术的一个方面提供一种制备正极活性材料的方法，所述正极活性材料能够抑制快速充电期间二次电池的性能劣化并改善输出特性。
[0014]本专利技术的另一个方面提供一种正极活性材料。
[0015]本专利技术的另一个方面提供一种包含所述正极活性材料的锂二次电池用正极。
[0016]本专利技术的另一个方面提供一种包含所述正极的锂二次电池。
[0017]技术方案
[0018]根据本专利技术的一个方面，提供一种制备正极活性材料的方法，所述方法包括：向反应器中添加反应溶液以形成前体粒子的晶种的第一步骤，所述反应溶液包含含过渡金属的溶液、含铵离子的溶液和碱性水溶液，所述含过渡金属的溶液含有镍、钴和锰中的至少一种；通过在所述前体粒子生长直至所述前体粒子的平均粒径(D
50
)为最终制备的前体粒子的平均粒径(D
50
)的大小的30％时将碳源添加到所述反应器中来制备引入碳的前体粒子的第二步骤；以及将所述引入碳的前体粒子与锂原料混合并在750℃～950℃的温度下对混合物进行烧结以制备正极活性材料粒子的第三步骤，其中通过第三步骤的烧结使引入到所述前体粒子中的碳挥发以在所述正极活性材料粒子中形成空腔，并且所述正极活性材料的空腔率为5％～20％。
[0019]根据本专利技术的另一个方面，提供一种正极活性材料，所述正极活性材料包含锂过渡金属氧化物，并且在从所述正极活性材料的粒子的中心到所述粒子的表面的距离为R时，所述正极活性材料在从所述粒子的中心起的距离为0.3R以上的区域中包含空腔，并且所述正极活性材料具有5％～20％的空腔率。
[0020]根据本专利技术的另一个方面，提供一种锂二次电池用正极，所述正极包含上述正极活性材料。
[0021]根据本专利技术的另一个方面，提供一种锂二次电池，所述锂二次电池包含所述二次电池用正极。
[0022]有益效果
[0023]根据本专利技术，增加正极活性材料粒子的表面积以使正极活性材料与电解液之间的接触面积最大化，从而可以在快速充电期间使寿命和电阻特性的性能劣化最小化，并且可以改善输出特性。
附图说明
[0024]图1是在实施例1中制备的正极活性材料前体粒子的横截面扫描电子显微镜(SEM)照片；
[0025]图2是实施例1中的正极活性材料的横截面SEM照片；
[0026]图3是在比较例1中制备的正极活性材料前体粒子的横截面SEM照片；并且
[0027]图4是在比较例1中制备的正极活性材料粒子的横截面SEM照片。
具体实施方式
[0028]在下文中，将更详细地描述本专利技术。
[0029]将理解，说明书和权利要求中使用的词语或术语不应解释为常用字典中定义的含义，并且将进一步理解，应在专利技术人可以适当定义所述词语或术语的含义以对本专利技术进行最佳解释的原则的基础上，将所述词语或术语解释为具有与其在本专利技术的相关领域和技术构思的背景下的含义相一致的含义。
[0030]术语“空腔”在本文中是指当引入到前体粒子中的碳挥发时形成的空的空间，其是指具有约10nm～约1μm、优选约20nm～约500nm直径的大孔。
[0031]术语“空腔率”在本文中是指空腔在正极活性材料粒子的横截面中所占的面积比率，并且可以如下测量空腔率：通过使用聚焦离子束切割正极活性材料粒子，随后使用扫描
电子显微镜拍摄横截面照片，然后使用所述横截面照片计算空腔的总面积相对于正极活性材料粒子的横截面面积的比率。
[0032]本文中的表述“平均粒径(D
50
)”可以定义为在粒径分布曲线中累积体积为50％处的粒径。例如可以通过使用激光衍射法来测定平均粒径(D
50
)。激光衍射法通常可以测量从亚微米级到几毫米范围内的粒径，并且可以获得高度可重复的且高分辨率的结果。
[0033]在整个本说明书中，振实密度是指在填充有粉末时通过在特定条件下使容器振动而获得的粉末的表观密度，并且可以通过使用典型的振实密度测试仪来计算，特别是可以通过使用TAP
‑
2S(Logan Instruments Corp.)根据ASTM B527
‑
06来计算。
[0034]制备正极活性材料的方法
[0035]专利技术人已经发现，当制备正极活性材料前体时，在特定时间点将碳源添加到反应器中以制备引入碳的前体粒子，并且引入到前体粒子中的碳在烧结期间挥发而在正极活性材料粒子中形成空腔，从而可以通过使正极活性材料与电解液之间的反应最大化来改善快速充电期间的输出特性，由此完成了本专利技术。
[0036]具体地，根据本专利技术的制备正极活性材料的方法包括：向反应器中添加反应溶液以形成前体粒子的晶种的第一步骤，所述反应溶液包含含过渡金属的溶液、含铵离子的溶液和碱性水溶液，所述含过渡金属的溶液含有镍、钴和锰中的至少一种；通过在所述前体粒子生长直至所述前体粒子的平均粒径(D
50
)为最终制备的前体粒子的平均粒径(D
50
)的大小的30本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制备正极活性材料的方法，所述方法包括：向反应器中添加反应溶液以形成前体粒子的晶种的第一步骤，所述反应溶液包含含过渡金属的溶液、含铵离子的溶液和碱性水溶液，所述含过渡金属的溶液含有镍、钴和锰中的至少一种；通过在所述前体粒子生长直至所述前体粒子的平均粒径(D
50
)为最终制备的前体粒子的平均粒径(D
50
)的大小的30％时将碳源添加到所述反应器中来制备引入碳的前体粒子的第二步骤；以及将所述引入碳的前体粒子与锂原料混合并在750℃～950℃的温度下对混合物进行烧结以制备正极活性材料粒子的第三步骤，其中通过所述第三步骤的烧结使引入到所述前体粒子中的所述碳挥发以在所述正极活性材料粒子中形成空腔，并且所述正极活性材料的空腔率为5％～20％。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述最终制备的前体粒子具有2μm～20μm的平均粒径(D
50
)。3.根据权利要求1所述的方法，其中当在所述第二步骤中所述前体粒子的平均粒径(D
50
)变为1μm～7μm时，将所述碳源添加到所述反应器中。4.根据权利要求1所述的方法，其中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：申昊锡，金元泰，柳淙烈，林英根，申先植，河昇哲，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：