二次电池用正极活性材料、其制备方法及包含其的二次电池正极技术

本发明专利技术涉及二次电池用正极活性材料，所述正极活性材料是包括镍(Ni)和钴(Co)并且包括锰(Mn)和铝(Al)中的至少一种的锂复合过渡金属氧化物颗粒，其中，所述锂复合过渡金属氧化物颗粒在除锂之外的全部金属中包含60摩尔％以上的镍(Ni)，掺杂元素掺杂在锂复合过渡金属氧化物颗粒上，并且锂复合过渡金属氧化物颗粒的颗粒强度为210MPa至290MPa。的颗粒强度为210MPa至290MPa。的颗粒强度为210MPa至290MPa。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】二次电池用正极活性材料、其制备方法及包含其的二次电池正极
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2018年12月3日向韩国知识产权局提交的10
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2018
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0153838的优先权，通过引用将其公开内容以其整体并入本文。


[0003]本专利技术涉及二次电池用正极活性材料、其制备方法、以及包括所述正极活性材料的二次电池用正极和锂二次电池。

技术介绍

[0004]近来，由于使用电池的电子设备(例如手机、笔记本电脑、电动车辆等)的快速普及，对相对高容量的小型轻量二次电池的需求迅速增加。特别是，锂二次电池重量轻并且具有高能量密度，因此作为便携式设备的驱动电源受到关注。因此，已经积极地进行了用于改善锂二次电池的性能的研究和开发工作。
[0005]当在由能够嵌入和脱嵌锂离子的活性材料制成的正极和负极之间对有机电解质或聚合物电解质进行充电时，当锂离子从正极和负极嵌入/脱嵌时，锂二次电池通过氧化和还原反应产生电能。
[0006]作为锂二次电池的正极活性材料，主要使用了钴酸锂(LiCoO2)。另外，还考虑使用具有层状晶体结构的LiMnO2、具有尖晶石状晶体结构的锂锰氧化物(例如LiMn2O4)和锂镍氧化物(LiNiO2)。
[0007]近来，已经提出使用一部分镍被另一种过渡金属(例如锰和钴)取代的形式的锂复合过渡金属氧化物。特别是，含有高含量的镍的锂复合过渡金属氧化物具有容量特性相对优异的优点。
[0008]然而，在上述正极活性材料的情况下，在电极的制造中进行的辊压处理可能在颗粒上产生裂纹，或者由于锂的重复嵌入/脱嵌而可能发生结构坍塌。由于正极活性材料的颗粒破裂、结构坍塌等导致电池性能下降，因此迫切需要解决这些问题。
[0009]韩国专利公开第10
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2016
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0053849号公开了正极活性材料和包括其的二次电池。

技术实现思路

[0010][技术问题][0011]本专利技术的一个方面提供了一种二次电池用正极活性材料，所述正极活性材料能够防止正极活性材料中的颗粒破裂并改善其结构稳定性。
[0012]本专利技术的另一方面提供了一种二次电池用正极活性材料，所述正极活性材料在高温下具有显著改善的寿命特性。
[0013]本专利技术的另一方面提供了一种制备上述二次电池用正极活性材料的方法。
[0014]本专利技术的又一方面提供了一种用于二次电池和锂二次电池的正极，其均包含上述
二次电池用正极活性材料。
[0015][技术方案][0016]根据本专利技术的一个方面，提供了一种二次电池用正极活性材料，所述正极活性材料是包含镍(Ni)和钴(Co)并且包含锰(Mn)和铝(Al)中的至少一种的锂复合过渡金属氧化物颗粒，其中，所述锂复合过渡金属氧化物颗粒在除锂之外的全部金属中包含60摩尔％以上的镍(Ni)，所述锂复合过渡金属氧化物颗粒上掺杂有掺杂元素，并且所述锂复合过渡金属氧化物颗粒的颗粒强度为210MPa至290MPa。
[0017]根据本专利技术的另一方面，提供了一种制备上述二次电池用正极活性材料的方法，该方法包括：将包含镍(Ni)和钴(Co)并且包含锰(Mn)和铝(Al)中的至少一种的过渡金属氢氧化物与锂化合物混合，在所述过渡金属氢氧化物中，镍(Ni)为全部金属的60摩尔％以上；对所述混合物进行第一焙烧以制备锂复合过渡金属氧化物颗粒，将所述锂复合过渡金属氧化物颗粒与包含掺杂元素的掺杂源混合，并对所述混合物进行第二焙烧，以将掺杂元素掺杂在锂复合过渡金属氧化物颗粒上。
[0018]根据本专利技术的又一方面，提供了一种二次电池用正极，所述正极包括正极集流体和在所述正极集流体上形成的正极活性材料层，其中所述正极活性材料层包括上述二次电池用正极活性材料。
[0019]根据本专利技术的又一方面，提供了一种锂二次电池，其包括：上述二次电池用正极，与所述二次电池用正极相对的负极，置于所述二次电池用正极和所述负极之间的隔膜，及电解质。
[0020][有益效果][0021]本专利技术的二次电池用正极活性材料掺杂有掺杂元素并具有特定的颗粒强度范围。因此，该正极活性材料可以具有显著改善的颗粒结构稳定性，并且可以防止颗粒中的破裂问题。
[0022]另外，由于本专利技术的二次电池用正极活性材料的结构稳定性优异，且颗粒强度被调整至特定范围，因此包含上述二次电池用正极活性材料的用于二次电池和锂二次电池的正极可以在高温下具有显著改善的寿命特性。
[0023]附图描述
[0024]图1是显示出分别包括实施例1至4和比较例1至6各自的二次电池用正极活性材料的锂二次电池的容量保持率的图，容量保持率是每个充电/放电循环的放电容量与初始放电容量之比；
[0025]图2是包括实施例1的二次电池用正极活性材料的锂二次电池的扫描电子显微镜(SEM)照片，以鉴定在高温下(45℃)进行400次充电/放电后正极活性材料颗粒的破裂；
[0026]图3是包括实施例2的二次电池用正极活性材料的锂二次电池的扫描电子显微镜(SEM)照片，以鉴定在高温下(45℃)进行400次充电/放电后正极活性材料颗粒的破裂；
[0027]图4是包括实施例3的二次电池用正极活性材料的锂二次电池的扫描电子显微镜(SEM)照片，以鉴定在高温下(45℃)进行400次充电/放电后正极活性材料颗粒的破裂；
[0028]图5是包括实施例4的二次电池用正极活性材料的锂二次电池的扫描电子显微镜(SEM)照片，以鉴定在高温下(45℃)进行400次充电/放电后正极活性材料颗粒的破裂；
[0029]图6是包括比较例1的二次电池用正极活性材料的锂二次电池的扫描电子显微镜
(SEM)照片，以鉴定在高温下(45℃)进行400次充电/放电后正极活性材料颗粒的破裂；
[0030]图7是包括比较例2的二次电池用正极活性材料的锂二次电池的扫描电子显微镜(SEM)照片，以鉴定在高温下(45℃)进行400次充电/放电后正极活性材料颗粒的破裂；
[0031]图8是包括比较例3的二次电池用正极活性材料的锂二次电池的扫描电子显微镜(SEM)照片，以鉴定在高温下(45℃)进行400次充电/放电后正极活性材料颗粒的破裂；
[0032]图9是包括比较例4的二次电池用正极活性材料的锂二次电池的扫描电子显微镜(SEM)照片，以鉴定在高温下(45℃)进行400次充电/放电后正极活性材料颗粒的破裂；
[0033]图10是包括比较例5的二次电池用正极活性材料的锂二次电池的扫描电子显微镜(SEM)照片，以鉴定在高温下(45℃)进行400次充电/放电后正极活性材料颗粒的破裂；
[0034]图11是包括比较例6的二次电池用正极活性材料的锂二次电池的扫描电子显微镜(SEM)照片，以鉴定在高温下(45℃)进行400次充电/放电后正极活性材料颗粒的破裂；
[0035]图12是显示出通过能量分散光谱仪(EDS)获得的、实施例1的二次本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种二次电池用正极活性材料，所述正极活性材料是包含镍(Ni)和钴(Co)并且包含锰(Mn)和铝(Al)中的至少一种的锂复合过渡金属氧化物颗粒，其中所述锂复合过渡金属氧化物颗粒在除锂之外的全部金属中包含60摩尔％以上的镍(Ni)，掺杂元素掺杂在所述锂复合过渡金属氧化物颗粒上，并且所述锂复合过渡金属氧化物颗粒的颗粒强度为210MPa至290MPa。2.如权利要求1所述的正极活性材料，其中，相对于除锂之外的全部金属，所述掺杂元素被掺杂至6摩尔％至10摩尔％。3.如权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述掺杂元素包含选自由P、B、Al、Si、W、Zr和Ti组成的组的至少一种。4.如权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述锂复合过渡金属氧化物颗粒包含下式1表示的化合物：[式1]Li
p
Ni1‑
x
‑
y
‑
z
Co
x
M
ay
M
bz
O2其中，在式1中，1.0≤p≤1.5，0<x≤0.2，0<y≤0.2，0.06≤z≤0.1，并且0<x+y+z≤0.4，M
a
是选自由Mn和Al组成的组的至少一种，并且M
b
是选自由P、B、Al、Si、W、Zr和Ti组成的组的至少一种。5.如权利要求1所述的正极活性材料，其中，平均粒径(D
50
)为8μm至30μm。6.如权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述掺杂元素被掺杂成使得所述掺杂元素的浓度从所述锂复合过渡金属氧化物颗粒的表面向其中心降低。7.如权利要求1所述的正极活性材料，其中，相对于所述锂复合过渡金属氧化物颗粒的半径，在距颗...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢恩帅，郑王谟，姜玟锡，李尚昱，白韶螺，王文秀，
申请(专利权)人：株式会社LG新能源，
类型：发明
国别省市：