正极活性物质及包含其的锂二次电池制造技术

根据本发明专利技术的实施方案的正极活性物质包括锂复合氧化物颗粒，所述锂复合氧化物颗粒具有其中聚集有多个一次颗粒的二次颗粒形式，其中所述一次颗粒分别包括锂离子扩散通过的锂传导路径。其中所述一次颗粒包括第一颗粒，并且所述第一颗粒具有由从所述第一颗粒的中心至所述锂复合氧化物颗粒的中心的方向与包含于所述第一颗粒中的锂传导路径的方向所形成的45

【技术实现步骤摘要】
正极活性物质及包含其的锂二次电池


[0001]本专利技术涉及正极活性物质及包含该正极活性物质的锂二次电池，更具体地，涉及包含多种金属元素的正极活性物质及包含该正极活性物质的锂二次电池。

技术介绍

[0002]二次电池是可重复充电和放电的电池，并且已经被广泛应用于便携式电子设备，例如移动电话、笔记本电脑等作为其电源。
[0003]二次电池的实例可以包括锂二次电池、镍镉电池、镍氢电池等。其中，锂二次电池的工作电压和每单位重量能量密度高，并且在充电速度和重量轻方面是有利的。就这一点而言，锂二次电池已经被积极开发并用作电源。
[0004]锂二次电池的正极包括能够使锂离子可逆地嵌入和脱嵌的正极活性物质。例如，可以使用锂复合氧化物(lithium composite oxide)作为正极活性物质。
[0005]锂复合氧化物可以包括例如金属元素，例如镍、钴、锰、铝等。
[0006]随着锂二次电池的应用领域扩展到例如混合动力汽车等大型设备，已经积极地进行了具有增加的镍含量的高镍锂复合氧化物的研究和开发以确保锂二次电池的高容量。
[0007]例如，韩国登记专利公布第10
‑
0821523号公开了一种制造包括高镍基锂复合氧化物的正极活性物质的方法。
[0008][现有技术文献][0009][专利文献][0010]韩国登记专利公布第10
‑
0821523号

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的是提供一种用于锂二次电池的正极活性物质，其具有提高的机械稳定性和化学稳定性。
[0012]本专利技术的另一个目的是提供一种包括具有提高的机械稳定性和化学稳定性的正极活性物质的锂二次电池。
[0013]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种正极活性物质，其包括：锂复合氧化物颗粒，其具有其中聚集有多个一次颗粒的二次颗粒形式，其中一次颗粒分别包括锂离子扩散通过的锂传导路径(lithium conduction pathway)，其中一次颗粒包括第一颗粒，并且第一颗粒具有由从第一颗粒的中心至锂复合氧化物颗粒的中心的方向与包含于第一颗粒中的锂传导路径的方向所形成的45
°
至90
°
的夹角，其中位于锂复合氧化物颗粒的表面上的一次颗粒中的第一颗粒的数量的比率为20％以上。
[0014]在本专利技术的一个实施方案中，一次颗粒可以具有六方晶体结构。
[0015]在一些实施方案中，锂传导路径可以形成于所述六方晶体结构的ab轴方向。
[0016]在本专利技术的一个实施方案中，第一颗粒可以包括具有三角形形状的颗粒。
[0017]在本专利技术的一个实施方案中，一次颗粒可以进一步包括第二颗粒，并且第二颗粒
可以具有由从第二颗粒的中心至锂复合氧化物颗粒的中心的方向与包含于第二颗粒中的锂传导路径的方向所形成的小于45
°
的夹角。
[0018]在本专利技术的一个实施方案中，锂复合氧化物颗粒的比表面积可以为0.25m2/g以下。
[0019]在本专利技术的一个实施方案中，在锂复合氧化物颗粒的除锂和氧之外的元素中镍的摩尔分数可以为0.6以上。
[0020]在本专利技术的一个实施方案中，锂复合氧化物颗粒的强度可以为120Mpa以上。
[0021]根据本专利技术的一个方面，提供了一种锂二次电池，其包括：包括上述正极活性物质的正极、负极和介于正极与负极之间的隔膜。
[0022]本专利技术的正极活性物质包括其中聚集有多个一次颗粒的二次颗粒形式的锂复合氧化物颗粒，其中一次颗粒分别包括锂离子扩散通过的锂传导路径，并且一次颗粒包括第一颗粒，其中第一颗粒可以具有由从第一颗粒的中心至锂复合氧化物颗粒的中心的方向与包含于第一颗粒中的锂传导路径的方向所形成的45
°
至90
°
的夹角。
[0023]在锂复合氧化物颗粒中，可以减小吸收到锂复合氧化物颗粒中心的电解液的渗透深度(penetration depth)，以抑制与电解液的副反应。相应地，可以减少锂复合氧化物颗粒与电解液之间的副反应产生的气体量。
[0024]此外，由于锂复合氧化物颗粒可以具有较小的比表面积，可以减少与电解液接触的表面以抑制与电解液的副反应。相应地，可以进一步减少由锂复合氧化物与电解液之间的副反应产生的气体量。
[0025]锂复合氧化物颗粒可以具有提高的强度。因此，可以进一步提高包括该锂复合氧化物颗粒的正极的机械安全性。
[0026]锂复合氧化物可以具有少量残余的锂(例如，Li2CO3、LiOH等)。因此，在制造过程中可以省略水洗工艺，因此是有利的。
附图说明
[0027]根据以下结合附图的详细描述，将更清楚地理解本专利技术的上述和其他目的、特征和其他优点，其中：
[0028]图1和图2为用于描述一次颗粒的晶体结构和锂传导路径(锂路径)的示意图；
[0029]图3为根据本专利技术的实施方案的锂复合氧化物颗粒的表面的透射电子显微镜(TEM)图像；
[0030]图4为示出根据本专利技术的示例性实施方案的锂二次电池的示意性剖视图；
[0031]图5至图8为实施例1和比较例1的复合氢氧化物颗粒和锂复合氧化物颗粒的扫描电子显微镜(SEM)图像；
[0032]图9和图10为示出对实施例1和比较例1的锂复合氧化物颗粒进行电子背散射衍射(electron back scatter diffraction，EBSD)分析的结果的图像。
具体实施方式
[0033]如本文所用，术语“一次颗粒”可以指单独存在而不形成聚集体的单个颗粒(整体(monolith))。
[0034]如本文所用，术语“二次颗粒”可以指其中聚集有一次颗粒结构的颗粒。
[0035]例如，可以基于扫描电子显微镜(SEM)图像对一次颗粒和二次颗粒进行分类。
[0036]本专利技术的正极活性物质包括其中聚集有多个一次颗粒的二次颗粒形式的锂复合氧化物颗粒，其中一次颗粒可以分别包括锂离子扩散通过的锂传导路径(锂路径)，其中一次颗粒可以包括第一颗粒，并且第一颗粒可以具有由从第一颗粒的中心至锂复合氧化物颗粒的中心的方向与包含于第一颗粒中的锂传导路径的方向所形成的45
°
至90
°
的夹角，并且其中位于锂复合氧化物颗粒表面上的一次颗粒中的第一颗粒的数量的比率可以为20％以上。
[0037]本专利技术的正极活性物质可以有效抑制与电解液的副反应，从而可以明显减少正极活性物质与电解液之间的副反应所产生的气体量。
[0038]此外，本专利技术的正极活性物质可以具有提高的颗粒强度，从而实现具有提高的机械稳定性的正极。
[0039]此外，由于本专利技术的正极活性物质具有少量的表面残余锂，因此在制造过程中可以省略水洗工艺，并且该过程可以更加简化。
[0040]在下文中，将参照附图详细描述本专利技术的示例性实施方案。然而，这些实施方案仅仅是实例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极活性物质，其包括：锂复合氧化物颗粒，所述锂复合氧化物颗粒具有其中聚集有多个一次颗粒的二次颗粒形式，其中所述一次颗粒分别包括锂离子扩散通过的锂传导路径，其中所述一次颗粒包括第一颗粒，并且所述第一颗粒具有由从所述第一颗粒的中心至所述锂复合氧化物颗粒的中心的方向与包含于所述第一颗粒中的锂传导路径的方向所形成的45
°
至90
°
的夹角，其中位于所述锂复合氧化物颗粒表面上的所述一次颗粒中的所述第一颗粒的数量的比率为20％以上。2.根据权利要求1所述的正极活性物质，其中所述一次颗粒具有六方晶体结构。3.根据权利要求2所述的正极活性物质，其中所述锂传导路径形成于所述六方晶体结构的ab轴方向。4.根据权利要求1所述的正极活性物质，其中所述第一颗粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴晟淳，崔智勋，金直洙，李光浩，田晸薰，
申请(专利权)人：SK新技术株式会社，
类型：发明
国别省市：