用于锂二次电池的正极活性物质及其制造方法技术

根据示例性实施方案的正极活性物质包括锂金属氧化物颗粒，所述锂金属氧化物颗粒包括层状晶体结构和立方晶体结构，其中基于除锂和氧之外的所有元素的总摩尔数，所述锂金属氧化物颗粒包含80摩尔％以上的镍，并且当通过高分辨率透射电子显微镜分析其晶体结构时，所述锂金属氧化物颗粒仅在距其表面的厚度小于200nm的区域中包括立方晶体结构。的区域中包括立方晶体结构。

【技术实现步骤摘要】
用于锂二次电池的正极活性物质及其制造方法


[0001]本专利技术涉及用于锂二次电池的正极活性物质及其制造方法，更具体地，涉及包括含镍的锂金属氧化物颗粒的正极活性物质及其制造方法。

技术介绍

[0002]二次电池是可重复充电和放电的电池，随着信息通信和显示产业的发展，二次电池被广泛用作如移动电话和笔记本电脑等的便携式电子设备的电源。
[0003]例如，二次电池包括锂二次电池、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，锂二次电池已被积极开发作为电源。
[0004]例如，锂二次电池可以包括：包括正极、负极和隔膜的电极组件；和浸渍电极组件的电解液。此外，锂二次电池可以进一步包括外壳，电极组件和电解液容纳在该外壳中。
[0005]例如，锂二次电池的正极可以通过用包括正极活性物质、粘合剂，并且如必要，还包括导电材料的正极浆料来涂覆正极集流体，随后对其进行干燥和辊压来制备。
[0006]例如，正极活性物质可以包括能够使锂离子可逆地嵌入和脱嵌的物质。
[0007]例如，正极活性物质可以包括锂金属氧化物，并且锂金属氧化物可以包括例如镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)、铝(Al)等的金属元素。
[0008]同时，为了增加锂二次电池的容量，已经进行了关于含有高含量镍的锂金属氧化物(“高Ni基锂金属氧化物”)的研究，其中镍元素的基于除锂之外的所有元素的总摩尔数的含量为80摩尔％以上。
[0009]然而，高Ni基锂金属氧化物具有由于锂离子与镍离子的阳离子混合而在其表面包含大量残余锂(例如锂杂质，如LiOH、Li2CO3等)的特性。
[0010]例如，残余锂可能导致正极浆料凝胶化、电池膨胀等，使得高Ni基锂金属氧化物的制造过程通常包括水洗过程。
[0011]例如，韩国专利登记公布第10
‑
0821523号公开了用水洗涤锂金属氧化物的水洗过程，随后干燥并进行热处理以去除NCA基锂金属氧化物表面上的残余锂。

技术实现思路

[0012]本专利技术的一个目的是提供一种具有结构稳定性的高Ni基正极活性物质及其制造方法。
[0013]本专利技术的另一个目的是提供一种具有提高的寿命特性和高温稳定性的锂二次电池。
[0014]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：包括层状晶体结构(layered crystal structure)和立方晶体结构(cubic crystal structure)的锂金属氧化物颗粒，其中锂金属氧化物颗粒包含基于除锂和氧之外的所有元素的总摩尔数的80摩尔％以上的镍，并且当通过高分辨率透射电子显微镜(HR
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TEM)分析其
晶体结构时，锂金属氧化物颗粒仅在距其表面的厚度小于200nm的区域中包括立方晶体结构。
[0015]在一个实施方案中，锂金属氧化物颗粒可以仅在距其表面的25nm厚度的区域中包括立方晶体结构。
[0016]在一个实施方案中，锂金属氧化物颗粒的比表面积可以为0.25m2/g以下。
[0017]在一个实施方案中，锂金属氧化物颗粒的比表面积可以为0.05m2/g至0.25m2/g。
[0018]在一个实施方案中，存在于锂金属氧化物颗粒中的残余锂的总量可以为6000ppm以下。
[0019]在一个实施方案中，存在于锂金属氧化物颗粒中的残余锂的总量可以为3000ppm以下。
[0020]在一个实施方案中，正极活性物质可以包括形成在锂金属氧化物颗粒的至少一部分表面上的包括金属、半金属(metalloid)或非金属的涂层。
[0021]在一个实施方案中，涂层可以包括铝、锆、硫和硼中的至少一种。
[0022]在一个实施方案中，锂金属氧化物颗粒可以由式1表示。
[0023][式1][0024]Li
x
Ni
a
Co
b
M
c
O
y
[0025]在式1中，M为Al、Zr、Ti、B、Mg、Mn、Ba、Si、Y、W和Sr中的至少一种，并且x、y、a、b和c的范围为0.9≤x≤1.2、1.9≤y≤2.1、0.8≤a≤1、0≤c/(a+b)≤0.13且0≤c≤0.11。
[0026]此外，根据本专利技术的另一个方面，提供了一种制造正极活性物质的方法，所述方法包括：制备锂金属氧化物颗粒；以及用蒸汽或含蒸汽的气体处理锂金属氧化物颗粒，而不用水洗。
[0027]在一个实施方案中，每个锂金属氧化物颗粒均可以包括层状晶体结构，并且可以包含基于除锂和氧之外的所有元素的总摩尔数的80摩尔％以上的镍。
[0028]在一个实施方案中，含蒸汽的气体可以包括氧气、氮气和氩气中的至少一种。
[0029]在一个实施方案中，用蒸汽或含蒸汽的气体的处理可以在100℃以上的温度下进行，并且所述蒸汽或含蒸汽的气体含有羟基自由基(hydroxyl radical)。
[0030]在一个实施方案中，用蒸汽或含蒸汽的气体处理可以包括：升高锂金属氧化物颗粒的材料温度；以及向材料温度升高的锂金属氧化物颗粒喷水。
[0031]在一个实施方案中，材料温度升高的锂金属氧化物颗粒的材料温度可以为100℃至500℃。
[0032]在一个实施方案中，用蒸汽或含蒸汽的气体处理可以包括：将锂金属氧化物颗粒装载到内部温度为100℃以上的反应炉中；以及向锂金属氧化物颗粒喷水。
[0033]在一个实施方案中，可以在搅拌锂金属氧化物颗粒的同时用蒸汽或含蒸汽的气体进行处理。
[0034]在一个实施方案中，用蒸汽或含蒸汽的气体处理可以包括供应氧化剂。
[0035]在一个实施方案中，氧化剂可以包括过氧化氢(H2O2)、高锰酸钾(KMnO4)和过二硫酸钠(Na2S2O8)中的至少一种。
[0036]在一个实施方案中，用蒸汽或含蒸汽的气体处理可以包括提供包括金属、半金属或非金属的涂层源(coating source)。
[0037]在一个实施方案中，涂层源可以包括偏铝酸钠(NaAlO2)、硝酸锆(Zr(NO3)4)、过二硫酸钠(Na2S2O8)和硼酸(H3BO3)中的至少一种。
[0038]在一个实施方案中，该方法可以进一步包括在用蒸汽或含蒸汽的气体处理之后，用金属、半金属或非金属涂覆锂金属氧化物颗粒的至少一部分表面。
[0039]此外，根据本专利技术的另一个方面，提供了一种锂二次电池，其包括：可以包括根据上述实施方案的正极活性物质的正极；以及与该正极相对设置的负极。
[0040]根据示例性实施方案的制造正极活性物质的方法可以进一步减少锂金属氧化物颗粒(例如，高Ni基锂金属氧化物颗粒)中存在的残余锂(residual lithium)(即，锂杂质)的量。
[0041]根据示例性实施方案的制造正极活性物质的方法可以在去除Ni基锂金属氧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极活性物质，其包括：包含层状晶体结构和立方晶体结构的锂金属氧化物颗粒，其中基于除锂和氧之外的所有元素的总摩尔数，所述锂金属氧化物颗粒包含80摩尔％以上的镍，并且当通过高分辨率透射电子显微镜(HR
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TEM)分析其晶体结构时，所述锂金属氧化物颗粒仅在距其表面的厚度小于200nm的区域中包括立方晶体结构。2.根据权利要求1所述的正极活性物质，所述锂金属氧化物颗粒仅在距其表面的25nm厚度的区域中包括立方晶体结构。3.根据权利要求1所述的正极活性物质，其中所述锂金属氧化物颗粒的比表面积为0.25m2/g以下。4.根据权利要求1所述的正极活性物质，其中所述锂金属氧化物颗粒的比表面积为0.05m2/g至0.25m2/g。5.根据权利要求1所述的正极活性物质，其中存在于所述锂金属氧化物颗粒中的残余锂的总量为6000ppm以下。6.根据权利要求1所述的正极活性物质，其中存在于所述锂金属氧化物颗粒中的残余锂的总量为3000ppm以下。7.根据权利要求1所述的正极活性物质，其中所述正极活性物质进一步包括形成在所述锂金属氧化物颗粒的至少一部分表面上的涂层，所述涂层包括金属、半金属或非金属。8.根据权利要求7所述的正极活性物质，其中所述涂层包括铝、锆、硫和硼中的至少一种。9.根据权利要求1所述的正极活性物质，所述锂金属氧化物颗粒由式1表示：[式1]Li
x
Ni
a
Co
b
M
c
O
y
在式1中，M为Al、Zr、Ti、B、Mg、Mn、Ba、Si、Y、W和Sr中的至少一种，并且x、y、a、b和c的范围为0.9≤x≤1.2、1.9≤y≤2.1、0.8≤a≤1、0≤c/(a+b)≤0.13且0≤c≤0.11。10.一种制造正极活性物质的方法，其包括：制备锂金属氧化物颗粒；以及用蒸汽或含蒸汽的气体处理所述锂金属氧化物颗粒，而不用水洗。11.根据权利要求10所述的制造正极活性物质的方法，其中每个所述锂金属氧化物颗粒均包括层状晶体结构，...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞永彬，权希俊，李泰景，崔智勋，韩国炫，
申请(专利权)人：SK新技术株式会社，
类型：发明
国别省市：