锂二次电池用正极活性材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种正极活性材料、制备该正极活性材料的方法、以及包含该正极活性材料的正极和锂二次电池，该正极活性材料包含：具有尖晶石晶体结构的锂过渡金属氧化物；以及位于该锂过渡金属氧化物表面上的涂层，其中所述涂层包含具有斜方晶结构并由化学式1表示的氧化物。物。物。

【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及其制备方法


[0001]相关申请的交互引用
[0002]本申请要求于2019年11月13日在韩国知识产权局提交的10
‑
2019
‑
0145386号韩国专利申请的权益，所述专利申请的公开内容通过引用整体并入本文。
[0003]

[0004]本专利技术涉及锂二次电池用正极活性材料、该正极活性材料的制造方法、包含该正极活性材料的锂二次电池用正极、以及锂二次电池。

技术介绍

[0005]随着移动装置的技术发展和需求增加，对作为能源的二次电池的需求已迅速增长。在这样的二次电池当中，能量密度和电压高、循环寿命长、并且自放电率低的锂二次电池已经商业化并得到广泛应用。
[0006]作为锂二次电池的正极活性材料，使用了锂过渡金属氧化物。在这样的锂过渡金属氧化物之中，主要使用具有高功能电压和优异容量性质的锂钴氧化物，例如LiCoO2。然而，LiCoO2由于因脱锂导致的晶体结构不稳定化使得热性质非常差，并且价格也昂贵。因此，LiCoO2在大量用作诸如电动车辆等领域的电源方面具有局限性。
[0007]作为替代LiCoO2的材料，正在开发锂过渡金属氧化物(LiMO2；其中M包含Ni、Co或Mn中的至少一种)。所述锂过渡金属氧化物的问题在于，由于在高温下充电/放电期间与电解液反应形成的HF导致过渡金属被溶出，由此，性能迅速劣化。
[0008]因此，需要开发一种正极活性材料，其可通过抑制高温充电/放电期间锂过渡金属氧化物和电解液之间的反应来制造具有优异的高温性质的二次电池。

技术实现思路

[0009]技术问题
[0010]为了解决上述问题，本专利技术的第一方面提供了一种正极活性材料，可以解决在高温充电/放电期间能量密度劣化的问题。
[0011]本专利技术的第二方面提供了一种制造所述正极活性材料的方法。
[0012]本专利技术的第三方面提供了一种包含所述正极活性材料的锂二次电池用正极。
[0013]本专利技术的第四方面提供了一种包含所述正极的锂二次电池。
[0014]技术方案
[0015]根据本专利技术的一个方面，提供了一种正极活性材料，包含具有尖晶石晶体结构的锂过渡金属氧化物、以及位于所述锂过渡金属氧化物表面上的涂层，其中所述涂层具有斜方晶结构、并且包含由下式1表示的氧化物。
[0016][式1][0017]Li
2+x
Ni1‑
y
M1
y
O
2+z
[0018]在上式1中，0≤x≤0.2、0<y≤0.5且0≤z≤0.2，并且M1包含选自由Cu、Mg、Pt、Al、
Co、P和B组成的组中的一种以上。
[0019]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种制造正极活性材料的方法，所述方法包括准备具有尖晶石晶体结构的锂过渡金属氧化物，并在所述锂过渡金属氧化物的表面上以湿法方式形成具有斜方晶结构并且包含由上式1表示的氧化物的涂层。
[0020]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种包含所述正极活性材料的锂二次电池用正极。
[0021]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种包含所述锂二次电池用正极的锂二次电池。
[0022]有益效果
[0023]根据本专利技术，在锂过渡金属氧化物的表面上形成具有特定结构的涂层以易于抑制充电/放电期间所述锂过渡金属氧化物和电解液之间的反应，由此抑制过渡金属从所述锂过渡金属氧化物中溶出，使得在应用于电池时，即使当进行高温循环时也可以改善效率和容量。
附图说明
[0024]图1示出了用于形成具有斜方晶体结构的涂层的氧化物的晶体结构，所述氧化物属于Immm空间群；
[0025]图2是显示锂离子在用于形成具有斜方晶结构的涂层的氧化物中的扩散路径的图，所述氧化物属于Immm空间群；
[0026]图3的图示出了实施例1中用作涂层形成用材料的Li2Cu
0.5
Ni
0.5
O2的X射线衍射(XRD)图谱；
[0027]图4的图示出了比较例1中用作涂层形成用材料的Li2CuO2的X射线衍射(XRD)图谱；和
[0028]图5的图示出了比较例2中用作涂层形成用材料的Li2NiO2的X射线衍射(XRD)图谱。
具体实施方式
[0029]以下，将更详细地描述本专利技术。
[0030]应理解，在本专利技术的说明书和权利要求书中使用的词语或术语不应被解释为限于具有常用词典中定义的含义。应进一步理解，基于专利技术人可以恰当定义词语或术语的含义来最佳解释本专利技术的原则，所述词语或术语应被解释为具有与其在本专利技术的相关领域和技术理念的语境中的含义相一致的含义。
[0031]正极活性材料
[0032]本专利技术人发现，当通过使用具有特定晶体结构和式子的化合物在锂过渡金属氧化物的表面上形成涂层时，所述涂层牢固地吸附在所述锂过渡金属氧化物表面上，从而稳定所述锂过渡金属氧化物的表面结构、抑制所述锂过渡金属氧化物和电解液之间的副反应以及过渡金属的溶出、并同时改善锂离子的扩散性，从而完成了本专利技术。
[0033]具体而言，根据本专利技术的正极活性材料包含具有尖晶石晶体结构的锂过渡金属氧化物、以及位于所述锂过渡金属氧化物表面上的涂层，其中所述涂层具有斜方晶结构、并且包含由下式1表示的氧化物。
[0034][式1][0035]Li
2+x
Ni1‑
y
M1
y
O
2+z
[0036]在上式1中，
[0037]0≤x≤0.2、0<y≤0.5且0≤z≤0.2，并且M1包含选自由Cu、Mg、Pt、Al、Co、P和B组成的组中的一种以上。
[0038]以下，将更详细地描述根据本专利技术的正极活性材料。
[0039]首先，根据本专利技术的锂过渡金属氧化物是具有尖晶石系结构的锂过渡金属氧化物。
[0040]具体而言，所述锂过渡金属氧化物可以是由下式2表示的锂锰系氧化物。
[0041][式2][0042]Li
1+a1
Mn2‑
x1
M
2x1
O4‑
y1
A
y1
[0043]在上式2中，M2包含选自由Ni、Co和Al组成的组中的一种以上元素，A包含选自由F、Cl、Br、I、At和S组成的组中的一种以上元素，并且0≤a1≤0.2、0≤x1≤0.5且0≤y1≤0.1。
[0044]具体而言，在上式2中，A是置换锂锰氧化物中的氧位点的元素，并且可以是选自由F、Cl、Br、I、At和S组成的组中的一种以上元素。
[0045]另一方面，1+a1表示所述锂锰氧化物中锂的摩尔比，其中a1可满足0≤a1≤0.2，更优选0≤a1≤0.1。
[0046]x1表示所述锂锰氧化物中掺杂元素M2的摩尔比，其中x1可满足0≤x1≤0.5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】1.一种正极活性材料，包含：具有尖晶石晶体结构的锂过渡金属氧化物；以及位于所述锂过渡金属氧化物表面上的涂层，其中所述涂层具有斜方晶结构、并且包含由下式1表示的氧化物，[式1]Li
2+x
Ni1‑
y
M1
y
O
2+z
，其中在上式1中，0≤x≤0.2、0<y≤0.5且0≤z≤0.2，并且M1包含选自由Cu、Mg、Pt、Al、Co、P和B组成的组中的一种以上。2.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中所述涂层的厚度为1nm至20nm。3.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中由上式1表示的所述氧化物属于Immm空间群。4.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中在上式1中，0≤x≤0.1、0.3≤y≤0.5且0≤z≤0.05。5.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中M1包含铜。6.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中由上式1表示的所述氧化物是Li2Cu
0.5
Ni
0.5
O2。7.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中由上式1表示的所述氧化物的晶格参数为且且8.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中所述锂过渡金属氧化物由下式2表示：[式2]Li
1+a1
Mn2‑
x1
M
2x1
O4‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：林圣哲，张民哲，金镒弘，严仁晟，郑炳孝，
申请(专利权)人：株式会社LG新能源，
类型：发明
国别省市：