正极活性物质及使用其的锂二次电池制造技术

本发明专利技术涉及如下的正极活性物质及使用其的锂二次电池：构成正极活性物质的锂复合氧化物内的锂离子扩散路径以指向特定晶面的方式形成，通过提高上述锂离子扩散路径所指向的晶面的生长来提高电化学特性及稳定性。面的生长来提高电化学特性及稳定性。面的生长来提高电化学特性及稳定性。

【技术实现步骤摘要】
正极活性物质及使用其的锂二次电池


[0001]本专利技术涉及如下的正极活性物质及使用其的锂二次电池：构成正极活性物质的锂复合氧化物内的锂离子扩散路径以指向特定晶面的方式形成，通过提高上述锂离子扩散路径所指向的晶面的生长来提高电化学特性及稳定性。

技术介绍

[0002]电池在正极和负极使用能够进行电化学反应的物质来存储电能。作为这种电池中的代表性例，有通过锂离子在正极及负极中嵌入/脱嵌时的化学势(chemical potential)差来存储电能的锂二次电池。
[0003]上述锂二次电池将能够进行锂离子的可逆嵌入/脱嵌的物质用作正极活性物质和负极活性物质，在上述正极与负极之间填充有机电解液或聚合物电解液来制备。
[0004]使用锂复合氧化物作为锂二次电池的正极活性物质，作为其例，正在研究LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、LiMnO2等的复合氧化物。
[0005]在上述正极活性物质中，LiCoO2因具有优秀的寿命特性及充放电效率而普遍使用，但是，用作原料的钴的资源有限，价格昂贵，因此具有价格竞争力受限的缺点。
[0006]LiMnO2、LiMn2O4等的锂锰氧化物具有热稳定性优秀且价格低廉的优点，但具有容量小、高温特性差的问题。并且，LiNiO2正极活性物质示出高放电容量的电池特性，但由于Li与过渡金属之间的阳离子混合(cation mixing)问题，难以合成，从而在倍率(rate)特性方面具有大问题。
[0007]并且，根据这种阳离子混合的严重程度，产生大量的Li副产物，这些Li副产物的大部分由LiOH及Li2CO3的化合物构成，当制备正极浆料时，成为凝胶(gel)化的问题和制备电极后充放电引起的产生气体的原因。残留Li2CO3通过增加单体的溶胀现象来减少循环，还成为电池膨胀的原因。
[0008]为了弥补这种缺点，作为二次电池正极活性物质，Ni含量为50％以上的高(high)
‑
Ni型的正极活性物质的需求开始增加。但是，这种高
‑
Ni型的正极活性物质示出高容量特性，相反，随着正极活性物质中的Ni含量增加，具有Li/Ni阳离子混合引起的结构不稳定性的问题。由于这种正极活性物质的结构不稳定性，锂二次电池不仅在高温条件下急剧劣化，还在常温条件下急剧劣化。
[0009]另外，近来，不仅提出包含多晶结构的锂复合氧化物的正极活性物质，还提出包含单晶结构的锂复合氧化物的正极活性物质(Journal of The Electrochemical Society,Volume 164,Number 7,A1534
‑
A1544(公开日：2017年05月23日))。
[0010]在上述文献中公开了，具有2μm～3μm的结晶大小的单晶(singl e
‑
crystal)结构的锂复合氧化物(LiNi
0.5
Mn
0.3
Co
0.2
O2)的稳定性与相同组成的多晶结构的锂复合氧化物相比得以部分改善。
[0011]但是，在为了构成正极活性物质的锂复合氧化物的单晶化而使烧成温度上升得过高或使烧成时间变得过长的情况下，在上文中提及的阳离子混合现象可增加。
[0012]尤其，在单晶结构的锂复合氧化物中的阳离子混合现象增加的情况下，除原本预期的层状(layered)结构外，形成过量的具有亚稳态或岩盐(Rock
‑
salt)相的锂复合氧化物，当具有除层状结构之外的相的锂复合氧化物过量存在时，可导致作为它们的集合体的正极活性物质的劣化。如上所述的正极活性物质的劣化成为如容量减少及寿命降低等的原因。
[0013]因此，通过仅提高构成正极活性物质的锂复合氧化物的烧成温度来提高单晶结构的正极活性物质时具有明显的局限性。

技术实现思路

[0014]技术问题
[0015]在锂二次电池用正极活性物质中，在示出正极活性物质的电化学特性的一部分指标与示出稳定性的一部分指标之间可成立一定的折中关系。因此，在将正极活性物质的容量特性过度提高的情况下，随着构成正极活性物质的粒子的结构稳定性降低，具有无法发挥稳定的充放电性能的问题。
[0016]因此，本专利技术的目的在于，提供如下的正极活性物质：保持现有锂二次电池用正极活性物质的高电化学特性，尤其，保持高
‑
Ni型正极活性物质的的高电化学特性，同时，解决低结构稳定性。
[0017]并且，本专利技术的目的在于，提高如下的正极活性物质：构成正极活性物质的锂复合氧化物内的锂离子扩散路径以指向特定晶面的方式形成，通过提高上述锂离子扩散路径所指向的晶面的生长来提高电化学特性及稳定性。
[0018]并且，本专利技术的另一目的在于，提供使用在本申请中定义的正极活性物质的锂二次电池。
[0019]本专利技术的目的并不局限于以上所提及的目的，可通过下述说明理解未提及的本专利技术的其他目的及优点，可通过本专利技术的实施例更清除地理解。并且，可知本专利技术的目的及优点可通过专利技术要求保护范围中示出的手段及其组合来实现。
[0020]解决问题的方案
[0021]根据本专利技术的一实施方式，本专利技术提供一种正极活性物质，其包含能够进行锂的嵌入/脱嵌的层状结构的锂复合氧化物，在对于上述锂复合氧化物使用Cu
‑
Kα射线的X射线衍射分析中获得的归属于(003)面及(012)面的峰强度之比满足下述式1。
[0022]式1：0.131≤I(012)/I(003)≤0.143
[0023]并且，上述锂复合氧化物可以为具有长短轴的形状，在此情况下，在上述锂复合氧化物内形成的锂离子扩散路径能够以与上述锂复合氧化物的长轴方向平行的方式形成。
[0024]并且，在上述锂复合氧化物内形成的锂离子扩散路径以与(003)面平行的方式形成，在上述锂复合氧化物内形成的锂离子扩散路径以指向选自(012)面、(101)面及(104)面中的至少一个晶面的方式形成，由此，可提高通过上述锂复合氧化物的锂离子扩散能力，进而，可提高包含上述锂复合氧化物的正极活性物质的电化学特性。
[0025]其中，上述锂复合氧化物可由下述化学式1表示。
[0026]化学式1：Li
a
Ni1‑
(b+c+d+e)
Co
b
M1
c
M2
d
M3
e
O
f
[0027]其中，M1为选自Mn及Al中的至少一个，M2及M3各自独立地选自Al、Ba、B、Ce、Cr、Mg、
Mn、Mo、Na、K、P、Sr、Ti、W、Nb及Zr中，M1至M3互不相同，0.90≤a≤1.15，0≤b≤0.20，0≤c≤0.10，0≤d≤0.05，0≤e≤0.05，1.0≤f≤2.0。
[0028]在一实施例中，上述锂复合氧化物包含至少一个初始粒子，在上述锂复合氧化物的截面扫描电子显微镜(SEM)图像中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极活性物质，其特征在于，包含能够进行锂的嵌入/脱嵌的层状结构的锂复合氧化物，在对于上述锂复合氧化物使用Cu
‑
Kα射线的X射线衍射分析中获得的归属于(003)面及(012)面的峰强度之比满足下述式1：式1：0.131≤I(012)/I(003)≤0.143。2.根据权利要求1所述的正极活性物质，其特征在于，在对于上述锂复合氧化物使用Cu
‑
Kα射线的X射线衍射分析中获得的归属于(003)面及(104)面的峰强度之比满足下述式2：式2：0.630≤I(104)/I(003)≤0.698。3.根据权利要求1所述的正极活性物质，其特征在于，在对于上述锂复合氧化物使用Cu
‑
Kα射线的X射线衍射分析中获得的归属于(003)面及(101)面的峰强度之比满足下述式3：式3：0.379≤I(101)/I(003)≤0.421。4.根据权利要求1所述的正极活性物质，其特征在于，在上述锂复合氧化物内形成的锂离子扩散路径以与上述锂复合氧化物的长轴方向平行的方式形成。5.根据权利要求1所述的正极活性物质，其特征在于，在上述锂复合氧化物内形成的锂离子扩散路径以与(003)面平行的方式形成。6.根据权利要求1所述的正极活性物质，其特征在于，在上述锂复合氧化物内形成的锂离子扩散路径以指向选自(012)面、(101)面及(104)面中的至少一个晶面的方式形成。7.根据权利要求1所述的正极活性物质，其特征在于，上述锂复合氧化物由下述化学式1表示：化学式1：Li
a
Ni1‑
(b+c+d+e)
Co
b
M1
c
M2
d
M3
e
O
f
，其中，M1为选自Mn及Al中的至少一种，M2及M3各自独立地选自Al、Ba、B、Ce、Cr、Mg、Mn、Mo、Na、K、P、Sr、Ti、W、Nb及Zr中，M1至M3互不相同，0.90≤a≤1.15，0≤b≤0.20，0≤c≤0.10，0≤d≤0.05，0≤e≤0.05，1.0≤f≤2.0。8.根据权利要求7所述的正极活性物质，其特征在于，由上述化学式1表示的上述锂复合氧化物中的由下述式4计算的镍的摩尔比为0.6以上，式4：Ni(摩尔比)＝Ni(摩尔百分比)/(Ni(摩尔百分比)+Co(摩尔百分比)+M1(摩尔百分比)+M2(摩尔百分比)+M3(摩尔百分比))。9.根据权利要求1所述的正极活性物质，其特征在于，上述锂复合氧化物的平均粒径为0.1μm至20μm。10.根据权利要求1所述的正极活性物质，其特征在于，上述锂复合氧化物包含至少一个初始粒子，在上述锂复合氧化物的截面扫描电子显微镜图像中，对于位于横...

【专利技术属性】
技术研发人员：文采媛，庾炫钟，朴正培，崔文豪，
申请(专利权)人：艾可普罗BM有限公司，
类型：发明
国别省市：