正极活性物质、制备其的方法和包含其的锂二次电池技术

本申请提供了用于锂二次电池的正极活性物质、制备其的方法和含有包括正极活性物质的正极的锂二次电池，其中正极活性物质包括含有单晶颗粒的镍类锂金属氧化物，并且单晶颗粒的颗粒尺寸为约1μm至约8μm，并且由(D90

【技术实现步骤摘要】
正极活性物质、制备其的方法和包含其的锂二次电池
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求在韩国知识产权局于2021年9月1日提交的韩国专利申请第10
‑
2021
‑
0116497号的优先权和权益，其全部内容通过引用由此并入。


[0003]本公开的一个或多个实施方式涉及用于锂二次电池的正极活性物质、制备其的方法和包括包含其的正极的锂二次电池。

技术介绍

[0004]随着便携式电子装置和通信装置的发展，非常需要开发具有高能量密度的锂二次电池。然而，具有高能量密度的锂二次电池的安全性可能降低，并且因此在这方面需要提高。
[0005]为了制造具有长寿命和减少的气体的锂二次电池，已对使用单晶正极活性物质作为用于锂二次电池的正极活性物质进行了研究。
[0006]然而，当制备单晶正极活性物质时，通常使用助熔剂。当使用助熔剂时，必须经过洗涤工艺，这是去除残留盐的必要工艺。相应地，增加了制造成本并且使制备工艺复杂。另外，由于用于单晶化的高温热处理，单晶正极活性物质可能具有颗粒凝聚，或其产率可能降低。

技术实现思路

[0007]本公开的一个或多个实施方式包括用于锂二次电池的正极活性物质，该正极活性物质具有抑制或减少的颗粒间聚集以及卓越的结构和形态稳定性。
[0008]一个或多个实施方式包括制备正极活性物质的方法。
[0009]一个或多个实施方式包括锂二次电池，其由于包括包含正极活性物质的正极而具有提高的循环特性。
[0010]实施方式的另外方面将部分在随后的描述中陈述，并且部分地，将从描述中显而易见，或可通过所呈现的本公开的实施方式的实践而了解到。
[0011]根据一个或多个实施方式，用于锂二次电池的正极活性物质包括：
[0012]含有单晶颗粒的镍类锂金属氧化物，其中
[0013]单晶颗粒的颗粒尺寸为约1μm至约8μm，并且
[0014]表示为(D90
‑
D10)/D50的单晶颗粒的颗粒尺寸分布为1.4或更小。
[0015]根据一个或多个实施方式，制备用于锂二次电池的正极活性物质的方法包括：通过镍前体与选自由M1前体和M2前体组成的组中的至少一种化合物的共沉淀反应，并且然后干燥所得物，获得其中具有孔的镍类金属前体；
[0016]获得其中具有孔的镍类金属前体和锂前体的混合物；
[0017]进行混合物的第一热处理以获得多孔氧化物颗粒；和
[0018]粉碎多孔氧化物颗粒，其中
[0019]M1前体可为选自钴前体、锰前体和铝前体中的至少一种化合物，并且
[0020]M2前体可为包括选自硼(B)、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、铁(Fe)、铜(Cu)和锆(Zr)中的至少一种元素的前体。
[0021]根据一个或多个实施方式，锂二次电池包括：含有正极活性物质的正极；负极；和其间的电解质。
附图说明
[0022]本公开的某些实施方式的上面和其他方面和特征将从结合所附附图的下述描述中更显而易见，其中：
[0023]图1示意性显示了制造根据实施方式的正极活性物质的工艺；
[0024]图2A显示了根据制备例1制备的镍类金属前体的表面的扫描电子显微镜(SEM)分析的结果；
[0025]图2B和图2C显示了根据制备例1制备的镍类金属前体的横截面的SEM分析的结果；
[0026]图2D显示了根据比较制备例1制备的镍类金属前体的横截面的SEM分析的结果；
[0027]图3A显示了根据实施例1的第一热处理后获得的产物的表面的SEM分析的结果；
[0028]图3B显示了根据实施例1的第一热处理后获得的产物的横截面的SEM分析的结果；
[0029]图3C显示了根据比较例1的第一热处理后获得的产物的横截面的SEM分析的结果；
[0030]图4A显示了根据实施例2的粉碎后的产物的表面的SEM分析的结果；
[0031]图4B显示了图4A的部分区域的放大视图；
[0032]图4C显示了根据实施例2的第二热处理后的产物的表面的SEM分析的结果；
[0033]图4D显示了根据实施例2获得的正极活性物质的能量色散X
‑
射线光谱仪(EDS)映像的结果；
[0034]图5A显示了使用颗粒尺寸分析仪(PSA)获得的根据实施例1和比较例1制备的单晶颗粒的颗粒尺寸分布特性的分析结果；
[0035]图5B和图5C显示了使用PSA获得的依据根据实施例2的每个步骤获得的SP、PP和SC的颗粒尺寸分布特性的分析结果；
[0036]图6A和图6B分别为显示根据实施例1和比较例2的5kg的第一热处理产物的充电测试的结果的视图；
[0037]图7A显示了显示作为根据评估例4的批量生产测试的结果的电压根据硬币半电池的容量变化的视图；
[0038]图7B显示了显示作为根据评估例4的批量生产测试的结果的硬币半电池的容量保持率特性的视图；
[0039]图8显示了利用使用Cu Kα辐射的X'pert pro(PANalytical)用于根据实施例2制备的SP、PP和SC的X
‑
射线衍射(XRD)分析的结果；
[0040]图9显示了制造例1和比较制造例1的硬币半电池中的容量保持率特性的变化；
[0041]图10A和图10B分别显示了制造例2和比较制造例3的电池中循环前正极的横截面的SEM图像；
[0042]图10C和图10D分别显示了制造例2和比较制造例3的电池中200次循环后正极的横
截面的SEM图像；
[0043]图10E和图10F分别显示了200次循环前后正极制造例2和比较制造例3中的每种正极活性物质的(003)峰的非原位XRD分析的结果；
[0044]图11A和图11B分别显示了评估例8中包括PC混合电极和SC混合电极的全电池的性能测试结果。
[0045]图11C和图11D分别显示了评估例8中包括PC混合电极和SC混合电极的全电池的容量保持率的变化；
[0046]图12A和图12B分别显示了通过使用原位色谱法获得的评估例8的SC和PC混合全电池的制造工艺的分析结果；并且
[0047]图13显示了根据实施方式的锂二次电池的示意图。
具体实施方式
[0048]现将更详细参考实施方式，其示例在所附附图中说明，其中相同的附图标记通篇指相同的元件。在这一点，本实施方式可具有不同的形式并且不应解释为限于本文陈述的描述。相应地，下面仅通过参考各图来描述实施方式，以解释本公开的实施方式的各方面。如本文使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关的列举项目的任何和所有组合。表述如“至少一个”当在元素的列表之前时，修饰整列元素而不是修饰列表的单个元素。
[0049]下文，将更详细描述根据实施方式的用于锂二次电池的正极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于锂二次电池的正极活性物质，所述正极活性物质包括：含有单晶颗粒的镍类锂金属氧化物，其中所述单晶颗粒的颗粒尺寸为1μm至8μm，并且由(D90
‑
D10)/D50表示的所述单晶颗粒的颗粒尺寸分布为1.4或更小。2.如权利要求1所述的正极活性物质，其中所述颗粒尺寸分布为1.0至1.4。3.如权利要求1所述的正极活性物质，其中所述正极活性物质的所述D50为2μm至4μm。4.如权利要求1所述的正极活性物质，其中所述正极活性物质的所述D10为1.2μm至2μm，并且所述正极活性物质的所述D90为4μm至7μm。5.如权利要求1所述的正极活性物质，其中所述镍类锂金属氧化物为由式1表示的化合物：式1Li
a
(Ni1‑
x
‑
y
M1
x
M2
y
)O2±
α1
其中，在式1中，M1为选自Co、Mn和Al中的至少一种元素，M2为选自硼、镁、钙、锶、钡、钛、钒、铬、铁、铜和锆中的至少一种元素，并且0.95≤a≤1.1，0.6≤(1
‑
x
‑
y)<1，0≤x<0.4，0≤y<0.4，并且0≤α1≤0.1，其中，不包括其中x和y均为0的情况。6.如权利要求5所述的正极活性物质，其中所述镍类锂金属氧化物为由式2表示的化合物：式2Li
a
(Ni1‑
x
‑
y
‑
z
Co
x
M3
y
M4
z
)O2±
α1
其中，在式2中，M3为选自Mn和Al中的至少一种元素，M4为选自硼、镁、钙、锶、钡、钛、钒、铬、铁、铜和锆中的至少一种元素，并且0.95≤a≤1.1，0.6≤(1
‑
x
‑
y
‑
z)<1，0≤x<0.4，0≤y<0.4，0≤z<0.4，并且0≤α1≤0.1，其中，不包括其中x、y和z各自为0的情况。7.如权利要求1所述的正极活性物质，其中所述单晶颗粒的所述颗粒尺寸为2μm至6μm。8.如权利要求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10个或更少个初级颗粒的聚集体。9.如权利要求1所述的正极活性物质，其中通过X
‑
射线衍射分析测量的峰强度比I
(003)
/I
(104)
为1.2至4.0。10.如权利要求1所述的正极活性物质，其中在所述正极活性物质的X
‑
射线衍射分析中获得的W
(003)
/W
(104)
为1.01至1.09。11.如权利要求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所述镍类锂金属氧化物的表面上的含钴化合物涂层。12.如权利要求11所述的正极活性物质，其中基于所述正极活性物质的总量，包括在所述含钴化合物涂层中的钴化合物的量为
0.1mol％至5.0mol％。13.如权利要求11所述的正极活性物质，其中所述含钴化合物涂层的厚度为1nm至50nm。14.如权利要求11所述的正极活性物质，其中包括在所述含钴化合物涂层中的钴化合物为氧化钴、氧化锂钴或其组合。15.如权利要求11所述的正极活性物质，其中所述含钴化合物涂层进一步包括选自硼、锰、磷、铝、锌、锆和钛中的至少一种元素。16.一种制备用于锂二次电池的正极活性物质的方法，所述方法包括：通过镍前体与选自M1前体和M2前体中的至少一种化合物的共沉淀反应，并且然后干燥所得物，获得其中具有孔的镍类金属前体；获得所述其中具有孔的镍类金属前体和锂前体的混合物；对所述混合物进行第一热处理以获得多孔氧化物颗粒；以及粉碎所述多孔氧化物颗粒，其中所述M1前体为选自钴前体、锰前体和铝前体中的至少一种化合物，并且M2前体为包含选自硼、镁、钙、锶、钡、钛、钒、铬、铁、铜和锆中的至少一种元素的前体。17.如权利要求16所述的方法，其中使用络合剂和pH调节剂进行所述共沉淀反应，并且所述络合剂为氨水、柠檬酸或其组合，并且所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李斗均，姜秉旭，金成洙，金世焕，金秀玄，刘容赞，李章旭，车旼娥，崔丞然，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：