正极活性材料前体、其制备方法以及正极活性材料技术

本发明专利技术涉及一种正极活性材料前体、其制造方法以及由其制造的正极活性材料，所述正极活性材料前体是由一次粒子聚集而成的球形二次粒子，并包含：由随机取向的一次粒子构成的第一核部；在所述第一核部上形成的第一壳部，其由具有从二次粒子的中心朝向表面的方向取向的(001)面的一次粒子构成；以及在所述第一壳部上形成的第二壳部，其由随机取向的一次粒子构成。构成。构成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】正极活性材料前体、其制备方法以及正极活性材料


[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年12月1日提交的韩国专利申请第10
‑
2020
‑
0165675号的优先权，通过引用将其公开内容并入本文中。
[0003]

[0004]本专利技术涉及一种能够实现具有优异的容量特性、寿命特性和电阻特性的二次电池的正极活性材料前体，其制备方法，以及正极活性材料。

技术介绍

[0005]随着近来关于移动装置和电动车辆的技术发展和需求的增长，对作为能源的二次电池的需求已经显著增加。在这些二次电池之中，具有高能量密度、高电压、长循环寿命和低自放电率的锂二次电池已经商业化并广泛使用。
[0006]已经开发了锂过渡金属氧化物例如锂钴氧化物如LiCoO2、锂镍氧化物例如LiNiO2、锂锰氧化物例如LiMnO2或LiMn2O4、或锂铁磷酸盐例如LiFePO4作为锂二次电池的正极活性材料，并且最近已开发了包含两种以上过渡金属的锂复合过渡金属氧化物，例如Li[Ni
a
Co
b
Mn
c
]O2、Li[Ni
a
Co
b
Al
c
]O2和Li[Ni
a
Co
b
Mn
c
Al
d
]O2，并被广泛使用。
[0007]另外，关于上述包含两种以上过渡金属的锂复合过渡金属氧化物，采用以掺杂元素掺杂该锂复合过渡金属氧化物或涂布其表面的方法来改善电池性能和稳定性。
[0008]然而，在以掺杂元素掺杂或表面涂布期间，因为由于副反应导致在正极活性材料的表面上形成不想要的材料，或正极活性材料中包含的一次粒子的形状或取向被改变，所以当该正极活性材料用于电池时，存在容量、寿命或电阻特性劣化的问题。
[0009]因此，需要一种能够改善电池的容量特性、寿命特性和电阻特性的正极活性材料。

技术实现思路

[0010]技术问题
[0011]本专利技术的一个方面提供了一种正极活性材料前体和一种正极活性材料，其可以实现具有优异的容量特性、寿命特性和电阻特性的二次电池。
[0012]技术方案
[0013]根据本专利技术的一个方面，提供了一种正极活性材料前体，所述正极活性材料前体是由一次粒子聚集而成的球形二次粒子，并包含：由随机取向的一次粒子构成的第一核部；在所述第一核部上形成的第一壳部，所述第一壳部由具有从所述二次粒子的中心朝向其表面的方向取向的(001)面的一次粒子构成；以及在所述第一壳部上形成的第二壳部，所述第二壳部由随机取向的一次粒子构成。
[0014]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种制备根据本专利技术的正极活性材料前体的方法，所述方法包括下述步骤：
[0015](A)在向反应器添加含有镍(Ni)、钴(Co)和锰(Mn)离子的含过渡金属溶液、铵阳离
子络合剂和碱性溶液的同时，通过共沉淀反应形成第一核部；
[0016](B)在向包含所述第一核部的反应器添加所述含过渡金属溶液、铵阳离子络合剂和碱性溶液的同时，通过共沉淀反应在所述第一核部上形成第一壳部；和
[0017](C)在向包含形成在所述第一核部上的所述第一壳部的反应器添加所述含过渡金属溶液、铵阳离子络合剂、碱性溶液、和含M3(选自Nb、Ti、Al、Mo、W、Ta、V和La中的至少一种元素)离子的第三掺杂溶液的同时，通过共沉淀反应在所述第一壳部上形成第二壳部，
[0018]其中步骤(B)的共沉淀反应在低于步骤(A)的共沉淀反应的pH下进行。
[0019]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种正极活性材料，所述正极活性材料是由一次粒子聚集而成的球形二次粒子，并包含：由随机取向的一次粒子构成的第二核部；在所述第二核部上形成的第三壳部，所述第三壳部由具有从所述二次粒子的中心朝向其表面的方向取向的(003)面的棒状一次粒子构成；以及在所述第三壳部上形成的第四壳部，所述第四壳部由随机取向的一次粒子构成。
[0020]有益效果
[0021]因为根据本专利技术的正极活性材料前体包含：由随机取向的一次粒子构成的第一核部；在所述第一核部上形成的第一壳部，所述第一壳部由具有从二次粒子的中心朝向其表面的方向取向的(001)面的一次粒子构成；以及在所述第一壳部上形成的第二壳部，所述第二壳部由随机取向的一次粒子构成，所以即使在通过烧结所述正极活性材料前体而制备的正极活性材料中，仍然保持了所述正极活性材料前体的取向，从而可以改善容量特性、寿命特性和电阻特性。
附图说明
[0022]图1是根据本专利技术的正极活性材料前体的示意图；
[0023]图2是根据本专利技术的正极活性材料的示意图；
[0024]图3(A)是实施例1的正极活性材料前体的横截面的扫描电子显微镜(SEM)图像，
[0025]图3(B)是实施例1的正极活性材料前体的第一壳部的透射电子显微镜(TEM)图像；
[0026]图4(A)是实施例1的正极活性材料的横截面的SEM图像，
[0027]图4(B)是实施例1的正极活性材料的第三壳部和第四壳部的TEM图像；
[0028]图5至7是实施例1至3各自的(A)正极活性材料前体和(B)正极活性材料的SEM图像；
[0029]图8和9是比较例1和2各自的(A)正极活性材料前体、(B)正极活性材料前体的横截面、(C)正极活性材料、(D)正极活性材料的横截面的SEM图像。
具体实施方式
[0030]应理解，说明书和权利要求书中使用的词语或术语不应被解释为在常用词典中定义的含义，而是应进一步理解，在专利技术人可恰当定义词语或术语的含义以最佳方式解释本专利技术的原则基础上，所述词语或术语应解释为所具有的含义符合它们在相关领域的背景和本专利技术的技术思想中的含义。
[0031]应进一步理解，本说明书中的术语“包括”、“包含”或“具有”指定了所陈述的特征、数字、步骤、元素或其组合的存在，但并不排除存在或添加一个或多个其它特征、数字、步
骤、元素或其组合。
[0032]本说明书中的表述“D
50”可定义为粒度分布曲线(粒度分布图上的曲线)中累计体积为50％时的粒径。例如，可使用激光衍射法来测量D
50
。激光衍射法通常可测量从亚微米级到几毫米范围内的粒径，并且可获得高再现性和高分辨率的结果。
[0033]本说明书中的术语“在...上”不仅是指一个部件直接在另一个部件的上表面上形成的情况，而且还包括其中也可存在中间部件的情况。
[0034]在本说明书中，表述“一次粒子”是指当通过扫描电子显微镜(SEM)观察正极活性材料粒子的横截面时作为一个主体被区分的最小粒子单元，其中它可以由单个晶粒构成，或者也可以由多个晶粒构成。
[0035]在本说明书中，表述“二次粒子”是指由多个一次粒子聚集而成的二次结构体本文档来自技高网...

【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前体，所述正极活性材料前体是由一次粒子聚集而成的球形二次粒子，并包含：由随机取向的一次粒子构成的第一核部；在所述第一核部上形成的第一壳部，所述第一壳部由具有从所述二次粒子的中心朝向其表面的方向取向的(001)面的一次粒子构成；以及在所述第一壳部上形成的第二壳部，所述第二壳部由随机取向的一次粒子构成。2.根据权利要求1所述的正极活性材料前体，其中所述第一核部具有由式1表示的组成：[式1][Ni
a1
Co
b1
Mn
c1
M1
d1
M2
e1
](OH)2其中，在式1中，M1为选自如下中的至少一种元素：Zr、B和Mg，M2为选自如下中的至少一种元素：Nb、Ti、Al、Mo、W、Ta、V和La，0.6≤a1<1，0<b1≤0.4，0<c1≤0.4，0≤d1≤0.1，0≤e1≤0.1，并且a1+b1+c1+d1+e1＝1。3.根据权利要求1所述的正极活性材料前体，其中所述第一壳部具有由式2表示的组成：[式2][Ni
a2
Co
b2
Mn
c2
M1
d2
](OH)2其中，在式2中，M1为选自如下中的至少一种元素：Zr、B和Mg，0.6≤a2<1，0<b2≤0.4，0<c2≤0.4，0≤d2≤0.1，并且a2+b2+c2+d2＝1。4.根据权利要求1所述的正极活性材料前体，其中所述第二壳部具有由式3表示的组成：[式3][Ni
a3
Co
b3
Mn
c3
M1
d3
M3
f3
](OH)2其中，在式3中，M1为选自如下中的至少一种元素：Zr、B和Mg，M3为选自如下中的至少一种元素：Nb、Ti、Al、Mo、W、Ta、V和La，0.6≤a3<1，0<b3≤0.4，0<c3≤0.4，0≤d3≤0.1，0<f3≤0.1，并且a3+b3+c3+d3+f3＝1。5.根据权利要求1所述的正极活性材料前体，其中所述第一壳部的厚度为1μm以上至9μm以下。6.根据权利要求1所述的正极活性材料前体，其中所述第二壳部的厚度为0.5μm以上至2μm以下。7.一种制备权利要求1所述的正极活性材料前体的方法，所述方法包括下述步骤：(A)在向反应器连续添加含有镍(Ni)、钴(Co)和锰(Mn)离子的含过渡金属溶液、铵阳离子络合剂和碱性溶液的同时，通过共沉淀反应形成第一核部；(B)在向包含所述第一核部的所述反应器连续添加所述含过渡金属溶液、铵阳离子络合剂和碱性溶液的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑镇厚，郑明寄，朱，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：