锂二次电池用正极活性材料、其制备方法和包含其的锂二次电池技术

本发明专利技术涉及正极活性材料、其制备方法和包含其的锂二次电池，所述正极活性材料包含至少一种二次颗粒，所述二次颗粒包含一次大颗粒的团聚体。根据本发明专利技术的实施方式，可以提供一种正极活性材料，其包含通过同时增加一次大颗粒的平均粒径D50和晶体尺寸而具有改善的电阻的二次颗粒。根据本发明专利技术的实施方式，可以提供具有高晶体密度的正极活性材料。因此，通过确保锂离子的移动路径并使正极活性材料的晶体结构中的缺陷最小化，可以得到具有改善的寿命和电阻特性的镍基正极活性材料。电阻特性的镍基正极活性材料。电阻特性的镍基正极活性材料。

【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、其制备方法和包含其的锂二次电池


[0001]本公开涉及包含一次大颗粒的锂二次电池用正极活性材料及其制备方法。
[0002]本申请要求于2020年11月25日在大韩民国提交的韩国专利申请10
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2020
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0159518号的优先权，在此通过援引并入其公开内容。

技术介绍

[0003]近来，随着使用电池的电子装置例如移动电话、笔记本电脑和电动车辆的广泛使用，对具有小尺寸、轻重量和相对高容量的二次电池的需求快速增长。特别地，锂二次电池由于其重量轻和能量密度高的优点而作为驱动移动设备的电源正受到关注。因此，有许多努力来改善锂二次电池的性能。
[0004]锂二次电池包括填充在由能够嵌入和脱嵌锂离子的活性材料制成的正极和负极之间的有机电解质溶液或聚合物电解质溶液，并且通过在正极和负极处锂离子的嵌入/脱嵌期间的氧化和还原反应来产生电能。
[0005]锂二次电池的正极活性材料包括锂钴氧化物(LiCoO2)、锂镍氧化物(LiNiO2)、锂锰氧化物(LiMnO2或LiMn2O4)和锂铁磷酸盐化合物(LiFePO4)。其中，锂钴氧化物(LiCoO2)由于其高工作电压和大容量优势而被广泛使用，并被用作高电压的正极活性材料。然而，钴(Co)由于其价格上涨和供应不稳定而在电动车辆领域中作为电源的大量使用受到限制，因此需要开发作为替代物的正极活性材料。
[0006]因此，开发了用镍(Ni)和锰(Mn)部分取代钴(Co)的镍钴锰基锂复合过渡金属氧化物(以下简称为“NCM基锂复合过渡金属氧化物”)。
[0007]同时，常规的NCM基锂复合过渡金属氧化物是通过一次微颗粒的团聚形成的二次颗粒的形式，并且具有大的比表面积和低的颗粒刚性，并且当制造电极并进行辊压工艺时，由于二次颗粒的破裂，在电池运行期间产生大量气体，导致循环性能差和稳定性低。特别地，高容量的高Ni NCM基锂复合过渡金属氧化物具有低的结构稳定性和化学稳定性，并且更难以确保热稳定性。

技术实现思路

[0008]技术问题
[0009]本公开涉及提供具有与常规技术相同或相似水平的平均粒径D50的二次颗粒形式的正极活性材料，与常规技术相反，所述正极活性材料包含一次大颗粒，从而使辊压过程中的颗粒破裂最小化。
[0010]本公开还涉及提供具有增加的真密度(晶体密度)的正极活性材料。
[0011]因此，本公开还涉及提供具有改善的寿命和电阻特性的正极活性材料。
[0012]技术方案
[0013]本公开的一个方面提供了以下实施方式的正极活性材料。
[0014]具体地，提供了一种锂二次电池用正极活性材料，其包含至少一种包含一次大(macro)颗粒的团聚体的二次颗粒，其中所述一次大颗粒的平均粒径D50为2μm以上，所述一次大颗粒的平均粒径D50/所述一次大颗粒的平均晶体尺寸(crystal size)的比率为8以上，所述二次颗粒的平均粒径D50为3μm至10μm，并且所述二次颗粒的晶体密度(crystal density)为4.74以上。
[0015]可以提供锂二次电池用正极活性材料，其中一次大颗粒的平均晶体尺寸为200nm以上。
[0016]可以提供锂二次电池用正极活性材料，其中二次颗粒的平均粒径D50/一次大颗粒的平均粒径D50的比率为2至4倍。
[0017]可以提供锂二次电池用正极活性材料，其中二次颗粒包含镍基锂过渡金属氧化物。
[0018]可以提供锂二次电池用正极活性材料，其中镍基锂过渡金属氧化物包含LiaNi1‑
x
‑
y
Co
x
M1
y
M2
w
O2(1.0≤a≤1.5，0≤x≤0.2，0≤y≤0.2，0≤w≤0.1，0≤x+y≤0.2，M1包括选自由Mn和Al组成的组中的至少一种，并且M2包括选自由Ba、Ca、Zr、Ti、Mg、Ta、Nb和Mo组成的组中的至少一种)。
[0019]可以提供锂二次电池用正极活性材料，其中正极活性材料包含烧结添加剂，所述烧结添加剂包括锆、钇或锶中的至少一种。
[0020]可以提供锂二次电池用正极活性材料，其中正极活性材料在表面上涂覆有含硼材料。
[0021]可以提供锂二次电池用正极活性材料，其中正极活性材料在表面上涂覆有含钴材料。
[0022]可以提供一种锂二次电池用正极，其包含根据上述实施方式的正极活性材料。
[0023]可以提供一种锂二次电池，其包含上述实施方式的正极活性材料。
[0024]本专利技术的另一方面提供了一种制备正极活性材料的方法。
[0025]具体地，本公开涉及一种制备锂二次电池用正极活性材料的方法，其包括(S1)将具有2.0g/cc以下的振实密度的镍基过渡金属氧化物前体与锂前体混合并进行一次烧结；和(S2)对一次烧结的产物进行二次烧结，其中，所述锂二次电池用正极活性材料包含至少一种二次颗粒，所述二次颗粒包含通过所述一次烧结和所述二次烧结形成的一次大颗粒的团聚体，所述一次大颗粒的平均粒径D50为2μm以上，所述一次大颗粒的平均粒径D50/所述一次大颗粒的平均晶体尺寸的比率为8以上，并且所述二次颗粒的平均粒径D50为3μm至10μm，并且所述二次颗粒的晶体密度为4.74以上。
[0026]可以提供制备锂二次电池用正极活性材料的方法，其中一次烧结的温度为780℃至900℃。
[0027]有利效果
[0028]根据本公开的实施方式，通过同时增加一次大颗粒的平均粒径D50和晶体尺寸，可以提供具有改善的电阻的包含二次颗粒的正极活性材料。
[0029]根据本公开的实施方式，可以提供具有增加的真密度(晶体密度)的镍基正极活性材料。因此，通过确保锂离子的移动路径并使正极活性材料的晶体结构中的缺陷最小化，可以提供具有改善的寿命和电阻特性的镍基正极活性材料。
附图说明
[0030]附图示出了本公开的优选实施方式，并且与以上描述一起用于帮助进一步理解本公开的技术方面，因此本公开不应被解释为受到附图的限制。同时，附图中的要素的形状、尺寸、规格或比例可以被夸大以着重进行更清楚的描述。
[0031]图1是显示根据本公开的实施例和比较例的容量保持率和电阻的图。
[0032]图2是显示根据本公开的实施例和比较例的电阻和充电状态(SOC)的图。
具体实施方式
[0033]在下文中，将详细描述本公开的实施方式。在描述之前，应当理解，在说明书和所附权利要求中使用的术语或词语不应被解释为限于一般含义和字典含义，而是基于允许专利技术人为了最佳解释而适当地定义术语的原则，基于对应于本公开的技术方面的含义和概念来解释。因此，在此描述的实施方式的公开内容仅仅是本公开的最优选的实施方式，而并非旨在完全描述本公开内容的技术方面，因此应当理解，在提交本申请时可以对其进行各种其它等效和修改。
[0034]除非上下文另外明确指本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种锂二次电池用正极活性材料，其包含：至少一种包含一次大颗粒的团聚体的二次颗粒，其中所述一次大颗粒的平均粒径(D50)为2μm以上，所述一次大颗粒的平均粒径(D50)/所述一次大颗粒的平均晶体尺寸的比率为8以上，所述二次颗粒的平均粒径(D50)为3μm至10μm，并且所述二次颗粒的晶体密度为4.74以上。2.根据权利要求1所述的锂二次电池用正极活性材料，其中，所述一次大颗粒的平均晶体尺寸为200nm以上。3.根据权利要求1所述的锂二次电池用正极活性材料，其中，所述二次颗粒的平均粒径(D50)/所述一次大颗粒的平均粒径(D50)的比率为2至4倍。4.根据权利要求1所述的锂二次电池用正极活性材料，其中，所述二次颗粒包含镍基锂过渡金属氧化物。5.根据权利要求4所述的锂二次电池用正极活性材料，其中，所述镍基锂过渡金属氧化物包含Li
a
Ni1‑
x
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y
Co
x
M1
y
M2
w
O2(1.0≤a≤1.5，0≤x≤0.2，0≤y≤0.2，0≤w≤0.1，0≤x+y≤0.2，M1包括选自由Mn和Al组成的组中的至少一种，并且M2包括选自由Ba、Ca、Zr、Ti、Mg、Ta、Nb和Mo组成的组...

【专利技术属性】
技术研发人员：金智惠，柳泰求，郑王谋，郑该汀，赵治皓，许宗旭，
申请(专利权)人：株式会社LG新能源，
类型：发明
国别省市：