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、制备所述正极活性材料的方法以及包含所述正极活性材料的正极和锂二次电池，所述正极活性材料包含锂过渡金属氧化物，所述锂过渡金属氧化物基于除锂之外的过渡金属的总摩尔数含有60摩尔％以上的镍并且为一次粒子聚集而成的二次粒子的形式，其中，所述锂过渡金属氧化物满足说明书中的公式1。中的公式1。中的公式1。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】正极活性材料及其制备方法


[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2021年2月5日提交的韩国专利申请第10
‑
2021
‑
0017094号的优先权，其公开内容通过引用并入本文中。
[0003]

[0004]本专利技术涉及一种正极活性材料及其制备方法，更具体地，涉及一种正极活性材料、其制备方法以及包含所述正极活性材料的正极和锂二次电池，在所述正极活性材料中，二次粒子中所包含的孔满足特定条件，这是因为所述正极活性材料是由具有受控的晶粒长宽比的正极活性材料前体制备的。

技术介绍

[0005]随着移动装置的技术发展和需求的增加，对作为能量来源的二次电池的需求已经显著增加。在这些二次电池中，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被商业化并被广泛使用。
[0006]已经使用锂过渡金属氧化物作为锂二次电池的正极活性材料，并且在这些氧化物中，主要使用具有高工作电压和优异容量特性的锂钴氧化物，如LiCoO2。然而，因为LiCoO2由于因脱锂引起的不稳定的晶体结构而具有非常差的热性能并且昂贵，所以在使用大量LiCoO2作为用于诸如电动车辆的应用的动力源方面存在限制。
[0007]已经开发了锂锰复合金属氧化物(LiMnO2、LiMn2O4等)、锂铁磷酸盐化合物(LiFePO4等)或锂镍复合金属氧化物(LiNiO2等)作为替代LiCoO2的材料。在这些材料中，已经更积极地对由于约200mAh/g的高可逆容量而可以容易实现大容量电池的锂镍复合金属氧化物进行了研究和开发。然而，LiNiO2的限制在于，与LiCoO2相比，LiNiO2具有较差的热稳定性，并且当由于外部压力而在充电状态下发生内部短路时，正极活性材料自身分解，从而引起电池的破裂和着火。因此，作为在保持LiNiO2的优异可逆容量的同时改善低的热稳定性的方法，已经开发了一部分镍被钴置换的LiNi1‑
α
Co
α
O2(α＝0.1至0.3)或者一部分镍被锰(Mn)、钴(Co)或铝(Al)置换的锂镍钴金属氧化物。近来，已经开发并广泛使用了包含两种以上类型的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。
[0008]所述包含两种以上类型的过渡金属的锂过渡金属氧化物通常以数十至数百个一次粒子聚集而成的球形二次粒子的形式来制备，并且所述二次粒子包括孔，其中，正极活性材料的物理性质(诸如反应性和粒子强度)由于与电解质的接触面积随二次粒子的孔径和分布的变化而变化。因此，正在研究尝试通过布鲁厄
‑
埃米特
‑
特勒(Brunauer
‑
Emmett
‑
Teller)(BET)分析或压汞法对二次粒子中所包含的孔进行分析并使用该分析来改善正极活性材料的性能。
[0009]然而，关于通过BET分析或压汞法进行的孔分析，可以测量二次粒子中所包含的孔的尺寸，但是，因为不了解孔如何位于二次粒子中，所以存在难以控制正极活性材料的性能
的问题。
[0010]因此，为了开发具有更好的特性的正极活性材料，需要开发一种对二次粒子中所包含的孔的位置和尺寸进行控制的正极活性材料。

技术实现思路

[0011]技术问题
[0012]本专利技术的一个方面提供一种正极活性材料，在所述正极活性材料中，二次粒子中所包含的孔满足特定条件以能够改善电池的初始容量特性。
[0013]本专利技术的另一个方面提供一种制备所述正极活性材料的方法，所述方法通过使用晶粒的长宽比满足特定条件的正极活性材料前体来制备所述正极活性材料。
[0014]技术方案
[0015]根据本专利技术的一个方面，提供一种正极活性材料，所述正极活性材料包含锂过渡金属氧化物，所述锂过渡金属氧化物基于除锂之外的过渡金属的总摩尔数含有60摩尔％以上的镍并且为一次粒子聚集而成的二次粒子的形式，
[0016]其中，所述锂过渡金属氧化物满足公式1。
[0017][公式1][0018][0019]在公式1中，
[0020]x和y得自二次粒子的横断面扫描电子显微镜(SEM)图像分析，其中x为包括分布在二次粒子中的封闭孔中的面积大于0.002μm2的所有孔的矩形的最小面积(单位：μm2)，并且y为分布在二次粒子中的封闭孔中的面积大于0.002μm2的孔的面积(单位：μm2)的总和。
[0021]根据本专利技术的另一个方面，提供一种制备所述正极活性材料的方法，所述方法包括如下步骤：
[0022](A)准备正极活性材料前体，所述正极活性材料前体包含过渡金属氢氧化物并且具有4.0至10.0的晶粒长宽比，所述过渡金属氢氧化物基于过渡金属的总摩尔数含有60摩尔％以上的镍并且为一次粒子聚集而成的二次粒子的形式；和
[0023](B)通过将所述正极活性材料前体与含锂原料混合并将混合物烧结来制备锂过渡金属氧化物。
[0024]根据本专利技术的另一个方面，提供一种包含所述正极活性材料的锂二次电池用正极和一种包含所述正极的锂二次电池。
[0025]有益效果
[0026]在本专利技术中，因为二次粒子中所包含的孔满足特定条件，所以正极活性材料的初始容量特性优异。具体地，所述正极活性材料的初始放电容量以及初始充电和放电效率优异。
[0027]在本专利技术中，通过使用晶粒的长宽比满足特定条件的正极活性材料前体，可以制备二次粒子中所包含的孔满足特定条件的正极活性材料。
附图说明
[0028]图1示出了本专利技术的实施例1中制备的正极活性材料中的一个二次粒子的横断面扫描电子显微镜(SEM)图像以及孔的尺寸和位置分布；
[0029]图2示出了本专利技术的实施例2中制备的正极活性材料中的一个二次粒子的横断面SEM图像以及孔的尺寸和位置分布；
[0030]图3示出了本专利技术的比较例1中制备的正极活性材料中的一个二次粒子的横断面SEM图像以及孔的尺寸和位置分布；
[0031]图4示出了本专利技术的比较例2中制备的正极活性材料中的一个二次粒子的横断面SEM图像以及孔的尺寸和位置分布；
[0032]图5示出了本专利技术的比较例3中制备的正极活性材料中的一个二次粒子的横断面SEM图像以及孔的尺寸和位置分布。
具体实施方式
[0033]将理解，说明书和权利要求书中使用的词语或术语不应被解释为常用词典中所定义的含义，并且将进一步理解，应在专利技术人可以适当定义所述词语或术语的含义以最好地解释专利技术的原则的基础上，将所述词语或术语解释为具有与其在本专利技术的相关领域背景和技术思想中的含义相一致的含义。
...

【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，所述正极活性材料包含锂过渡金属氧化物，所述锂过渡金属氧化物基于除锂之外的过渡金属的总摩尔数含有60摩尔％以上的镍并且为一次粒子聚集而成的二次粒子的形式，其中，所述锂过渡金属氧化物满足公式1：[公式1]其中，在公式1中，x和y得自所述二次粒子的横断面扫描电子显微镜(SEM)图像分析，其中x为包括分布在所述二次粒子中的封闭孔中的面积大于0.002μm2的所有孔的矩形的最小面积(单位：μm2)，y为分布在所述二次粒子中的所述封闭孔中的面积大于0.002μm2的孔的面积(单位：μm2)的总和。2.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中，在公式1中，x满足20≤x≤400。3.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中，在公式1中，y满足0.01≤y≤5.0。4.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中，分布在所述二次粒子中的所述封闭孔中的面积大于0.002μm2的孔的平均孔面积在0.01μm2/每个孔至0.1μm2/每个孔的范围内。5.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具有由化学式1表示的组成：[化学式1]Li
a
Ni
x1
Co
y1
M1
z1
M2
w1
O2其中，在化学式1中，M1为选自如下中的至少一种：Mn和Al，M2为选自如下中的至少一种：B、Zr、Y、Mo、Cr、V、W、Ta和Nb，并且0.9≤a≤1.2，0.6≤x1≤1.0，0≤y1≤0.4，0≤z1≤0.4，0≤w1≤0.2且x1+y1+z1+w1＝1。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑志勋，李赫，郑元植，睦德均，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：