【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于锂二次电池的正极活性材料，更具体地，涉及一种用于锂二次电池的正极活性材料及其制备方法以及包括该正极活性材料的锂二次电池，该正极活性材料通过控制颗粒的微结构而具有改善的电化学性能。
技术介绍
1、近年来，由于各国的碳中和政策，包括电动汽车在内的环保汽车的销量一直在快速增长。这导致全球市场对环保汽车及相关零部件的需求不断增长。二次电池在环保和碳中和的全球趋势中发挥着关键作用。二次电池被分类为用于移动it设备的小型电池以及用于电动车辆和大容量电存储设备的中型和大型电池，并且市场最近一直以电动车辆为中心增长。
2、构成二次电池的四种材料正极材料、负极材料、电解质和隔膜占总材料成本的大部分，其中正极材料是决定二次电池容量和成本的主要部分。此外，二次电池能够存储的能量的量等于二次电池的容量乘以电压，并且正极材料是决定容量和电压的关键，容量和电压将决定二次电池的性能。
3、因此，正极材料的技术发展方向是提高二次电池的能量密度和低成本，并且正在为该目的进行各种研究。
4、(现有技术专利)韩国专利10-1122715号(2012年2月24日)
技术实现思路
1、本专利技术的一个方面是提供一种用于锂二次电池的正极活性材料、制备该正极活性材料的方法以及包括该正极活性材料的锂二次电池，该正极活性材料具有改善的颗粒结构稳定性。
2、本专利技术的另一方面是提供一种用于锂二次电池的正极活性材料、制备该正极活性材料的方法以及包括该正极活性材料的
3、本专利技术的实施例包括正极活性材料和包括该正极活性材料的二次电池。
4、本专利技术的示例性实施例提供了一种用于锂二次电池的正极活性材料，该正极活性材料包括由多个初级颗粒(primary particle)的聚集体组成的二次颗粒(secondaryparticle)，其中初级颗粒包括纳米复合结构，在纳米复合结构中岩盐(fm3m)结构和层状(r-3m)结构作为物理混合物共存。
5、在示例性实施例中，初级颗粒包括包含岩盐结构的岩盐区域，并且穿过岩盐区域的截面的中心的垂线中的最大长度为1nm至100nm，岩盐区域的截面面积为1nm2至10,000nm2。
6、在示例性实施例中，初级颗粒包括包含岩盐结构的岩盐区域，并且穿过岩盐区域的截面的中心的垂线中的最大长度为1nm至50nm，岩盐区域的截面面积为1nm2至2,500nm2。
7、在示例性实施例中，纳米复合结构可以设置在初级颗粒的内部或外部，以及二次颗粒的内部或外部。
8、在示例性实施例中，对于在tem分析期间从saed电子衍射图像获得的(0-14)、(0-11)、(006)和(003)反射的衍射峰强度，i(0-14)>i(0-11)，并且i(006)>i(003)。
9、在示例性实施例中，初级颗粒可以包括镍(ni)、m1和m2，其中m1可以包括锰(mn)、钴(co)和铝(al)中的至少一种，镍(ni)可以是50mol％或更多，m2可以是掺杂元素，并且可以具有0.05mol％至3mol％范围内的含量。
10、m2可以包括钛(ti)、镁(mg)、钽(ta)、铌(nb)、钨(w)、钼(mo)、锑(sb)、碲(te)、锡(sn)、钌(ru)、硼(b)、铪(hf)、镓(ga)、锗(ge)、铬(cr)、钒(v)和锆(zr)中的两种或更多种。
11、在示例性实施例中，二次颗粒的颗粒强度(mpa)可以是60mpa至500mpa，二次颗粒可以在压缩时二次颗粒破裂之前经历塑性变形，并且在二次颗粒的塑性变形中，相对于二次颗粒在压制二次颗粒的方向上的平均直径，二次颗粒的长度可以根据由下面的等式1表示的颗粒压缩应变而减小。
12、在示例性实施例中，相对于二次颗粒的平均直径，颗粒压缩应变可以减少2％至30％。
13、(等式1)
14、颗粒压缩应变(％)＝(二次颗粒变形长度/二次颗粒直径)*100
15、在等式1中，二次颗粒变形长度是在二次颗粒破裂之前二次颗粒被压缩的程度，二次颗粒直径是通过二次颗粒的核部分的截面(cross-section)的平均直径。
16、在示例性实施例中，以0.5c的恒定电流充电至4.3v并以0.5c的恒定电流放电至2.7v的500次循环之后，通过使用cu-kα射线的x射线衍射分析获得的(003)反射的峰的半峰全宽(full width at half-maximum，fwhm)在1次循环中可以等于或小于0.15°，并且在500次循环中等于或小于0.2°。
17、本专利技术的另一示例性实施例提供了一种用于锂二次电池的正极活性材料，该正极活性材料包括由多个初级颗粒的聚集体组成的二次颗粒，其中在二次颗粒的表面部分中的初级颗粒的数密度为3ea/μm2至50ea/μm2，初级颗粒的数密度是每单位面积初级颗粒的数量，并且二次颗粒的表面部分在从二次颗粒的最外表面朝向二次颗粒的核心的方向上在二次颗粒的平均直径的15％以内。
18、在示例性实施例中，在正极活性材料中，在以0.5c的恒定电流充电至4.3v和以0.5c的恒定电流放电至2.7v的100次循环之后，二次颗粒的表面部分中的初级颗粒的数密度可以是3ea/μm2至50ea/μm2，初级颗粒的数密度为每单位面积的初级颗粒的数量。
19、在示例性实施例中，在正极活性材料中，以0.5c的恒定电流充电至4.3v并以0.5c的恒定电流放电至2.7v的500次循环之后的数密度与以0.5c的恒定电流充电至4.3v并以0.5c的恒定电流放电至2.7v的1次循环之后的数密度的比可以是85％至100％。
20、在示例性实施例中，在初级颗粒中，由下面的等式2表示的初级颗粒的水力半径可以是0.01μm至0.1μm。
21、(等式2)
22、初级颗粒的水力半径(μm)＝初级颗粒的截面面积(μm2)/初级颗粒的截面周长(μm)
23、本专利技术的又一示例性实施例提供了一种锂二次电池，该锂二次电池包括：正电极，包括前述正极活性材料；锂盐；非水有机溶剂；以及负电极。
24、本专利技术的又一示例性实施例提供了一种全固态电池，该全固态电池包括：正电极，包括前述正极活性材料；固体电解质；以及负电极。
25、本专利技术的又一示例性实施例提供了一种锂金属电池，该锂金属电池包括：正电极，包括前述正极活性材料；锂金属负电极；以及电解质，设置在正电极与锂金属负极之间。
26、根据如上所述的本专利技术，能够提供一种用于锂二次电池的正极活性材料、制备该正极活性材料的方法以及包括该正极活性材料的锂二次电池，该正极活性材料即使在进行多次循环之后也可以保持高容量，其适用于各种容量的设备，诸如小型设备、电动车辆和ess，并且表现出优异的特性。
27、此外，本专利技术提本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于锂二次电池的正极活性材料，所述正极活性材料包括由多个初级颗粒的聚集体组成的二次颗粒，
2.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中对于在透射电子显微镜(TEM)分析期间从选区电子衍射(SAED)电子衍射图像获得的(0-14)、(0-11)、(006)和(003)反射的衍射峰强度，I(0-14)>I(0-11)，并且I(006)>I(003)。
3.根据权利要求2所述的正极活性材料，其中所述初级颗粒包括包含岩盐结构的岩盐区域，穿过所述岩盐区域的截面中心的垂线中的最大长度为1nm至100nm，并且所述岩盐区域的截面面积为1nm2至10,000nm2。
4.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中所述纳米复合结构设置在所述初级颗粒的内部或表面部分中，并且设置在所述二次颗粒的内部或表面部分中。
5.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中所述初级颗粒包括镍(Ni)以及M1和M2，
6.根据权利要求5所述的正极活性材料，其中所述M2包括钛(Ti)、镁(Mg)、钽(Ta)、铌(Nb)、钨(W)、钼(Mo)、锑(Sb
7.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中所述二次颗粒的颗粒强度(MPa)为60MPa至500MPa，
8.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中以0.5C的恒定电流充电至4.3V并以0.5C的恒定电流放电至2.7V的500次循环之后，通过使用Cu-kα射线的X射线衍射分析获得的(003)反射的峰的半峰全宽(FWHM)在1次循环中等于或小于0.15°，并且在500次循环中等于或小于0.2°。
9.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中在采用所述正极活性材料的所述锂二次电池中，
10.一种用于锂二次电池的正极活性材料，所述正极活性材料包括由多个初级颗粒的聚集体组成的二次颗粒，
11.根据权利要求10所述的正极活性材料，其中在所述正极活性材料中，在以0.5C的恒定电流充电至4.3V和以0.5C的恒定电流放电至2.7V的100次循环之后，所述二次颗粒的表面部分中的所述初级颗粒的数密度为3ea/μm2至50ea/μm2，所述数密度是每单位面积的初级颗粒的数量。
12.根据权利要求10所述的正极活性材料，其中在所述正极活性材料中，以0.5C的恒定电流充电至4.3V并且以0.5C的恒定电流放电至2.7V的500次循环之后的数密度与以0.5C的恒定电流充电至4.3V并且以0.5C的恒定电流放电至2.7V的1次循环之后的数密度的比为85％至100％。
13.根据权利要求10所述的正极活性材料，其中在所述初级颗粒中，由下面的等式2表示的所述初级颗粒的水力半径为0.01μm至0.1μm，
14.一种锂二次电池，包括：
15.一种全固态电池，包括：
16.一种锂金属电池，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种用于锂二次电池的正极活性材料，所述正极活性材料包括由多个初级颗粒的聚集体组成的二次颗粒，
2.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中对于在透射电子显微镜(tem)分析期间从选区电子衍射(saed)电子衍射图像获得的(0-14)、(0-11)、(006)和(003)反射的衍射峰强度，i(0-14)>i(0-11)，并且i(006)>i(003)。
3.根据权利要求2所述的正极活性材料，其中所述初级颗粒包括包含岩盐结构的岩盐区域，穿过所述岩盐区域的截面中心的垂线中的最大长度为1nm至100nm，并且所述岩盐区域的截面面积为1nm2至10,000nm2。
4.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中所述纳米复合结构设置在所述初级颗粒的内部或表面部分中，并且设置在所述二次颗粒的内部或表面部分中。
5.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中所述初级颗粒包括镍(ni)以及m1和m2，
6.根据权利要求5所述的正极活性材料，其中所述m2包括钛(ti)、镁(mg)、钽(ta)、铌(nb)、钨(w)、钼(mo)、锑(sb)、碲(te)、锡(sn)、钌(ru)、硼(b)、铪(hf)、镓(ga)、锗(ge)、铬(cr)、钒(v)和锆(zr)中的两种或更多种。
7.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中所述二次颗粒的颗粒强度(mpa)为60mpa至500mpa，
8.根据权利要求1所述的正极活性材料，其中以0.5c的恒...
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