【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请要求2021年12月24日提交的韩国专利申请no.10-2021-0187148的优先权，其公开内容通过引用全部并入本文。本专利技术涉及一种正极活性材料、包含其的正极以及锂二次电池，更特别地，涉及一种单颗粒或类单颗粒形式的正极活性材料、包含其的正极以及锂二次电池。
技术介绍
1、锂二次电池通常包含正极、负极、隔膜和电解质，并且正极和负极包含能够嵌入和脱嵌锂离子的活性材料。
2、锂钴氧化物(licoo2)、锂镍氧化物(linio2)、锂锰氧化物(limno2、limno4等)、磷酸铁锂化合物(lifepo4)等已用作锂二次电池的正极活性材料。其中，锂钴氧化物具有工作电压高和容量特性优异的优点，但是由于价格高以及原料钴的供应不稳定，因此难以将锂钴氧化物商业化应用于大容量电池。锂镍氧化物的结构稳定性差，并且因此难以实现足够的寿命特性。同时，锂锰氧化物的稳定性优异，但是局限在于容量特性差。于是，已经开发了包含两种以上的过渡金属的锂复合过渡金属氧化物以补偿单独包含ni、co或mn的锂过渡金属氧化物的局限，其中，包含ni、co和mn的锂镍钴锰氧化物广泛用于电动车辆电池。
3、常规的锂金属氧化物通常为数十个至数百个一次颗粒团聚而成的球形二次颗粒形式。然而，对于如上所述的多个一次颗粒团聚而成的二次颗粒形式的锂金属氧化物，局限在于容易发生颗粒破碎(在制备正极的过程中一次颗粒在辊压工艺中脱落)以及充电和放电过程中颗粒发生开裂。当正极活性材料发生颗粒破碎或开裂时，由于与电解质溶液的接触面积增加，因此由于与电解质溶液的副反
4、此外，近来对例如电动车辆电池等高输出和高容量电池的需求增加，于是，正极活性材料中的镍含量逐渐增加。当正极活性材料中的镍含量增加时，初始容量特性改善，但是当反复充电和放电时，会生成大量的具有高反应性的ni4+离子，导致正极活性材料结构崩解，因此，正极活性材料的劣化速率增加，由此导致寿命特性和电池安全性劣化。
5、为了解决以上局限，已经提出了通过在制备锂镍钴锰氧化物的过程中提高烧结温度从而制备单颗粒形式而不是二次颗粒形式的正极活性材料的技术。与二次颗粒形式的常规正极活性材料相比，单颗粒形式的正极活性材料与电解质的接触面积更小，因此与电解质的副反应更少并且具有优异的颗粒强度，因此在制造电极的过程中颗粒破碎更少。因此，当应用单颗粒形式的正极活性材料时，优点在于气体生成和寿命特性优异。然而，在单颗粒形式的常规正极活性材料的情况下，由于充当锂离子在颗粒中的迁移路径的一次颗粒之间的界面较少，锂迁移性降低，并且正极活性材料在相对高的烧结温度下制备，所以岩盐相在颗粒表面上形成，因此表面电阻高。因此，单颗粒形式的常规正极活性材料的局限在于电阻高和输出特性低。
技术实现思路
1、技术问题
2、本专利技术的一个方面提供了一种正极活性材料，其通过使用纳米尺寸涂覆前体在单颗粒或类单颗粒形式的锂复合过渡金属氧化物表面上形成涂覆层，从而具有优异的寿命特性以及优异的电阻特性和输出特性。
3、此外，本专利技术的另一个方面提供了一种正极和二次电池，其通过包含上述正极活性材料而具有优异的寿命特性和电阻特性。
4、技术方案
5、根据本专利技术的一个方面，提供了一种正极活性材料，其包含：由单个结核(nodule)组成的单颗粒形式或作为至多30个结核的复合体的类单颗粒形式的锂镍类氧化物颗粒；以及在锂镍类氧化物颗粒表面上形成的涂覆层，其中，所述涂覆层通过使用纳米尺寸的涂覆前体形成，所述涂覆前体为包含锂、镍、钴和ma(其中ma为mn、al或其组合)的螯合物。
6、根据本专利技术的另一个方面，提供了一种用于制备正极活性材料的方法，所述方法包括：将包含螯合剂的涂覆前体制备溶液与含有锂、镍、钴和ma(其中ma为mn、al或其组合)的金属溶液反应从而制备纳米尺寸的涂覆前体的第一步骤；以及将所述涂覆前体与由单个结核组成的单颗粒形式或作为至多30个结核的复合体的类单颗粒形式的锂镍类氧化物颗粒干式混合然后将混合物烧结从而形成涂覆层的第二步骤。
7、根据本专利技术的另一个方面，提供了包含本专利技术的正极活性材料的正极以及锂二次电池。
8、有益效果
9、本专利技术的正极活性材料包含具有优异的颗粒强度的单颗粒或类单颗粒形的锂镍类氧化物颗粒，因此在电极制备过程中辊压造成的颗粒破碎或开裂更少，由此减少由于与电解质的副反应导致的气体生成和正极活性材料劣化，从而能够实现优异的寿命特性和高温特性。
10、此外，本专利技术的正极活性材料能够通过使用多元醇工艺合成的纳米尺寸的涂覆前体形成涂覆层，从而能够在锂镍类氧化物颗粒表面上薄而均匀地形成具有纳米厚度的涂覆层。当如上所述形成薄而均匀的涂覆层时，与电解质的接触面积减少，并且能够尽可能减少正极活性材料表面的具有高反应性的ni4+离子的暴露，由此改善正极活性材料的结构稳定性。
11、此外，本专利技术的涂覆层具有薄的纳米级厚度和层状的锂金属氧化物组成，并且具有优异的输出和电阻特性的钴的含量相对较高。于是，通过促进锂在正极活性材料表面上嵌入和脱嵌，从而具有改善电阻和输出特性的效果。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种正极活性材料，其包含：
2.如权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述锂镍类氧化物颗粒的镍含量占除锂以外的所有金属的70摩尔％以上。
3.如权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述锂镍类氧化物颗粒具有下式1表示的组成：
4.如权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述涂覆前体为包含锂、镍、钴和锰的螯合物。
5.如权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述涂覆前体的平均粒径(D50)为1nm至500nm。
6.如权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述涂覆层具有下式2表示的组成：
7.如权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述涂覆层的厚度为1nm至500nm。
8.一种用于制备正极活性材料的方法，其包括：
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述螯合剂为包括选自由羧酸基团和氮元素组成的组中的至少一种的路易斯酸化合物。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述螯合剂为选自由柠檬酸、聚乙烯吡咯烷酮和乙醇酸组成的组中的至少一种。
11.如权利要求8所述的方法，其中，所
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述涂覆前体制备溶液的溶剂为选自由乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇和2,3-丁二醇组成的组中的至少一种。
13.如权利要求8所述的方法，其中，所述第一步骤的反应在200℃至300℃下进行。
14.如权利要求8所述的方法，其中，所述第二步骤的烧结在800℃至900℃下进行。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述烧结通过以5℃至10℃/分钟的速率将温度从800℃提升到900℃来进行。
16.一种锂二次电池用正极，其包含权利要求1至7中任一项所述的正极活性材料。
17.一种锂二次电池，其包含权利要求16所述的锂二次电池用正极。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种正极活性材料，其包含：
2.如权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述锂镍类氧化物颗粒的镍含量占除锂以外的所有金属的70摩尔％以上。
3.如权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述锂镍类氧化物颗粒具有下式1表示的组成：
4.如权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述涂覆前体为包含锂、镍、钴和锰的螯合物。
5.如权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述涂覆前体的平均粒径(d50)为1nm至500nm。
6.如权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述涂覆层具有下式2表示的组成：
7.如权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述涂覆层的厚度为1nm至500nm。
8.一种用于制备正极活性材料的方法，其包括：
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述螯合剂为包括选自由羧酸基团和氮元素组成的组中的至少一种的路易斯酸化合物。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述螯合剂为选自由柠檬酸、聚乙烯吡...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵治皓，郑王谟，柳泰求，黄进泰，郑该汀，许宗旭，赵贤珍，
申请(专利权)人：株式会社LG新能源，
类型：发明
国别省市：
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