本發(fā)明涉及二次電池用正極活性材料及包含其的鋰二次電池。

背景技術(shù)：

1、近來，隨著諸如移動(dòng)電話、筆記本電腦、電動(dòng)汽車等使用電池的電子設(shè)備的迅速普及，對具有小尺寸、輕重量和相對高容量的二次電池的需求正在迅速增加。特別地，鋰二次電池由于重量輕且能量密度高而作為便攜式設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電源受到關(guān)注。因此，持續(xù)地進(jìn)行用于提高鋰二次電池性能的研究和開發(fā)努力。

2、當(dāng)鋰離子嵌入正極和負(fù)極/從正極和負(fù)極中脫嵌時(shí)，鋰二次電池通過氧化和還原反應(yīng)產(chǎn)生電能，其中有機(jī)電解質(zhì)溶液或聚合物電解質(zhì)溶液填充正極和負(fù)極之間的空白區(qū)，所述正極和負(fù)極由能夠使鋰離子嵌入和脫嵌的活性材料構(gòu)成。

3、作為鋰二次電池用正極活性材料，已使用了鋰鈷氧化物(licoo2)、鋰鎳氧化物(linio2)、鋰錳氧化物(limno2、limn2o4等)、磷酸鐵鋰化合物(lifepo4)等。其中，鋰鈷氧化物(licoo2)由于具有高工作電壓和優(yōu)異的容量特性而廣泛使用，并且作為高電壓操作的正極活性材料施用。然而，由于鈷(co)的價(jià)格上漲和其不穩(wěn)定的供應(yīng)，鋰鈷氧化物在電動(dòng)汽車領(lǐng)域等中作為電源的大規(guī)模使用受到限制，因此已提出了開發(fā)可以替代鋰鈷氧化物的正極活性材料的需要。

4、因此，已開發(fā)了一種鎳鈷錳基鋰復(fù)合過渡金屬氧化物(下文中稱為“ncm基鋰復(fù)合過渡金屬氧化物”)，其中部分鈷(co)被鎳(ni)和錳(mn)取代。近來，已進(jìn)行了研究，以便通過增加ncm基鋰復(fù)合過渡金屬氧化物中的ni含量來提高容量。然而，在具有高鎳含量的富含ni的正極活性材料的情況中，隨著鎳含量增加，熱穩(wěn)定性降低，由于在電化學(xué)反應(yīng)過程中越來越多地發(fā)生副反應(yīng)，電阻增加，并且產(chǎn)生越來越多的氣體。

5、為了彌補(bǔ)所述問題，已經(jīng)嘗試通過提高制備正極活性材料時(shí)的燒制溫度進(jìn)行過燒制來最大程度減小二次顆粒的界面，從而改善諸如熱穩(wěn)定性降低以及副反應(yīng)和電阻增加等問題。然而，由于難以控制在提高燒制溫度的同時(shí)進(jìn)行的過燒制而不能適當(dāng)?shù)卣{(diào)整過燒制的程度，存在性能劣化的問題，例如充電/放電效率降低、電阻增加等。

6、[相關(guān)文獻(xiàn)]

7、[專利文獻(xiàn)]

8、(專利文獻(xiàn)1)韓國未決專利公開no.2019-0068484

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、[技術(shù)問題]

2、本發(fā)明旨在提供一種正極活性材料，其是富含鎳(ni)的ncm基鋰復(fù)合過渡金屬氧化物，并且通過過燒制以單顆粒的形式形成，使得熱穩(wěn)定性提高，副反應(yīng)和電阻的增加得到抑制，并且在單顆粒形成時(shí)的顆粒的表面特性得以改善，從而提高了充電/放電效率、輸出特性和高溫壽命特性。

3、[技術(shù)方案]

4、本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種二次電池用正極活性材料，其是鋰復(fù)合過渡金屬氧化物并且為具有1至10μm的平均粒徑(d50)的單顆粒形式，所述鋰復(fù)合過渡金屬氧化物含有鎳、鈷和錳，其鎳含量占除鋰以外的金屬的60mol％以上，其中，從鋰復(fù)合過渡金屬氧化物的顆粒表面向中心延伸的100nm區(qū)域具有fd3m空間群和fm3m空間群的晶體結(jié)構(gòu)，并且在使用透射電子顯微術(shù)(tem)獲得的鋰復(fù)合過渡金屬氧化物顆粒的顆粒表面部分的截面圖像中測定的相比率(fd3m/fm3m)為0.2至0.7，所述相比率為fd3m空間群的晶體結(jié)構(gòu)與fm3m空間群的晶體結(jié)構(gòu)所占據(jù)部分的最大直線長度的比率。

5、本發(fā)明的另一方面提供了包含上述正極活性材料的正極和鋰二次電池。

6、[有利效果]

7、根據(jù)本發(fā)明，作為富含鎳(ni)的ncm基鋰復(fù)合過渡金屬氧化物的正極活性材料以單顆粒的形式形成，使得熱穩(wěn)定性提高，副反應(yīng)和電阻的增加得到抑制，并且通過控制單顆粒形成時(shí)的顆粒表面的晶體結(jié)構(gòu)而改善了表面特性，從而提高了充電/放電效率、輸出特性和高溫壽命特性。

技術(shù)特征：

1.一種二次電池用正極活性材料，其是鋰復(fù)合過渡金屬氧化物并且為單顆粒形式，所述鋰復(fù)合過渡金屬氧化物含有鎳、鈷和錳，其鎳含量占除鋰以外的金屬的60mol％以上，

2.如權(quán)利要求1所述的正極活性材料，其中，所述相比率fd3m/fm3m為0.3至0.6。

3.如權(quán)利要求1所述的正極活性材料，其為具有2至7μm的平均粒徑d50的單顆粒形式。

4.如權(quán)利要求1所述的正極活性材料，其中，所述鋰復(fù)合過渡金屬氧化物結(jié)構(gòu)中的鋰層中的鎳陽離子的陽離子混合比為1.5％以下。

5.如權(quán)利要求4所述的正極活性材料，其中，所述鋰復(fù)合過渡金屬氧化物結(jié)構(gòu)中的鋰層中的鎳陽離子的陽離子混合比為1.0％以下。

6.如權(quán)利要求1所述的正極活性材料，其中，所述鋰復(fù)合過渡金屬氧化物中的鋰與除鋰以外的金屬m的摩爾比li/m為1.1至1.2。

7.如權(quán)利要求1所述的正極活性材料，其中，所述鋰復(fù)合過渡金屬氧化物由下述化學(xué)式1表示：

8.一種二次電池用正極，其包含權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的正極活性材料。

9.一種鋰二次電池，其包含權(quán)利要求8所述的正極。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種二次電池用正極活性材料及包含其的正極和鋰二次電池，所述正極活性材料是鋰復(fù)合過渡金屬氧化物并且為單顆粒形式，所述鋰復(fù)合過渡金屬氧化物含有鎳(Ni)、鈷(Co)和錳(Mn)，其鎳含量占除鋰以外的金屬的60mol％以上，其中，從鋰復(fù)合過渡金屬氧化物的顆粒表面向顆粒中心延伸的100nm區(qū)域具有Fd3M空間群和Fm3m空間群的晶體結(jié)構(gòu)，并且在使用透射電子顯微術(shù)(TEM)獲得的鋰復(fù)合過渡金屬氧化物顆粒的顆粒表面部分的截面圖像中測定時(shí)，相比率(Fd3M/Fm3m)為0.2至0.7，所述相比率為Fd3M空間群的晶體結(jié)構(gòu)與Fm3m空間群的晶體結(jié)構(gòu)所占據(jù)部分的最大直線長度的比率。

技術(shù)研發(fā)人員：樸商敃,盧恩帥,樸星彬,金瑟己,王文秀,鄭王謨
受保護(hù)的技術(shù)使用者：株式會(huì)社LG新能源
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2