[发明专利]锂过渡金属复合粒子及其制备方法、以及包含它的正极活性物质

说明书

技术领域

本发明涉及包括金属掺杂层及LiF的锂过渡金属复合粒子及其制备方法，以及包括它的正极活性物质。

背景技术

锂二次电池为小型、轻量、大容量的电池，自从1991年上市以来，作为便携设备的电源被广泛地使用。最近随着电子、通信、计算机产业的高速发展，出现了便携式摄像机、手机、笔记本电脑等产品，带来了辉煌的发展。作为驱动这些便携式电子信息通信设备的动力源，对锂二次电池的需求日渐增加。

锂二次电池随着反复进行充放电，存在寿命急速缩短的问题。尤其，这种问题在高温下更为严重。其原因为由于电池内部的水分或其他的影响，使电解质被分解或活性物质被劣化，使电池的内部电阻增强而产生的现象。

为了解决这种问题，开发了通过热处理来将Mg、Al、Co、K、Na、Ca等金属氧化物涂敷于正极活性物质表面的技术。并且做出了在LiCoO₂活性物质中添加TiO₂来改善能源密度和高倍率特性的研究。

但是，目前为止还没有完全解决寿命劣化问题或在充放电过程中，因电解质等的分解而产生气体的问题。

并且，最近开发出了将金属氧化物或金属氟化物的化合物等作为涂敷剂来涂敷于正极活性物质表面的技术。其涂敷法是利用水系或有机类物质作为溶剂来使用的溶胶-凝胶法或胶体法，使涂敷剂附着在正极活性物质表面之后，进行热处理的方法。

使用上述溶剂来涂敷表面的湿法工序的情况下，结构上稳定的LiCoO₂能够提高其电化学特性，但是Li[Ni_1-xM_x]O₂或Li[Ni_xCo_1-2xMn_x]O₂因其结构上变化，不体现表面改性效果，或可能会存在二次电池的电化学性能反而大大降低的问题。

并且，锂二次电池的电极制备工序中，在正极活性物质表面存在杂质的情况下，在锂二次电池的电极制备工程中制备电极浆的步骤，不仅给经时变化带来影响，还与注入到锂二次电池的电解液发生反应，从而可能在锂二次电池发生膨胀(swelling)现象。

因此，迫切地需要能够使存在于锂二次电池用正极活性物质的锂杂质量最小化，而且结构上稳定的正极活性物质的开发。

发明内容

发明要解决的技术问题

本发明所要解决的第一技术问题在于，提供结构上稳定的锂过渡金属复合粒子，上述锂过渡金属复合粒子不仅能够使因正极活性物质粒子表面的锂杂质而会发生的膨胀(swelling)现象最小化，而且保护正极活性物质的表面以防止受到表面改性剂产生的HF(Hydrogen fluoride)气体的影响。

本发明所要解决的第二技术问题在于，提供上述锂过渡金属复合粒子的制备方法。

本发明所要解决的第三技术问题在于，提供包含上述锂过渡金属复合粒子的正极活性物质。

本发明所要解决的第四技术问题在于，提供包含上述正极活性物质的正极及锂二次电池。

解决技术问题的手段

为了解决上述技术问题，本发明提供锂过渡金属复合粒子，上述锂过渡金属复合粒子包括：锂过渡金属氧化物粒子；金属掺杂层，掺杂在上述锂过渡金属氧化物粒子而形成；以及LiF，形成在包括上述金属掺杂层的锂过渡金属氧化物粒子上。

并且，本发明作为第一制备方法提供锂过渡金属复合粒子的制备方法，上述锂过渡金属复合粒子的制备方法包括：将混合过渡金属前体、锂化合物及金属氧化物相混合并进行煅烧，来获得包括金属掺杂层的锂过渡金属氧化物粒子的步骤；以及将包括上述金属掺杂层的锂过渡金属氧化物粒子与表面改性剂相混合并进行热处理的步骤。

而且，本发明作为第二制备方法提供锂过渡金属复合粒子的制备方法，上述锂过渡金属复合粒子的制备方法包括：将掺杂有金属的混合过渡金属前体及锂化合物相混合并进行煅烧，来获得包括金属掺杂层的锂过渡金属氧化物粒子的步骤；以及将包括上述金属掺杂层的锂过渡金属氧化物粒子与表面改性剂相混合并进行热处理的步骤。

并且，本发明提供包含上述锂过渡金属复合粒子的正极活性物质。

并且，本发明提供包括上述正极活性物质的正极(cathode)。

进而，本发明提供包括上述正极、负极(anode)、介于上述正极与负极之间的隔膜的锂二次电池。

发明的效果