[发明专利]正极活性物质及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种正极活性物质及其制备方法，更具体地，涉及一种在多晶锂锰氧化物粒子的表面上包括含硼涂敷层的正极活性物质及其制备方法。

背景技术

随着对环境问题的关注度日益增高，对能够替代造成大气污染主要原因之一的汽油车辆、柴油车辆等使用化石燃料的车辆的电动汽车、混合动力电动汽车的研究正在进行。

作为这些电动汽车、混合动力电动汽车的动力源，使用具有高能量密度的锂二次电池的相关研究正活跃地进行，并且一部分已进入商用化阶段。

作为这些锂二次电池的正极活性物质，主要使用的是锂钴氧化物(LiCoO₂)，此外，也考虑使用具有层状结晶结构的LiMnO₂，尖晶石结构的LiMn₂O₄等锂锰氧化物与锂镍氧化物(LiNiO₂)。

其中，LiMn₂O₄等锂锰氧化物虽具有热稳定性优良，价格低廉的优点，但是其存在容量小，循环特性低，高温特性差的问题。

LiMn₂O₄的结构而言，Li离子位于四面体8a位置；Mn离子(Mn³⁺/Mn⁴⁺)位于八面体16d位置；O^2-离子位于八面体16c位置。并且，这些离子形成立方密堆积(cubic closed-packing)排列。8a的四面体位置与周围有空位的16c的八面体位置共享面，因而形成三维通道，从而提供Li⁺离子易于移动的通路。

尤其，LiMn₂O₄的最大问题是，其容量随着循环进行而减少。这是由于叫做杨泰勒晶格收缩(Jahn-Teller distortion)的结构变化，即，由于放电末期(3V左右)Mn离子的氧化数变化，因而从立方形(cubic)相变为正方形(tetragonal)而引起的。并且，容量减少的原因可以例举锰溶出到电解液的现象等。

为了解决这些问题进行着诸多研究，如在作为化学计量比的LiMn₂O₄中添加1.01～1.1倍的过量的Li，以防止Li与Mn金属离子之间的换位的方法；调整Mn离子的氧化数或者使Mn位置被过渡金属或2价、3价阳离子取代，以防止从立方形转换为正方形的相变的方法等。

但是，这些方法虽然能够比作为化学计量比的LiMn₂O₄降低容量减少，却未能解决杨泰勒晶格收缩(Jahn-Teller distortion)与Mn²⁺的溶出问题。

现有技术文献

专利文献

韩国公开特许第1999-018077号

发明内容

发明解决的技术问题

本发明所要解决的第一技术问题在于，提供一种正极活性物质，上述正极活性物质既能够防止正极活性物质与电解液的副反应，又能够解决杨泰勒晶格收缩(Jahn-Teller distortion)与Mn²⁺的溶出问题，从而可提高二次电池的振实密度(tap density)、寿命特性以及充电放电容量特性。

本发明所要解决的第二技术问题在于，提供上述正极活性物质的制备方法。

本发明所要解决的第三技术问题在于，提供包含上述正极活性物质的正极(cathode)。

本发明所要解决的第四技术问题在于，提供包含上述正极的锂二次电池。

解决技术问题的手段

为了解决上述问题，本发明提供一种正极活性物质，其特征在于，包括：多晶锂锰氧化物；以及含硼涂敷层，位于上述多晶锂锰氧化物的表面。

并且，本发明根据一种一实施例提供上述正极活性物质的制备方法，其特征在于，包括：步骤(i)，混合多晶锰前体以及硼前体并进行热处理，由此在多晶锰前体的表面上涂敷含硼化合物；步骤(ii)，将涂敷有上述含硼化合物的锰前体以及锂前体混合后进行煅烧，由此在多晶锂锰氧化物表面上形成含硼涂敷层的步骤。

并且，本发明的另一实施例提供上述正极活性物质的制备方法，包括将多晶锰前体、硼前体以及锂前体混合并煅烧的步骤。

同时，本发明提供包含上述正极活性物质的正极。

进而，本发明提供包含上述正极的锂二次电池。

发明的效果