[发明专利]二次电池用正极活性材料的前体和使用其制备的正极活性材料

说明书

本发明涉及二次电池用正极活性材料的前体和通过使用所述前体制备的正极活性材料，其中所述前体包含单层结构化的二次粒子，在所述二次粒子中从粒子中心向表面方向径向取向的柱状一次粒子聚集，所述二次粒子具有壳状；所述一次粒子包含下列化学式1的Ni‑Co‑Mn的复合金属氢氧化物：[化学式1]Ni_1‑(x+y+z)Co_xM_yMn_z(OH)₂其中，在化学式1中，M、x、y和z具有与说明书中相同的定义。

技术领域

相关申请的交叉参考

本申请要求于2016年3月4日提交的韩国专利申请10-2016-0026225号的权益，通过参考将其内容以其完整形式并入本文中。

本发明涉及一种二次电池用正极活性材料的前体和使用其制备的正极活性材料，所述前体通过在制备活性材料时提高活性材料中的锂离子迁移率和活性材料结构稳定性从而能够提高用于电池时的初始容量性质、输出性质和长期循环寿命性质。

背景技术

随着对于移动装置的技术发展和需求的增加，对于作为能源的二次电池的需求迅速增加。在这些二次电池中，具有高能量密度和电压、长循环寿命和低自放电率的锂二次电池已商业化并广泛使用。

然而，锂二次电池具有循环寿命随着重复充电和放电而快速降低的问题。特别是，这类问题在高温下更为严重。这是由于自电池内水分或其他不同影响引起的电解质分解或活性材料退化，或电池的内电阻增加而发生的现象。

因此，目前正积极研究和开发及使用的锂二次电池用正极活性材料为层状结构化LiCoO₂。LiCoO₂由于极佳循环寿命性质和充放电效率而被最广泛使用，但具有低结构稳定性，因此在用于制造较高容量电池的技术中有限制。

作为用于替代LiCoO₂的正极活性材料，已经开发各种锂过渡金属氧化物如LiNiO₂、LiMnO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄和Li(Ni_xCo_yMn_z)O₂。在这些正极活性材料中，LiNiO₂具有呈现高放电容量的电池性质的优点，但存在难以使用简单的固态反应来合成的问题，且其具有低热稳定性和循环寿命性质。此外，锂锰类氧化物如LiMnO₂或LiMn₂O₄具有极佳热安全性和低成本的优点，但具有容量小且高温性能低的问题。特别是，LiMn₂O₄已部分商业化为低价产品，但由于Mn³⁺所引起的低的扬-泰勒畸变(Jahn-Teller distortion)而没有良好的循环寿命性质。此外，虽然目前LiFePO₄由于其低成本和极佳安全性而已对其在混合动力电动车辆(HEV)中的应用进行广泛的研究，但由于导电性低而在其他领域的应用很困难。

鉴于上述，作为LiCoO₂的替代正极活性材料而受到最高关注的材料为包含过量锂的锂镍锰钴氧化物，即Li_a(Ni_xCo_yMn_z)_2-aO₂(在此，a、x、y和z各自独立地为形成氧化物的元素的原子分数，且1a≤1.5，0x≤1，0y≤1，0z≤1，0x+y+z≤1)。这种材料具有价格低于LiCoO₂及在高容量和高电压下使用的优点，但具有在高温下的不利的倍率性能(ratecapability)和寿命循环性质的缺点。

因此，迫切需要制备正极活性材料的方法，所述正极活性材料能够通过改变锂过渡金属氧化物中的组成或控制晶体结构来提高锂二次电池性能。

发明内容

技术问题