[发明专利]用于制备金属掺杂的二次电池正极活性材料的钴前体

说明书

本发明提供一种用于制备包含在正极活性材料中的层状锂钴氧化物的钴前体，其中，所述钴前体是掺杂有作为掺杂剂的镁(Mg)和不同于镁的元素(M’)的羟基氧化钴(CoM’OOH)。

技术领域

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求2016年12月21日提交的韩国专利申请第10-2016-0175222号的优先权，通过援引将其公开内容完整并入本文。

本发明涉及用于制备二次电池用正极活性材料的金属掺杂的钴前体。

背景技术

近年来，随着化石燃料的枯竭而导致的能源的价格上涨和对环境污染的关注增加，对环境友好型替代能源的需求成为未来不可或缺的因素。为此，已经持续研究了诸如核电、太阳能、风能、潮汐能等各种发电技术，并且用于更有效地利用所产生的能量的储能装置也引起了极大的关注。

特别是，随着技术开发和对移动设备需求的增加，对作为能源的电池的需求也正迅速增加。近年来，已经实现了将二次电池用作电动车辆(EV)、混合动力电动车辆(HEV)等的电源，并且其应用领域也扩展到通过电网作为辅助电源的用途。因此，对满足各种要求的电池进行了许多研究。

在电池形状方面，对具有薄厚度从而适用于诸如移动电话等产品的棱柱型二次电池和袋型二次电池有很高的需求。在材料方面，对具有高能量密度、放电电压和输出功率稳定性等优点的诸如锂离子电池和锂离子聚合物电池等锂二次电池有很高的需求。

作为锂二次电池的正极材料，目前使用LiCoO₂、三元体系材料(NMC/NCA)、LiMnO₄、LiFePO₄等。其中，LiCoO₂问题在于钴价格昂贵并且与三元体系材料相比在相同电压下具有低容量。因此，为了提高二次电池的容量，三元体系材料的使用逐渐增加。

不过，LiCoO₂由于其具有高压延密度等优点而至今为止广泛使用。为了开发高容量二次电池，正在进行提高工作电压的研究。

通常，锂钴氧化物如LiCoO₂具有R-3m菱形层状结构。具体而言，锂钴氧化物具有锂、钴和氧沿岩盐结构的[111]晶面以O-Li-O-Co-O-Li-O-Co-O形式规则排列的结构并且这种结构也称为O3型层状结构。

在这方面，当锂钴氧化物包含在正极活性材料中时，当包含正极活性材料的锂二次电池充电时，锂离子从锂钴氧化物的晶格中脱嵌。特别地，随着充电电压、具体为充电截止电压越高，从锂钴氧化物的晶格中脱嵌的锂离子的量增加。因此，在较高的充电截止电压下，锂钴氧化物的层状结构由于晶格结构的变化而更有可能发生相变。

更具体地，在充电完成后直至基于锂的充电电压为4.53V时，LiCoO₂仍可保持O3型层状结构(O3相)。然而，当充电电压超过4.53V时，从锂钴氧化物的晶格中脱嵌的锂离子的量增加，结果，可能发生从O3型层状结构到晶格中不存在Li的O1型层状结构(O1相)的相变。因此，当充电电压超过4.53V时，可能发生从O3型层状结构到H1-3型层状结构(H1-3相)的相变，在H1-3相中，O3型层状结构和O1型层状结构在晶格中共存。

在这方面，从O3型层状结构到H1-3型层状结构和从O3型层状结构到O1型层状结构的相变可能是部分不可逆的，并且在H1-3型层状结构和O1型层状结构中，能够嵌入/脱嵌的锂离子可能减少。因此，当发生相变时，锂电池的工作效率和放电率以及寿命特性可能急剧劣化。

特别地，根据锂钴氧化物的特性，当锂离子减少时，Co³⁺离子氧化为具有较低离子半径的Co⁴⁺离子，导致结构应力增加，结果，加剧了上述问题。

因此，为了防止在高于4.53V的高电压下锂电池的工作效率和放电率以及寿命特性的劣化并且改善性能，必须抑制锂钴氧化物的相变。