[发明专利]二次电池用正极活性材料、其制造方法以及包括其的锂二次电池

说明书

本发明涉及一种二次电池用正极活性材料，其包括含有镍(Ni)和钴(Co)、以及选自由铝(Al)和锰(Mn)组成的组中的至少一种的锂过渡金属氧化物，其中，在锂过渡金属氧化物的全部过渡金属元素中，镍(Ni)的含量为80摩尔％以上，并且在所述锂过渡金属氧化物结构的锂层中，Ni阳离子的阳离子混合比为1.1％以下。

技术领域

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年12月28日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2016-0181022号和2017年12月18日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2017-0174131号的权益，通过援引将其公开内容完整并入本文。

技术领域

本发明涉及二次电池用正极活性材料，其制造方法以及包括其的锂二次电池。

背景技术

随着技术发展和对移动设备需求的增加，对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经商品化并广泛使用。

作为锂二次电池的正极活性材料，已经使用锂过渡金属复合氧化物。在这些氧化物中，主要使用具有高工作电压和优异容量特性的LiCoO₂锂钴复合金属氧化物。然而，LiCoO₂由于锂脱嵌引起的不稳定晶体结构而具有非常差的热性能，并且价格昂贵，因此使用大量LiCoO₂作为电动车辆等应用的电源存在限制。

作为替代LiCoO₂的材料，已经开发了锂锰复合氧化物(LiMnO₂或LiMn₂O₄)、磷酸铁锂化合物(LiFePO₄等)和锂镍复合氧化物(LiNiO₂等)。在这些材料中，已经积极地研究和开发了具有约200mAh/g的高可逆容量从而更容易实现更大容量电池的锂镍复合氧化物。然而，与LiCoO₂相比，LiNiO₂具有以下限制：其热稳定性较差，并且当在充电状态下由于来自外部的压力等发生内部短路时，正极活性材料本身分解，导致电池破裂和着火。

因此，作为在保持LiNiO₂的优异可逆容量的同时改善低热稳定性的方法，开发出其中一部分Ni由Mn和Co取代的镍钴锰基锂复合金属氧化物(在下文中，简称为“NCM基锂氧化物”)。然而，目前开发出的传统NCM基锂氧化物没有足够的容量，因此其应用受到限制。

为了解决这样的问题，最近进行了许多研究来增加NCM基锂氧化物中的镍含量。然而，在具有高镍含量的高浓度镍正极活性材料的情况下，活性材料的结构稳定性和化学稳定性劣化，从而使热稳定性迅速劣化。另外，随着活性材料中镍含量的增加，以LiOH和Li₂CO₃形式存在于正极活性材料表面上的锂副产物的残留量增加，导致气体产生和膨胀。还会出现诸如电池的寿命和稳定性劣化等问题。

因此，需要开发一种符合高容量要求、具有较少的锂副产物的残留量、并且高温稳定性优异的高浓度富Ni正极活性材料。

发明内容

技术问题

为了解决上述限制，本发明的一个方面提供了一种能够同时实现结构稳定性、优异的容量特性和高温稳定性且具有较少的锂副产物残留量的高浓度镍正极活性材料，其制造方法，包括其的二次电池用正极以及锂二次电池。

技术方案