[发明专利]锂二次电池用正极活性材料、其制备方法及包含该正极活性材料的锂二次电池

说明书

本发明涉及锂二次电池用正极活性材料，其包括含有镍(Ni)、钴(Co)和锰(Mn)的锂复合过渡金属氧化物，其中，所述锂复合过渡金属氧化物的一部分镍(Ni)位点被钨(W)取代，并且残留在锂复合过渡金属氧化物颗粒表面上的锂钨氧化物的量为1,000ppm以下。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年2月28日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2017-0026823号和2018年2月27日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2018-0023733号的权益，通过援引将其公开内容完整并入本文。

技术领域

本发明涉及锂二次电池用正极活性材料、其制备方法以及包含该正极活性材料的锂二次电池。

背景技术

随着对于移动设备的技术开发和需求的增加，对作为能源的二次电池的需求显著增加。在这些二次电池中，具有高能量密度、高电压、长循环寿命和低自放电率的锂二次电池已经商品化并被广泛使用。

已经使用锂过渡金属复合氧化物作为锂二次电池的正极活性材料，并且在这些氧化物中，已主要使用了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，由于LiCoO₂具有非常差的热性能(由锂脱嵌所导致的不稳定晶体结构造成)且价格昂贵，因此在使用大量LiCoO₂作为例如电动车辆等应用的电源方面存在局限性。

作为替代LiCoO₂的材料，已经开发出锂锰复合金属氧化物(LiMnO₂或LiMn₂O₄)、磷酸铁锂化合物(LiFePO₄等)或锂镍复合金属氧化物(LiNiO₂等)。在这些材料中，更为积极地研究和开发了锂镍复合金属氧化物，其中由于约200mAh/g的高可逆容量而易于实现大容量电池。然而，LiNiO₂的局限性在于，与LiCoO₂相比，LiNiO₂的热稳定性差，并且当在已充电的状态下由于外部压力而发生内部短路时，正极活性材料本身被分解，从而导致电池的破裂和着火。

因此，作为一种在保持LiNiO₂的优异可逆容量的同时改进低热稳定性的方法，已经开发出部分镍(Ni)被锰(Mn)和钴(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，由于迄今为止开发出的典型NCM基锂氧化物具有不充分的容量特性，NCM基锂氧化物的应用受到限制。

为了改善该限制，最近进行了增加NCM基锂氧化物中的Ni量的研究。然而，随着Ni量的增加，晶体在烧结期间快速生长，因此难以控制晶体尺寸，并且当晶体尺寸快速增加时，存在电池容量和寿命特性迅速降低的局限性。而且，随着正极活性材料中Ni量的增加，正极活性材料表面上的锂副产物的残留量增加，其中，电池的容量也可能因该锂副产物而降低。

发明内容

[技术问题]

本发明的一个方面提供一种锂二次电池用正极活性材料、其制备方法以及包含该正极活性材料的锂二次电池，其中，在所述正极活性材料中，抑制了晶粒尺寸的快速增加(即使在高的烧结温度下也是如此)、提高了结晶度并且减少了锂副产物的残留量，由此实现了优异的容量特性、寿命特性、电阻特性和高温安全性。

[技术方案]

根据本发明的一个方面，提供了一种锂二次电池用正极活性材料，其包括含有镍(Ni)、钴(Co)和锰(Mn)的锂复合过渡金属氧化物，其中，所述锂复合过渡金属氧化物的一部分镍(Ni)位点被钨(W)取代，并且残留在锂复合过渡金属氧化物颗粒表面上的锂钨氧化物的量为1,000ppm以下。