[发明专利]用于可再充电锂电池的正极活性材料、其制备方法及包括其的可再充电锂电池

说明书

公开了用于可再充电锂电池的正极活性材料、其制备方法及包括其的可再充电锂电池。所述正极活性材料可包括由化学式1表示的第一化合物和由化学式2表示并且具有比所述第一化合物小的粒径的第二化合物，其中所述第一化合物和所述第二化合物的至少一种包括芯和围绕所述芯的表面层，所述表面层的除Li之外的金属中的Ni原子浓度(原子％)高于所述芯的除Li之外的金属中的Ni原子浓度(原子％)，且阳离子混合小于或等于约3％。化学式1和化学式2描述于详细的说明书中。

对相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年11月02日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2018-0133746的优先权和权益，将其全部内容通过引用引入本文中。

技术领域

公开了用于可再充电锂电池的正极活性材料、其制备方法以及包括其的可再充电锂电池。

背景技术

为了满足各种设备的小型化和高性能，可再充电锂电池在小型化和重量减轻以及高能量密度方面已经变得越来越重要。另外，可再充电锂电池的高容量和高温稳定性以及在高电压下的稳定性对于应用于电动车等变得重要。

已经研究了多种正极活性材料以实现应用于所述用途的可再充电锂电池。

包括Ni、Co和Mn的基于镍的锂过渡金属氧化物同时提供比LiCoO₂高的每单位重量的放电容量，但由于低的填充密度而提供低的每单位体积的容量并且在可再充电锂电池中呈现低的放电容量。另外，包括基于镍的锂过渡金属氧化物的可再充电锂电池在高电压下操作期间可显示劣化的安全性。

特别地，当Ni原子浓度为约33原子％至约60原子％时，使用它的可再充电电池的充电和放电效率小于或等于约90％，阳离子混合为约5％，并且Li/过渡金属摩尔比为1.01至1.05。理论上，Li/过渡金属的理想比率为1.00。然而，在基于Ni的正极活性材料的常规合成方法中，由于Li相对于过渡金属而言过度地混合，因此使用其的可再充电锂电池的充电和放电效率可劣化并且阳离子混合可增加。

因此，对于如下存在增加的需求：通过减少正极活性材料的阳离子混合，具有理想层状结构的正极活性材料和使用其的高效率可再充电锂电池。

发明内容

一种实施方式提供具有改善的充电和放电容量、充电和放电效率、以及循环寿命的用于可再充电锂电池的正极活性材料。

另一实施方式提供制备所述正极活性材料的方法。

另一实施方式提供包括所述正极活性材料的可再充电锂电池。

一种实施方式提供用于可再充电锂电池的正极活性材料，包括：由化学式1表示的第一化合物和由化学式2表示并且具有比所述第一化合物小的粒径的第二化合物，其中所述第一化合物和所述第二化合物的至少一种包括芯和围绕所述芯的表面层，所述表面层的除Li之外的金属中的Ni原子浓度(原子％)高于所述芯的除Li之外的金属中的Ni原子浓度(原子％)，且阳离子混合小于或等于约3％。

[化学式1]

Li_a1Ni_x1Co_y1M¹_1-x1-y1O₂

在化学式1中，0.9≤a1≤1.05，0.3≤x1≤0.95，0.1≤y1≤0.3，以及M¹为选自如下的至少一种金属元素：Mn、Al、Cr、Fe、V、Mg、Ti、Zr、Nb、Mo、W、Cu、Zn、Ga、In、Sn、La、和Ce。

[化学式2]

Li_a2Ni_x2Co_y2M²_1-x2-y2O₂