[发明专利]二次电池用正极活性材料和包含所述材料的锂二次电池

说明书

本发明提供一种二次电池用正极活性材料，该正极活性材料包含含镍(Ni)的镍基锂复合过渡金属氧化物，其中所述锂复合过渡金属氧化物满足以下关系式1和关系式2。[关系式1]80nm≤微晶尺寸_FWHM≤150nm；[关系式2]Δ尺寸(|微晶尺寸_IB–微晶尺寸_FWHM|)≤20；其中，在关系式1和关系式2中，微晶尺寸_FWHM是使用半峰全宽(FWHM)方法由X射线衍射(XRD)数据计算得到的微晶尺寸，微晶尺寸_IB是使用积分宽度(IB)方法由XRD数据计算得到的微晶尺寸。

技术领域

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年2月1日提交的第10-2019-0013809号韩国专利申请的优先权，其公开以引用的方式并入本文中。

本发明涉及二次电池用正极活性材料和包含所述正极活性材料的锂二次电池。

背景技术

近年来，随着诸如手机、笔记本电脑、电动车等使用电池的电子设备的迅速普及，对具有相对高容量以及小体积的轻质二次电池的需求迅速增加。特别是，由于锂二次电池重量轻且具有高能量密度，因此作为便携式设备的驱动电源的锂二次电池备受关注。因此，已经积极开展了提高锂二次电池性能的研发工作。

锂二次电池中，在有机电解质溶液或聚合物电解质溶液填充在分别由能够嵌入和脱嵌锂离子的活性材料形成的正极和负极之间的状态下，当锂离子在正极和负极嵌入/脱嵌时通过氧化和还原反应产生电能。

锂钴氧化物(LiCoO₂)、锂镍氧化物(LiNiO₂)、锂锰氧化物(LiMnO₂或LiMn₂O₄等)或磷酸铁锂化合物(LiFePO₄)已经用作锂二次电池的正极活性材料。此外，作为改进低热稳定性同时保持LiNiO₂的优异可逆容量的方法，已经开发出了锂复合金属氧化物(以下简称为“NCM基锂过渡金属氧化物”或“NCA基锂过渡金属氧化物”)，其中一部分镍(Ni)被钴(Co)或锰(Mn)/铝(Al)取代。然而，由于传统开发的NCM基/NCA基锂过渡金属氧化物的容量特性不足，因此NCM基/NCA基锂过渡金属氧化物的应用受到限制。

因此，为改进容量性能，进行了研究以增大NCM基/NCA基锂过渡金属氧化物中镍(Ni)的含量。然而，对于具有高镍含量的高Ni正极活性材料，它与具有不同组成的层状结构正极活性材料相比可以获得更高的容量，但其表面不稳定，充放电过程中发生结构退化，晶格常数发生较大变化，即单元电芯中发生大量体积变化。由于这种体积变化会导致正极活性材料出现裂纹，并且这些裂纹在充放电过程中变得严重，因此这些裂纹充当电解质溶液无法达到的空隙或降低电导率。为防止这种情况，已经通过涂覆或掺杂来改进高Ni正极活性材料的性能。然而，涂覆/掺杂可能会产生额外的成本，并且可能难以均匀地涂覆/掺杂正电极活性材料的表面或晶格。

发明内容

[技术问题]

本发明的一个方面提供了一种正极活性材料，通过优化微晶尺寸和减小镍基锂复合过渡金属氧化物正极活性材料中的应变，其可以使在充放电过程中出现的正极活性材料的裂纹最少化，可以增加随着循环的进行的容量保持率，并且可以抑制电阻增加率。

[技术方案]

根据本发明的一个方面，提供一种二次电池用正极活性材料，该正极活性材料包含含镍(Ni)的镍基锂复合过渡金属氧化物，其中所述锂复合过渡金属氧化物满足以下关系式1和关系式2。

[关系式1]

80nm≤微晶尺寸_FWHM≤150nm

[关系式2]