[发明专利]诊断用于锂二次电池的电极活性材料的劣化的方法

说明书

本发明提供了一种诊断用于二次电池的电极活性材料的劣化的方法，该方法包括：制备包括正极和负极的锂二次电池，正极包括除锂之外含有基于过渡金属的总摩尔数的60mol％或更多的镍(Ni)的锂过渡金属氧化物的正极活性材料，负极面向正极；通过将锂二次电池在2.5V至4.2V的电压范围内执行第一充电和第一放电所获得的初始充电/放电曲线进行微分，获得第一微分曲线(dQ/dV)；以及通过将锂二次电池在2.5V至4.2V的电压范围内执行第二充电和第二放电所获得的充电/放电曲线进行微分，获得第二微分曲线(dQ/dV)，其中，当与第一微分曲线的最大放电峰值相比，第二微分曲线的最大放电峰值以0.01V至0.1V间隔开的间隔峰出现在4V或更高时，诊断出正极活性物质的β相已形成。

技术领域

本申请要求于2020年1月20日提交的韩国专利申请No.10-2020-0007495的优先权，其公开内容通过引用结合于此。

本发明涉及一种诊断用于锂二次电池的电极活性材料的劣化的方法。

背景技术

随着关于移动设备的技术发展和需求的增加，对作为能量源的二次电池的需求已经显着增加。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业化并被广泛使用。特别是近年来，随着电动车辆的迅速普及，可以用作中大型设备的电源的高能量电池的开发变得越来越重要。

锂过渡金属复合氧化物已被用作锂二次电池的正极活性材料，并且在这些氧化物中，主要使用具有高工作电压和优异容量特性的锂钴复合金属氧化物，诸如LiCoO₂。然而，由于脱锂导致的不稳定晶体结构，LiCoO₂的热性能非常差。同样，由于LiCoO₂昂贵，所以在使用大量LiCoO₂作为诸如电动车辆的应用的电源方面存在限制。

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)已被开发作为用于替代LiCoO₂的材料。在这些材料中，锂镍复合金属氧化物的研究和开发已经更加积极地进行，其中，由于约200mAh/g的高可逆容量，所以可以容易地实现大容量电池。然而，LiNiO₂的局限性在于，LiNiO₂的热稳定性比LiCoO₂差，并且当由于外部压力而在充电状态下发生内部短路时，正极活性材料本身会分解以导致电池的破裂和起火。因此，作为在保持LiNiO₂的优异可逆容量的同时提高低热稳定性的方法，已经开发出一种锂过渡金属氧化物，其中，镍(Ni)的一部分被钴(Co)、锰(Mn)或铝(Al)替代。

然而，关于Ni的一部分被Co、Mn或Al替代的锂过渡金属氧化物，在将镍的量增加到60mol％或更多以便通过提高容量特性来实现高能量的情况下，存在的问题在于，当正极活性材料中存在的锂在高电位下脱嵌时形成新相，并且由于这种相变导致正极活性材料的结构稳定性降低。

通常，为了诊断由于相变引起的正极活性材料的结构稳定性的变化，已经使用在充电和放电之后拆解电池并观察拆解的电池的方法。在这种情况下，诊断正极活性材料的相变花费长时间和高成本。

因此，需要一种能够在不拆解二次电池的情况下诊断由于正极活性材料结构的相变引起的电池劣化的诊断方法。

发明内容

技术问题

本发明的一方面提供了一种诊断用于二次电池的电极活性材料的劣化的方法，该方法可以诊断由于相变引起的正极活性材料的劣化，而无需在充电和放电之后拆解电池。

技术解决方案