锂二次电池用正极活性材料和锂二次电池制造技术

本发明专利技术提供了一种锂二次电池，所述锂二次电池包含：正极；负极；隔膜，所述隔膜被插置在正极与负极之间；和电解质，其中所述正极包含锂复合过渡金属氧化物粉末作为正极活性材料，所述锂复合过渡金属氧化物粉末具有层状结构并且在全部过渡金属中镍含量为50原子％以上，并且其中所述锂复合过渡金属氧化物粉末具有0以上的锂‑氧(Li‑O)层间距离变化量(ΔT

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锂二次电池用正极活性材料和锂二次电池
相关申请的交叉引用本申请要求于2018年6月20日提交的韩国专利申请10-2018-0071057号的优先权和权益，其公开内容通过引用被整体并入本文中。
本专利技术涉及一种锂二次电池，更特别地涉及一种即使在高温和/或高电压工作下也表现出优异的电化学性能的锂二次电池。
技术介绍
近来，随着移动装置和电动工具的普及以及对环境友好电动车辆的需求的增加，用于驱动这些装置的能源所需要的规格变得越来越严格。特别地，为了满足高容量和高输出的要求，需要开发一种具有长寿命并且在高电压条件下稳定工作的锂二次电池。作为锂二次电池用正极活性材料，已经使用了锂过渡金属复合氧化物，其中，已经主要使用了LiCoO2，所述LiCoO2是具有高工作电压和优异容量特性的锂钴复合金属氧化物。然而，LiCoO2不仅由于因锂脱嵌引起的其晶体结构的不稳定而具有非常差的热性能，而且价格昂贵，因此在大量用作电动车辆领域等中的电源方面存在限制。作为代替LiCoO2的材料，已经开发了锂锰复合金属氧化物(LiMnO2、LiMn2O4等)、锂铁磷酸盐化合物(LiFeP4等)、锂镍复合金属氧化物(LiNiO2等)等，但与LiCoO2相比，LiNiO2具有诸如热稳定性差的问题，并且当由于从外部施加的压力等而在充电状态下发生内部短路时，正极活性材料自身分解，使得电池破裂并燃烧。因此，作为在维持LiNiO2的优异的可逆容量的同时改善其低的热稳定性的方法，已经开发了一部分镍被锰和钴置换的镍-钴-锰类锂复合过渡金属氧化物(下文中，简称为“NCM类锂氧化物”)。然而，随着通过充电和放电而反复地嵌入和脱嵌锂离子，这种NCM类锂氧化物的结构变得越来越不稳定，并且所造成的氧化物结构的变化会导致寿命特性劣化，并且这种现象在高温和/或高电压工作下特别明显。特别地，充电电压影响正极活性材料中锂离子的脱嵌程度，从而直接影响由于与电解质的副反应而导致的正极活性材料的表面不稳定性的增加并且直接影响正极活性材料中锂过渡金属层的结构解体。因此，已经对用于提高正极活性材料的结构稳定性的各种技术进行了研究，但是在迄今为止所提出的技术的情况下，仍难以在高温和/或高电压工作下充分实现电化学性能。因此，需要开发一种即使在高温和/或高电压工作下也表现出优异的电化学性能的锂二次电池。
技术实现思路
技术问题本专利技术旨在提供一种即使在高温和/或高电压工作下也表现出优异的电化学性能的锂二次电池。技术方案本专利技术的一个方面提供一种锂二次电池，所述锂二次电池包含正极、负极、插置在正极与负极之间的隔膜以及电解质，其中所述正极包含锂复合过渡金属氧化物粉末作为正极活性材料，所述锂复合过渡金属氧化物粉末具有层状结构并且在全部过渡金属中镍含量为50原子％以上，并且其中所述锂复合过渡金属氧化物粉末具有0以上的锂-氧(Li-O)层间距离变化量(ΔT1)，所述锂-氧(Li-O)层间距离变化量(ΔT1)由如下方程式(1)表示。方程式(1)：ΔT1＝Tf-T0在方程式(1)中，Tf是充满电状态下的锂复合过渡金属氧化物中的Li-O层间距离，并且T0是在充电之前的锂复合过渡金属氧化物中的Li-O层间距离。优选地，锂复合过渡金属氧化物粉末具有9％以下的Li-O层间距离变化率(ΔT2)，所述Li-O层间距离变化率(ΔT2)由如下方程式(2)表示。方程式(2)：ΔT2＝{(Tmax-T0)/T0}×100在方程式(2)中，Tmax是当将锂复合过渡金属氧化物从0％的SOC充电至100％的SOC时测量到的最大Li-O层间距离，并且T0是在充电之前的锂复合过渡金属氧化物中的Li-O层间距离。另外，锂复合过渡金属氧化物粉末可以具有9％以下的Li-O层间距离变化率(ΔT3)，所述Li-O层间距离变化率(ΔT3)由如下方程式(3)表示。方程式(3)：ΔT3＝{(Tmax-Tf)/Tf}×100在方程式(3)中，Tmax是当将锂复合过渡金属氧化物从0％的SOC充电至100％的SOC时测量到的最大Li-O层间距离，并且Tf是充满电状态下的锂复合过渡金属氧化物中的Li-O层间距离。另外，锂复合过渡金属氧化物可以由如下化学式1表示。[化学式1]Lix[NiaCobMncMd]O2在化学式1中，M可以是选自如下元素中的一种或多种元素：W、Cu、Fe、V、Cr、Ti、Zr、Zn、Al、In、Ta、Y、La、Sr、Ga、Sc、Gd、Sm、Ca、Ce、Nb、Mg、B、Mo和Co，并且优选包括选自如下元素中的两种以上的元素：Zr、W、Al、Ti、Mg和Co。另外，在化学式1中，0.9≤x≤1.2，0.50≤a≤0.99，0<b<0.4，0<c<0.4并且0<d<0.2。另外，所述锂复合过渡金属氧化物可以在其表面上包含涂层，所述涂层包含选自如下元素中的一种或多种元素：Al、Ti、W、B、F、P、Mg、Ni、Co、Fe、Cr、V、Cu、Ca、Zn、Zr、Nb、Mo、Sr、Sb、Bi、Si和S。本专利技术的另一个方面提供一种锂二次电池用正极活性材料，所述正极活性材料包含锂复合过渡金属氧化物粉末，所述锂复合过渡金属氧化物粉末具有层状结构并且在全部过渡金属中镍含量为50原子％以上，其中所述锂复合过渡金属氧化物粉末具有0以上的Li-O层间距离变化量(ΔT1)，所述Li-O层间距离变化量(ΔT1)由如下方程式(1)表示。方程式(1)：ΔT1＝Tf-T0在方程式(1)中，Tf是充满电状态下的锂复合过渡金属氧化物中的Li-O层间距离，并且T0是在充电之前的锂复合过渡金属氧化物中的Li-O层间距离。有益效果因为具有包含充满电状态下的Li-O层间距离大于或等于充电之前的Li-O层间距离的正极活性材料的正极，所以本专利技术的锂二次电池即使在高温和/或高电压下也表现出优异的电化学性能。附图说明图1是示出在制备例1中制备的正极活性材料的Li-O层间距离根据充电程度的变化的图。图2是示出在制备例2中制备的正极活性材料的Li-O层间距离根据充电程度的变化的图。图3是示出在制备例3中制备的正极活性材料的Li-O层间距离根据充电程度的变化的图。图4是示出在制备例4中制备的正极活性材料的Li-O层间距离根据充电程度的变化的图。图5是示出在制备例5中制备的正极活性材料的Li-O层间距离根据充电程度的变化的图。图6是示出在制备例6中制备的正极活性材料的Li-O层间距离根据充电程度的变化的图。图7是示出在制备例7中制备的正极活性材料的Li-O层间距离根据充电程度的变化的图。图8是示出在制备例8中制备的正极活性材料的Li-O层间距离根据充电程度的变化的图。具体实施方式下文中，将更详细地描述本专利技术。本说明书和权利要求书中所使用的术语和词语不应该被本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂二次电池，所述锂二次电池包含：/n正极；/n负极；/n隔膜，所述隔膜被插置在所述正极与所述负极之间；和/n电解质，/n其中所述正极包含锂复合过渡金属氧化物粉末作为正极活性材料，所述锂复合过渡金属氧化物粉末具有层状结构并且在全部过渡金属中镍含量为50原子％以上，/n其中所述锂复合过渡金属氧化物粉末具有0以上的锂-氧(Li-O)层间距离变化量(ΔT

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180620 KR 10-2018-00710571.一种锂二次电池，所述锂二次电池包含：
正极；
负极；
隔膜，所述隔膜被插置在所述正极与所述负极之间；和
电解质，
其中所述正极包含锂复合过渡金属氧化物粉末作为正极活性材料，所述锂复合过渡金属氧化物粉末具有层状结构并且在全部过渡金属中镍含量为50原子％以上，
其中所述锂复合过渡金属氧化物粉末具有0以上的锂-氧(Li-O)层间距离变化量(ΔT1)，所述锂-氧(Li-O)层间距离变化量(ΔT1)由方程式(1)表示：
方程式(1)：ΔT1＝Tf-T0
其中，在方程式(1)中，Tf是充满电状态下的所述锂复合过渡金属氧化物中的Li-O层间距离，并且
T0是在充电之前的所述锂复合过渡金属氧化物中的Li-O层间距离。


2.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中所述锂复合过渡金属氧化物粉末具有9％以下的Li-O层间距离变化率(ΔT2)，所述Li-O层间距离变化率(ΔT2)由方程式(2)表示：
方程式(2)：ΔT2＝{(Tmax-T0)/T0}×100
其中，在方程式(2)中，Tmax是当将所述锂复合过渡金属氧化物从0％的SOC充电至100％的SOC时测量到的最大Li-O层间距离，并且
T0是在充电之前的所述锂复合过渡金属氧化物中的Li-O层间距离。


3.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中所述锂复合过渡金属氧化物粉末具有9％以下的Li-O层间距离变化率(ΔT3)，所述Li-O层间距离变化率(ΔT3)由方程式(3)表示：
方程式(3)：ΔT3＝{(Tmax-Tf)/Tf}×100
其中，在方程式(3)中，Tmax是当将所述锂复合过渡金属氧化物从0％的SOC充电至100％的SOC时测量到的最大Li-O层间距离，并且
Tf是充满电状态下的所述锂复合过渡金属氧化物中的Li-O层间...

【专利技术属性】
技术研发人员：安东骏，尹汝俊，朴成淳，朴娜丽，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR