二次电池用正极活性材料、其制备方法以及包含其的锂二次电池技术

本发明专利技术提供了一种制备二次电池用正极活性材料的方法，所述方法包括如下步骤：准备包含镍(Ni)、钴(Co)和锰(Mn)的锂复合过渡金属氧化物，其中基于所述过渡金属的总含量，所述镍(Ni)的含量为60mol％以上；以及对所述锂复合过渡金属氧化物、作为氟(F)涂覆源的MgF2和硼(B)涂覆源进行干混和热处理，以在所述锂复合过渡金属氧化物的粒子表面上形成涂覆部。另外，如上所述地制备的正极活性材料包含：锂复合过渡金属氧化物，所述锂复合过渡金属氧化物包含镍(Ni)、钴(Co)和锰(Mn)；和涂覆部，所述涂覆部形成在所述锂复合过渡金属氧化物的粒子表面上，其中基于所述过渡金属的总含量，所述锂复合过渡金属氧化物具有60mol％以上的所述镍(Ni)的含量，并且所述涂覆部包含氟(F)和硼(B)。(B)。(B)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】二次电池用正极活性材料、其制备方法以及包含其的锂二次电池


[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2018年9月28日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10
‑
2018
‑
0115731号的权益，其公开内容通过引用被整体并入本文中。
[0003]

[0004]本专利技术涉及二次电池用正极活性材料、其制备方法以及包含其的锂二次电池。

技术介绍

[0005]近来，由于使用电池的电子设备如手机、笔记本计算机、电动车辆等的快速普及，所以对具有相对高容量的小型轻量二次电池的需求迅速增加。特别地，锂二次电池重量轻并且具有高能量密度，因此作为便携式设备用驱动电源而受到关注。因此，已经对改善锂二次电池的性能积极地进行了研究和开发的努力。
[0006]当在由能够嵌入和脱嵌锂离子的活性材料制成的正极与负极之间充入有机电解液或聚合物电解液时，锂二次电池在锂离子从正极和负极嵌入/脱嵌时通过氧化和还原反应产生电能。
[0007]作为锂二次电池的正极活性材料，使用锂钴氧化物(LiCoO2)、锂镍氧化物(LiNiO2)、锂锰氧化物(LiMnO2、LiMn2O4等)、锂铁磷酸盐化合物(LiFePO4)等。另外，作为改善具有低的热稳定性的LiNiO2的热稳定性的同时维持其优异的可逆容量的方法，已经开发了其中一部分镍(Ni)被钴(Co)和锰(Mn)置换的锂复合过渡金属氧化物(下文中被简称为“NCM类锂氧化物”)。然而，已经开发的典型的NCM类锂复合过渡金属氧化物没有足够的容量性能，因此其应用受到限制。
[0008]为了解决这些问题，近年来，已经进行了增加NCM类锂复合过渡金属氧化物中的Ni含量的研究。然而，在具有高镍含量的富镍正极活性材料的情况下，其容量提高，但是取决于电荷深度，随着Ni
2+
到Ni
3+/4+
的氧化而发生快速的氧脱嵌。脱嵌的氧与电解液发生反应，从而改变材料的固有性能，并且存在引起晶格结构的不稳定性以及进一步的结构崩塌的问题。
[0009]因此，为了确保富Ni的高Ni NCM类锂复合过渡金属氧化物的稳定性，正在对结合有涂覆技术的表面改性进行大量研究。然而，仍然需要开发一种能够在提高热稳定性的同时抑制电池性能的劣化(如容量降低和输出降低)的高Ni的NCM类正极活性材料。特别地，仍然需要开发一种在4.3V以上的高电压下具有稳定性的高Ni NCM类正极活性材料。

技术实现思路

[0010]技术问题
[0011]本专利技术的一个方面提供了一种含有60mol％以上的镍(Ni)以确保高容量的高Ni的NCM类正极活性材料，该二次电池用正极活性材料能够在显著提高稳定性的同时抑制取决
于涂覆材料的电阻增加和输出降低。特别地，本专利技术提供了一种即使在4.3V以上的高电压下也实现优异的热稳定性和优异的电化学性能的二次电池用正极活性材料。
[0012]技术方案
[0013]根据本专利技术的一个方面，提供了一种制备二次电池用正极活性材料的方法，所述方法包括如下步骤：准备包含镍(Ni)、钴(Co)和锰(Mn)的锂复合过渡金属氧化物，其中基于所述过渡金属的总含量，所述镍(Ni)的含量为60mol％以上；以及对所述锂复合过渡金属氧化物、作为氟(F)涂覆源的MgF2和硼(B)涂覆源进行干混和热处理，以在所述锂复合过渡金属氧化物的粒子表面上形成涂覆部。
[0014]根据本专利技术的另一方面，提供了一种二次电池用正极活性材料，所述二次电池用材料包含：锂复合过渡金属氧化物，所述锂复合过渡金属氧化物包含镍(Ni)、钴(Co)和锰(Mn)；和涂覆部，所述涂覆部形成在所述锂复合过渡金属氧化物的粒子表面上，其中基于所述过渡金属的总含量，所述锂复合过渡金属氧化物具有60mol％以上的所述镍(Ni)的含量，并且所述涂覆部包含氟(F)和硼(B)。
[0015]根据本专利技术的又一方面，提供了一种包含所述正极活性材料的正极和一种包含所述正极的锂二次电池。
[0016]有益效果
[0017]根据本专利技术而制备的二次电池用正极活性材料是含有60mol％以上的镍(Ni)的高Ni的NCM类正极活性材料，该正极活性材料可以确保高容量并且解决由于高Ni的NCM体系的镍(Ni)的增加而导致的结构/化学稳定性劣化的问题。因此，可以确保优异的热稳定性，并且还可以抑制取决于涂覆材料的电阻增加和输出降低。特别地，即使在4.3V以上的高电压下，也可以实现优异的热稳定性和优异的电化学性能。
附图说明
[0018]图1是示出了评价使用根据实施例和比较例制备的正极活性材料制造的锂二次电池的低温输出性能的结果的图；并且
[0019]图2是示出了评价使用根据实施例和比较例制备的正极活性材料制造的锂二次电池的高温储存期间产生的气体量的结果的图。
具体实施方式
[0020]下文中，将更详细地描述本专利技术以有助于理解本专利技术。在此情况下，应理解，说明书和权利要求书中所使用的词语或术语不应被解释为具有常用字典中定义的含义。应进一步理解，基于专利技术人可以适当定义词语或术语的含义以对本专利技术进行最佳解释的原则，所述词语或术语应被解释为具有与其在本专利技术的相关领域背景和技术理念中的含义一致的含义。
[0021]<制备正极活性材料的方法>
[0022]通过以下方式来制备二次电池用正极活性材料：准备包含镍(Ni)、钴(Co)和锰(Mn)的锂复合过渡金属氧化物，其中基于过渡金属的总含量，镍(Ni)的含量为60mol％以上；以及对所述锂复合过渡金属氧化物、作为氟(F)涂覆源的MgF2和硼(B)涂覆源进行干混和热处理，以在所述锂复合过渡金属氧化物的粒子表面上形成涂覆部。
[0023]下面将逐步详细地描述本专利技术的制备正极活性材料的方法。
[0024]首先，准备包含镍(Ni)、钴(Co)和锰(Mn)的锂复合过渡金属氧化物，其中基于过渡金属的总含量，镍(Ni)的含量为60mol％以上。
[0025]锂复合过渡金属氧化物是基于过渡金属的总含量，镍(Ni)的含量为60mol％以上的高镍(Ni)NCM体系。更优选地，基于过渡金属的总含量，镍(Ni)的含量可以是65mol％以上，还更优选是80mol％以上。当基于过渡金属的总含量，锂复合过渡金属氧化物的镍(Ni)的含量满足60mol％以上时，可以确保高容量。
[0026]更具体地，锂复合过渡金属氧化物可以由下式1表示。
[0027][式1][0028]Li
p
Ni1‑
(x1+y1+z1)
Co
x1
Mn
y1
M
az1
O
2+δ
[0029]在上式中，M
a
是选自如下中的至少一种：Zr、W、Mg、Al、Ce、Hf、Ta、La、Ti、Sr、Ba、Nb、Mo和Cr，并且0.9≤p≤1.5，0<x1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制备二次电池用正极活性材料的方法，所述方法包括如下步骤：准备包含镍(Ni)、钴(Co)和锰(Mn)的锂复合过渡金属氧化物，其中基于所述过渡金属的总含量，所述镍(Ni)的含量为60mol％以上；以及对所述锂复合过渡金属氧化物、作为氟(F)涂覆源的MgF2和硼(B)涂覆源进行干混和热处理，以在所述锂复合过渡金属氧化物的粒子表面上形成涂覆部。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述硼(B)涂覆源是H3BO3。3.根据权利要求1所述的方法，其中基于100重量份的所述锂复合过渡金属氧化物，以0.002重量份至0.08重量份混合所述MgF2。4.根据权利要求1所述的方法，其中基于100重量份的所述锂复合过渡金属氧化物，以0.09重量份至0.75重量份混合所述硼(B)涂覆源。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述热处理在200℃至600℃下...

【专利技术属性】
技术研发人员：金元泰，柳淙烈，河昇哲，申先植，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：