正极活性材料及包含该正极活性材料的锂二次电池制造技术

本实施例涉及一种正极活性材料及包含该正极活性材料的锂二次电池。根据一个实施例提供一种锂二次电池正极活性材料，其包含：金属氧化物颗粒，其包含镍、钴、锰和铝；以及两种掺杂元素，其掺杂到所述金属氧化物颗粒中。其掺杂到所述金属氧化物颗粒中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】正极活性材料及包含该正极活性材料的锂二次电池


[0001]本实施例涉及一种正极活性材料及包含该正极活性材料的锂二次电池。

技术介绍

[0002]近来，随着电动汽车需求的爆炸性增长以及要求增加行驶里程，全球正在积极开发可应用于电动汽车的具有高容量及高能量密度的二次电池。
[0003]尤其，为了制备这种高容量电池，需要使用高容量正极活性材料。因此，已经提出了一种应用镍含量高的镍钴锰类正极活性材料作为高容量正极活性材料的方案。
[0004]然而，随着镍含量的增加，镍含量高的镍钴锰类正极活性材料最终出现以下问题：1)容量降低导致效率降低、2)表面产生氧导致形成NiO岩盐结构相和循环特性下降、以及3)电阻增加等。
[0005]因此，迫切需要开发一种正极活性材料，可以解决镍含量高的镍钴锰类正极活性材料的问题。

技术实现思路

[0006]技术问题
[0007]本实施例旨在提供一种正极活性材料及包含该正极活性材料的锂二次电池，通过在含镍、钴、锰和铝的金属氧化物颗粒中掺杂两种元素，可以解决镍含量高的正极活性材料中出现的性能下降的问题，同时可以明显改善电化学特性。
[0008]技术方案
[0009]根据一个实施例的锂二次电池正极活性材料可以包含：金属氧化物颗粒，其包含镍、钴、锰和铝；以及两种掺杂元素，其掺杂到所述金属氧化物颗粒中。
[0010]所述两种掺杂元素可为Nb和Zr。
[0011]相对于镍、钴、锰、铝和掺杂元素的总和1摩尔，所述Nb的掺杂量可为0.0001摩尔至0.01摩尔。
[0012]相对于镍、钴、锰、铝和掺杂元素的总和1摩尔，所述Zr的掺杂量可为0.001摩尔至0.007摩尔。
[0013]所述Nb和Zr的掺杂量可以满足下述式1的关系。
[0014][式1][0015]0.3<[Zr]/[Nb]<40
[0016]在式1中，[Nb]和[Zr]表示以镍、钴、锰、铝和掺杂元素的总和1摩尔计各元素的掺杂量。
[0017]所述正极活性材料可以由下述化学式1表示。
[0018][化学式1][0019]Li
a
[Ni
x
Co
y
Mn
z
Al
h
]1‑
t
(Nb
i
Zr
j
)
t
O2‑
p
X2
p
[0020]在上述化学式1中，X是选自包含F、N和P的组中的一种以上元素，
[0021]a为0.8≤a≤1.3，
[0022]t为0.0011≤t≤0.007，
[0023]0.6≤x≤0.95，0<y≤0.2，0<z≤0.2，0.008≤h≤0.029，0.0011≤i≤0.017，0.9989≤j≤0.983，0≤p≤0.02。
[0024]所述h可以为0.01≤h≤0.025。
[0025]所述正极活性材料的初始扩散系数可为7.30*10
‑9m2/秒至8.10*10
‑9m2/秒。
[0026]所述金属氧化物颗粒的晶粒大小可为至
[0027]相对于所述金属氧化物颗粒的(110)面的半峰宽度(FWHM)值可为0.1890至0.2200。
[0028]所述锂二次电池正极活性材料检测X射线衍射图案时，(003)面的峰强度与(104)面的峰强度之比I(003)/I(104)可为1.2300至1.2410。
[0029]以所述镍、钴和锰的总和1摩尔计，所述金属氧化物颗粒中镍的含量可为0.8摩尔以上。
[0030]根据另一个实施例的锂二次电池可以包含：正极，其包含根据一个实施例的正极活性材料；负极；以及非水电解质。
[0031]专利技术效果
[0032]根据本实施例的正极活性材料，由于在含NCMA的金属氧化物颗粒中掺杂至少两种元素，采用所述正极活性材料时，可以增加锂二次电池的容量，同时可以明显改善室温和高温寿命特性、初始效率、初始电阻、电阻增加率和热稳定性。
具体实施方式
[0033]第一、第二、第三等词汇用于描述各种部分、成分、区域、层和/或段，但这些部分、成分、区域、层和/或段不应该被这些词汇限制。这些词汇仅用于区分某一部分、成分、区域、层和/或段与另一部分、成分、区域、层和/或段。因此，在不脱离本专利技术的范围内，下面描述的第一部分、成分、区域、层和/或段也可以被描述为第二部分、成分、区域、层和/或段。
[0034]本文所使用的术语只是出于描述特定实施例，并不意在限制本专利技术。除非上下文中另给出明显相反的含义，否则所使用的单数形式也意在包含复数形式。还应该理解的是，说明书中使用的术语“包含”可以具体指某一特性、领域、整数、步骤、动作、要素和/或成分，但并不排除其他特性、领域、整数、步骤、动作、要素和/或成分的存在或附加。
[0035]如果某一部分被描述为在另一个部分之上，则可以直接在另一个部分上面或者其间存在其他部分。当某一部分被描述为直接在另一个部分上面时，其间不会存在其他部分。
[0036]虽然没有另作定义，但本文中使用的所有术语(包含技术术语和科学术语)的含义与本专利技术所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同。对于辞典中定义的术语，应该被解释为具有与相关技术文献和本文中公开的内容一致的意思，而不应该以理想化或过于正式的含义来解释它们的意思。
[0037]根据一个实施例的锂二次电池正极活性材料可以包含：金属氧化物颗粒，其包含镍、钴、锰和铝；以及两种掺杂元素，其掺杂到所述金属氧化物颗粒中。
[0038]此时，所述两种掺杂元素可为Nb和Zr。
[0039]为了对锂金属氧化物进行掺杂来确保寿命和各种电化学性能，掺杂元素的选择很
重要。目前已知的掺杂元素例如有单价离子(mono
‑
valent)如Ag
+
、Na
+
和2价以上的多价离子(multi
‑
valent)如Co
2+
、Cu
2+
、Mg
2+
、Zn
2+
、Ba
2+
、Al
3+
、Fe
3+
、Cr
3+
、Ga
3+
、Zr
4+
、Ti
4+
等。这些元素对电池的寿命和输出特性产生不同影响。
[0040]在本实施例中，通过包含这些掺杂元素中的Nb和Zr，可以确保高容量，同时可以改善室温和高温寿命特性及热稳定性，并且可以提高初始容量和初始效率。
[0041]具体地，由于Zr离子占据Li位点，Zr
4+
起到一种支柱(pillar)作用，在充电和放电过程中缓解锂离子路径(lithium ion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】1.一种锂二次电池正极活性材料，其包含：金属氧化物颗粒，其包含镍、钴、锰和铝；以及两种掺杂元素，其掺杂到所述金属氧化物颗粒中。2.根据权利要求1所述的锂二次电池正极活性材料，其中，所述两种掺杂元素为Nb和Zr。3.根据权利要求2所述的锂二次电池正极活性材料，其中，相对于镍、钴、锰、铝和掺杂元素的总和1摩尔，所述Nb的掺杂量为0.0001摩尔至0.01摩尔。4.根据权利要求2所述的锂二次电池正极活性材料，其中，相对于镍、钴、锰、铝和掺杂元素的总和1摩尔，所述Zr的掺杂量为0.001摩尔至0.007摩尔。5.根据权利要求2所述的锂二次电池正极活性材料，其中，所述Nb和Zr的掺杂量满足下述式1的关系，[式1]0.3<[Zr]/[Nb]<40在式1中，[Nb]和[Zr]表示以镍、钴、锰、铝和掺杂元素的总和1摩尔计各元素的掺杂量。6.根据权利要求1所述的锂二次电池正极活性材料，其中，所述正极活性材料由下述化学式1表示，[化学式1]Li
a
[Ni
x
Co
y
Mn
z
Al
h
]1‑
t
(Nb
i
Zr
j
)
t
O2‑
p
X2
p
在上述化学式1中，X...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋定勋，南相哲，李尚奕，崔权永，朴寅彻，权五珉，
申请(专利权)人：浦项产业科学研究院浦项化学株式会社，
类型：发明
国别省市：