用于锂二次电池的正极活性材料、其制备方法、以及包含其的正极和锂二次电池技术

本发明专利技术公开了一种用于锂二次电池的正极活性材料，其包含：由至少两个平均粒径(D50)为0.5至3μm的一次大颗粒团聚形成的平均粒径(D50)为1至10μm的二次颗粒；以及在所述二次颗粒表面上形成的锂

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于锂二次电池的正极活性材料、其制备方法、以及包含其的正极和锂二次电池


[0001]本专利技术涉及一种包含高Ni锂过渡金属氧化物的一次大颗粒的用于锂二次电池的正极活性材料以及其制备方法。
[0002]本申请要求2020年12月24日在韩国提交的韩国专利申请10
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2020
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0183835号的优先权，其公开内容以引用方式并入本文。

技术介绍

[0003]近来，随着使用电池的电子设备(例如，移动电话、笔记本电脑和电动汽车)的广泛应用，对尺寸小、重量轻和容量相对较高的二次电池的需求快速增长。具体而言，锂二次电池由于重量轻和高能量密度的优点，作为驱动移动设备的电源而越来越受到关注。于是，为改善锂二次电池的性能做出了许多努力。
[0004]锂二次电池包含有机电解质溶液或聚合物电解质溶液，其被填充在由能够嵌入和脱嵌锂离子的活性材料制成的正极和负极之间，而电能通过锂离子在正极和负极嵌入/脱嵌时的氧化和还原反应产生。
[0005]锂二次电池的正极活性材料包括钴酸锂(LiCoO2)、镍类锂过渡金属氧化物、锰酸锂(LiMnO2或LiMn2O4)和磷酸铁锂化合物(LiFePO4)。其中，钴酸锂由于其工作电压高和容量大的优点而被广泛使用，并且用作高电压用正极活性材料。然而，钴(Co)由于价格上升和供应不稳定，致使其在电动汽车领域作为电源的大量使用存在限制，因此需要开发一种替代的正极活性材料。
[0006]于是，已经开发了部分镍(Ni)取代钴(Co)的镍类锂过渡金属氧化物，其典型实例为镍钴锰类锂复合过渡金属氧化物(以下简称为“NCM类锂复合过渡金属氧化物”)
[0007]同时，常规开发的镍类锂过渡金属氧化物是由平均粒径D50较小的一次小颗粒团聚形成的二次颗粒的形式，比表面积大且颗粒强度低。因此，当包含由一次小颗粒团聚形成的二次颗粒的正极活性材料被用于生产电极然后进行辊压处理时，颗粒碎裂严重并在电芯工作时产生大量气体，导致低稳定性。特别是，具有较高的镍(Ni)含量以保证高容量的高Ni锂过渡金属氧化物具有较低的化学稳定性，并且由于上述结构问题难以保证热稳定性。
[0008]为克服上述由一次小颗粒团聚生成的二次颗粒形式的常规镍类锂过渡金属氧化物的缺点，提出了由平均粒径D50较大的一次大颗粒团聚生成的二次颗粒形式的镍类锂过渡金属氧化物正极活性材料。
[0009]由一次大颗粒团聚生成的二次颗粒形式的镍类锂过渡金属氧化物正极活性材料，由于二次颗粒界面最小化，解决了热稳定性、电化学反应中副反应导致的寿命缩短以及产气的问题。
[0010]同时，通常，高Ni锂过渡金属氧化物正极活性材料会经过洗涤过程以降低表面上残留的锂杂质的含量。由于洗涤过程去除了表面上的锂副产物，可以减少产气，但正极活性材料颗粒的表面可能被破坏，因此对寿命不好。特别是，由一次大颗粒团聚生成的二次颗粒
形式的镍类锂过渡金属氧化物正极活性材料具有固有的低输出性能，在洗涤过程后输出降低，并在充放电期间电阻增加。

技术实现思路

[0011]技术问题
[0012]根据本专利技术的一个实施方式，提供了一种由一次大颗粒团聚形成的二次颗粒形式的镍类锂过渡金属氧化物正极活性材料，其具有充放电期间的低电阻以及改善的输出特性。
[0013]根据本专利技术的另一实施方式，提供了一种制备由一次大颗粒团聚形成的二次颗粒形式的镍类锂过渡金属氧化物正极活性材料的方法，所述正极活性材料具有充放电期间的低电阻以及改善的输出特性。
[0014]根据本专利技术的又一实施方式，提供了一种包含具有上述特征的镍类锂过渡金属氧化物正极活性材料的正极和锂二次电池。
[0015]技术方案
[0016]本专利技术的一个方面提供了根据以下实施方式的用于锂二次电池的正极活性材料。第一实施方式涉及用于锂二次电池的正极活性材料，其包含由至少两个平均粒径D50为0.5至3μm的一次大颗粒团聚形成的平均粒径D50为1至10μm的二次颗粒，以及在二次颗粒表面上形成的锂
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金属氧化物涂层，其中，所述一次颗粒由Li
a
Ni1‑
b
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c
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d
Co
b
Mn
c
Q
d
O
2+δ
(1.0≤a≤1.5，0<b<0.2，0<c<0.2，0≤d≤0.1，0<b+c+d≤0.2，
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0.1≤δ≤1.0，Q是选自由Al、Mg、V、Ti和Zr组成的组中的至少一种金属)表示，所述锂
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金属氧化物中的金属是选自由锰、镍、钒和钴组成的组中的至少一种金属，并且锂杂质的含量为0.25重量％以下。
[0017]根据第一实施方式，第二实施方式涉及用于锂二次电池的正极活性材料，其中，所述锂
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金属氧化物中的金属是选自由锰和钴组成的组中的至少一种。
[0018]根据第一或第二实施方式，第三实施方式涉及用于锂二次电池的正极活性材料，其中，所述一次大颗粒的平均粒径D50为0.5至2μm，并更具体地为0.8至1.5μm。
[0019]根据第一至第三实施方式中任意一种，第四实施方式涉及用于锂二次电池的正极活性材料，其中，所述二次颗粒的平均粒径D50为2至8μm，并更具体地为3至6μm。
[0020]根据第一至第四实施方式中任意一种，第五实施方式涉及用于锂二次电池的正极活性材料，其中，所述一次大颗粒的平均晶粒尺寸等于或大于200nm。
[0021]根据第一至第五实施方式中任意一种，第六实施方式涉及用于锂二次电池的正极活性材料，其中，基于100重量份的所述一次大颗粒，所述锂
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金属氧化物中除锂之外的金属氧化物的含量为0.1至10重量份。
[0022]本专利技术的另一个方面提供了根据以下实施方式的制备用于锂二次电池的正极活性材料的方法。
[0023]第七实施方式涉及制备用于锂二次电池的正极活性材料的方法，其包括：(S1)制备由至少两个一次大颗粒团聚形成的平均粒径D50为1至10μm的二次颗粒，所述一次大颗粒由Li
a
Ni1‑
b
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c
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d
Co
b
Mn
c
Q
d
O
2+δ
(1.0≤a≤1.5，0<b<0.2，0<c<0.2，0≤d≤0.1，0<b+c+d≤0.2，
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0.1≤δ≤1.0，Q是选自由Al、Mg、V、Ti和Zr组成的组中的至少一种金属)表示，且平均粒径D50为0.5至3μm；以及(S2)将所述二次颗粒与选自由锰、镍、钒和钴组成的组中的至少一种金属的
氧化物混合并烧结，从而通过所述二次颗粒的表面上包含的锂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于锂二次电池的正极活性材料，其包含：由至少两个平均粒径D50为0.5至3μm的一次大颗粒团聚形成的平均粒径D50为1至10μm的二次颗粒；以及在所述二次颗粒表面上形成的锂
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金属氧化物涂层，其中，所述一次大颗粒由Li
a
Ni1‑
b
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c
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d
Co
b
Mn
c
Q
d
O
2+δ
表示，其中1.0≤a≤1.5，0<b<0.2，0<c<0.2，0≤d≤0.1，0<b+c+d≤0.2，
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0.1≤δ≤1.0，Q是选自由Al、Mg、V、Ti和Zr组成的组中的至少一种金属，所述锂
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金属氧化物中的金属是选自由锰、镍、钒和钴组成的组中的至少一种金属，并且锂杂质的含量为0.25重量％以下。2.如权利要求1所述的用于锂二次电池的正极活性材料，其中，所述锂
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金属氧化物中的金属是选自由锰和钴组成的组中的至少一种。3.如权利要求1所述的用于锂二次电池的正极活性材料，其中，所述一次大颗粒的平均粒径D50为0.5至2μm。4.如权利要求1所述的用于锂二次电池的正极活性材料，其中，所述二次颗粒的平均粒径D50为2至8μm。5.如权利要求1所述的用于锂二次电池的正极活性材料，其中，所述一次大颗粒的平均晶粒尺寸等于或大于200nm。6.如权利要求1所述的用于锂二次电池的正极活性材料，其中，基于100重量份的所述一次大颗粒，所述锂
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金属氧化物中除锂之外的金属氧化物的含量为0.1至10重量份。7.一种制备用于锂二次电池的正极活性材料的方法，其包括：(S1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：盧恩率，都重烨，朴康浚，韩玑范，郭玟，朴商敃，李大珍，李尚昱，郑王谋，
申请(专利权)人：株式会社LG新能源，
类型：发明
国别省市：