锂二次电池用正极和包含其的锂二次电池的制作方法

本申请要求于2020年12月24日递交的韩国专利申请no.10-2020-0182745的权益，通过援引将其公开内容完整并入本文。本发明涉及锂二次电池用正极和包含其的锂二次电池，更具体地涉及具有优异的寿命特性和电阻特性的正极和包含其的锂二次电池。

背景技术：

1、随着对于移动设备的技术开发和需求的增加，对作为能源的二次电池的需求显著增加。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品化并广泛使用。

2、近来，随着电动车辆等技术的发展，对于高容量二次电池的需求不断增加，因此已对具有优异容量特性的高ni正极活性材料进行了积极的研究。高ni正极活性材料是镍含量为80atm％以上的正极活性材料，并且可实现高容量，但局限在于：随着镍含量增加，正极活性材料的结构稳定性降低，并因此使高温寿命特性下降。

3、另外，局限在于：高ni正极活性材料具有正极活性材料本身的高电阻，并且在充放电期间的体积变化大，因此在重复充放电时，导电通路断开，因此电阻增加率升高。

4、为了解决上述局限，可以考虑通过减小正极活性材料的晶粒尺寸而减少充放电期间的体积变化的方法，但局限在于：当晶粒尺寸减小时，体积变化减小，但初始电阻增加。特别地，在具有高镍含量的高ni正极活性材料的情况下，局限在于：由于高ni正极活性材料表面上存在大量nio的岩盐相，电阻特性在低充电态(soc)下劣化，因此输出特性劣化，并且当初始电阻增加时，上述局限变得更加严重。特别地，为了用作电动车辆的电池，所述电池应当能够产生足够的输出以使车辆即使在低充电态下也能够运行。

5、因此，需要开发使用高ni正极活性材料的锂二次电池，以便具有高容量特性和低电阻增加率，从而产生足够的输出以具有优异的高温寿命特性。

技术实现思路

1、技术问题

2、本发明的一个方面提供了具有改善的电阻特性和高温寿命特性的高容量正极，以及包含该正极的锂二次电池。

3、技术方案

4、根据本发明的一个方面，提供了一种锂二次电池用正极，其包括正极活性材料层，所述正极活性材料层包含：由下式1表示的且晶粒尺寸为150nm以上的第一正极活性材料；包含单壁碳纳米管(swcnt)的导电剂；以及粘合剂。

5、[式1]

6、lix1[nia1cob1m1c1m2d1]o2

7、在上述式1中，

8、m1是mn、al或其组合，

9、m2是选自由zr、b、w、mg、ce、hf、ta、la、ti、sr、ba、f、p和s组成的组中的至少一种，并且

10、0.9≤x1≤1.1，0.8≤a1<1，0<b1<0.2，0<c1<0.2，0≤d1≤0.1。

11、根据本发明的另一方面，提供了包含所述锂二次电池用正极的锂二次电池。

12、有利效果

13、本发明的正极采用具有特定晶粒尺寸的高ni正极活性材料以及单壁碳纳米管，从而实现高容量特性并且减少电阻增加率，以便获得改善输出特性的效果。具体而言，本发明通过使用晶粒尺寸为150nm以上的正极活性材料而可以实现低初始电阻和优异的容量特性，并且通过使用单壁碳纳米管，即使在重复充放电时也可以使导电通路的损失最小化。因此，施用了本发明的正极的锂二次电池具有优异的容量特性、电阻特性和高温寿命特性。

14、相比之下，在正极活性材料的晶粒尺寸脱离本发明的范围时，即便使用单壁碳纳米管也难以改善电阻，而当不使用单壁碳纳米管时，即便使用晶粒尺寸满足本发明的范围的正极活性材料，电阻改善效果也不明显，并且高温寿命特性劣化。

技术特征：

1.一种锂二次电池用正极，其包括正极活性材料层，所述正极活性材料层包含：

2.如权利要求1所述的锂二次电池用正极，其中，所述第一正极活性材料的晶粒尺寸为150nm至200nm。

3.如权利要求1所述的锂二次电池用正极，其中，所述第一正极活性材料的平均粒径d50为10μm至20μm。

4.如权利要求1所述的锂二次电池用正极，其中，所述正极活性材料层还包含第二正极活性材料，所述第二正极活性材料的平均粒径d50为1μm至8μm。

5.如权利要求4所述的锂二次电池用正极，其中，所述第二正极活性材料由下式2表示，并且晶粒尺寸为90nm至160nm：

6.如权利要求4所述的锂二次电池用正极，其中，包含的所述第一正极活性材料和所述第二正极活性材料的重量比为50:50至95:5。

7.如权利要求1所述的锂二次电池用正极，其中，所述单壁碳纳米管的比表面积为700m2/g至1,500m2/g。

8.如权利要求1所述的锂二次电池用正极，其中，所述导电剂还包含选自由石墨、炭黑、导电纤维、金属粉末、导电晶须和导电金属氧化物组成的组中的至少一种。

9.如权利要求1所述的锂二次电池用正极，其中，基于所述正极活性材料层的总重量，所述单壁碳纳米管的含量为0.01重量％至2重量％。

10.一种锂二次电池，其包含权利要求1至9中任一项所述的锂二次电池用正极。

技术总结
本发明涉及一种锂二次电池用正极，其包括正极活性材料层，所述正极活性材料层包含：由式1表示的且晶粒尺寸为150nm以上的第一正极活性材料、包含单壁碳纳米管(SWCNT)的导电剂以及粘合剂，并且本发明还涉及包含所述正极的锂二次电池。

技术研发人员：金亨镒,金学允,白韶螺,许赫,金东晖,蔡瑟基,郑王谟,李东勋
受保护的技术使用者：株式会社LG新能源
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13