用于锂二次电池的正极活性物质、其制备方法和包括其的锂二次电池与流程

公开了用于锂二次电池的正极活性物质、其制备方法和包括其的锂二次电池。

背景技术：

1、为了满足各种设备的小型化和高性能，锂二次电池在高能量密度以及小型化和减轻重量方面已经变得越来越重要。另外，锂二次电池的高容量和高温稳定性以及高电压下的安全性对于应用于电动车辆等变得重要。

2、已经对各种正极材料进行了研究，以实现锂二次电池应用于所述用途。

3、与传统的licoo2相比，虽然同时包括ni、co、mn等的镍类锂过渡金属氧化物提供高的每单位重量放电容量，但是由于低填充密度而具有相对低的每单位体积容量和放电容量。另外，当在高电压下驱动时，镍类锂过渡金属氧化物的安全性可能劣化。

4、因此，需要用于改善镍类锂过渡金属氧化物的结构稳定性和循环寿命的方法。

技术实现思路

1、实施方式提供具有改善的结构稳定性并且有效改善锂二次电池的循环寿命的正极活性物质。

2、另一实施方式提供用于制备正极活性物质的方法。

3、另一实施方式通过采用包括正极活性物质的正极，提供具有改善的充电/放电效率和循环寿命特性的锂二次电池。

4、实施方式提供正极活性物质，该正极活性物质包括：镍类复合金属氧化物，包括其中聚集了多个初级颗粒的次级颗粒，其中，次级颗粒包括中心部分和表面部分，表面部分包括掺杂有锰的镍类复合金属氧化物，并且存在于表面部分中的多个初级颗粒的晶界处的锰的量大于存在于初级颗粒内部的锰的量。

5、基于镍类复合金属氧化物的金属的总量(mol％)，掺杂有锰的镍类复合金属氧化物可以包括0.1mol％～5mol％的锰。

6、次级颗粒的中心部分可以不包括掺杂有锰的镍类复合金属氧化物。

7、正极活性物质可以具有其中锰的浓度从次级颗粒的表面部分到次级颗粒的中心部分连续降低的浓度梯度。

8、次级颗粒的表面部分可以位于从次级颗粒的中心到最外表面的总距离中的从最外表面到中心的方向上的50长度％内。

9、掺杂有锰的镍类复合金属氧化物可以由化学式1表示：

10、[化学式1]

11、lini1-x-y-zcoxmnymzo2

12、在化学式1中，

13、0<x≤0.05、0.001≤y≤0.05且0≤z≤0.02，并且m是选自ni、mn、al、cr、fe、v、mg、ti、zr、nb、mo、w、cu、zn、ga、in、sn、la、b、ta、pr、si、ba和ce中的至少一种金属元素。

14、掺杂有锰的镍类复合金属氧化物可以包括层状结构氧化物、尖晶石结构氧化物、岩盐结构氧化物或其组合。

15、次级颗粒的表面部分可以进一步包括锂锰氧化物。

16、锂锰氧化物可以是limno2、li2mn2o3、limn2o4或其组合。

17、通过x射线衍射分析，正极活性物质的fwhm(003)值可以在0.1°～0.2°(度)的范围内。

18、存在于正极活性物质的次级颗粒的表面部分中的初级颗粒的c轴长度(d-间距)值可以大于或等于

19、正极活性物质的初级颗粒的尺寸可以是100nm～800nm。

20、另一实施方式提供制备锂二次电池的正极活性物质的方法，该方法包括：

21、制备分散液，在分散液中，包括其中聚集了多个初级颗粒的次级颗粒的镍类复合金属化合物分散在溶剂中(其中，次级颗粒具有中心部分和表面部分)；在具有降低的氧含量的气氛中，将锰盐和沉淀剂的水溶液添加到分散液，以制备涂覆有锰盐的镍类复合金属化合物(其中，锰盐涂覆在表面部分的初级颗粒上)；以及干燥涂覆有锰盐的镍类复合金属化合物，并且将涂覆有锰盐的镍类复合金属化合物与锂源混合，随后进行热处理。

22、镍类复合金属化合物可以由化学式2或化学式3表示：

23、[化学式2]

24、ni1-x-y-zcoxmy(oh)2mnwoq

25、在化学式2中，

26、0<x≤0.05，0≤y≤0.02，0<w≤3，0<q≤4，并且m是选自ni、mn、al、cr、fe、v、mg、ti、zr、nb、mo、w、cu、zn、ga、in、sn、la和ce中的至少一种金属元素，

27、[化学式3]

28、ni1-x-y-zcoxmyo2mnwoq

29、在化学式3中，

30、0<x≤0.05，0≤y≤0.02，0<w≤3，0<q≤4，并且m是选自ni、mn、al、cr、fe、v、mg、ti、zr、nb、mo、w、cu、zn、ga、in、sn、la和ce中的至少一种金属元素。

31、锰盐可以选自硫酸锰、硝酸锰、乙酸锰及其组合。

32、具有降低的氧含量的气氛可以通过注入非活性气体来获得，并且非活性气体可以是氮(n2)。

33、非活性气体的注射速率可以是50sccm～5000sccm。

34、干燥可以在100℃～200℃下进行。

35、制备方法可以进一步包括：在将涂覆有锰盐的镍类复合金属化合物与锂源混合之前，在350℃～600℃下进行热处理。

36、另一实施方式提供锂二次电池，该锂二次电池包括：正极，包括正极活性物质；负极，包括负极活性物质；以及电解质。

37、实施方式的其他具体细节包括在下面的详细描述中。

38、在正极活性物质中，锰涂覆在存在于正极活性物质的次级颗粒的一定深度处的初级颗粒之间的晶界处，可以最大化容量，改善循环寿命，并且同时增加初始充电/放电效率。另外，通过以湿法方式在正极活性物质的初级颗粒的晶界处均匀涂覆锰，可以确保具有高表面活性的功能层。

技术特征：

1.一种用于锂二次电池的正极活性物质，包括：

2.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的正极活性物质，其中，

3.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的正极活性物质，其中，

4.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的正极活性物质，其中，

5.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的正极活性物质，其中，

6.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的正极活性物质，其中，

7.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的正极活性物质，其中，

8.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的正极活性物质，其中，

9.根据权利要求8所述的用于锂二次电池的正极活性物质，其中，

10.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的正极活性物质，其中，

11.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的正极活性物质，其中，

12.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的正极活性物质，其中，

13.一种制备用于锂二次电池的正极活性物质的方法，包括：

14.根据权利要求13所述的制备用于锂二次电池的正极活性物质的方法，其中，

15.根据权利要求13所述的制备用于锂二次电池的正极活性物质的方法，其中，

16.根据权利要求13所述的制备用于锂二次电池的正极活性物质的方法，其中，

17.根据权利要求16所述的制备用于锂二次电池的正极活性物质的方法，其中，

18.根据权利要求13所述的制备用于锂二次电池的正极活性物质的方法，其中，

19.根据权利要求13所述的制备用于锂二次电池的正极活性物质的方法，其中，

20.一种锂二次电池，包括：

技术总结
根据实施方式，提供用于锂二次电池的正极活性物质，正极活性物质包括包含其中聚集了多个初级颗粒的次级颗粒的镍类复合金属氧化物，其中，次级颗粒包括中心部分和表面部分，表面部分包括掺杂有锰的镍类复合金属氧化物，并且存在于表面部分中的多个初级颗粒的晶界处的锰的量大于存在于初级颗粒内部的锰的量。

技术研发人员：安基镕,全道煜,孔泳善,权善英,金旻奎,金玟周,李斗均,洪起柱
受保护的技术使用者：三星SDI株式会社
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13