[发明专利]二次电池用正极活性材料、其制备方法和包含其的二次电池

说明书

本发明提供一种二次电池用正极活性材料、其制备方法、以及包含所述正极活性材料的二次电池，所述正极活性材料包含：核；设置为围绕所述核的壳；以及缓冲层，所述缓冲层设置在所述核与所述壳之间并且包含孔和连接所述核和所述壳的三维网络结构，其中所述核、所述壳和所述缓冲层的三维网络结构各自独立地包含锂镍锰钴类复合金属氧化物，且镍、锰和钴中的至少任一种金属元素在所述核、所述壳和整个正极活性材料中的任意一个区域中显示逐渐变化的浓度梯度，因此在制备电极期间通过压延工艺而造成的所述活性材料的破坏最小化且与电解液的反应性最大化，且形成所述壳的粒子具有以有助于锂离子的嵌入和脱嵌的方式排列的晶体结构，从而改善锂二次电池的输出特性和寿命特性。

技术领域

相关申请的交叉参考

本申请要求在韩国知识产权局于2015年6月17日提交的韩国专利申请2015-0086005号、于2015年10月20日提交的韩国专利申请2015-0145942号和于2016年6月16日提交的韩国专利申请2016-0075210号的权益，通过参考将其内容以其完整的形式并入本文中。

技术领域

本发明涉及一种二次电池用正极活性材料、其制备方法和包含所述正极活性材料的二次电池。

背景技术

随着关于移动设备的技术发展和需求的增加，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业化并被广泛使用。

此外，作为锂二次电池的正极活性材料，主要使用容易合成且具有优异的包括寿命特性的电化学性能的锂钴类氧化物。随着便携式设备如移动电话和平板电脑变得越来越小，对于应用至其的电池需要高容量和高能量以及小型化。为了增加电池每单位体积的能量，可以增加活性材料的填充密度或提高电压。此外，为了提高填充密度，期望使用具有大粒度的活性材料。然而，由于具有大粒度的活性材料具有相对低的表面积，所以与电解液接触的活性面积也狭窄。由于狭窄的活性面积对动力学产生负面影响，因此获得相对低的倍率性能和初始容量。

发明内容

技术问题

本发明的一个方面提供一种具有高输出和长寿命特性的二次电池用正极活性材料及其制备方法。

本发明的另一个方面提供一种包含所述正极活性材料的正极、锂二次电池、电池模块和电池组。

本发明的另一个方面提供一种适用于制备所述正极活性材料的前体及其制备方法。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种二次电池用正极活性材料，所述正极活性材料包含：核；设置为围绕所述核的壳；以及缓冲层，所述缓冲层设置在所述核与所述壳之间并且包含孔和连接所述核和所述壳的三维网络结构，其中所述核、所述壳和所述缓冲层的三维网络结构各自独立地包含锂镍锰钴类复合金属氧化物，且镍、锰和钴中的至少一种金属元素在所述核、所述壳和整个正极活性材料中的任意一个区域中具有逐渐变化的浓度梯度。

根据本发明的另一个方面，提供一种制备所述二次电池用正极活性材料的方法，所述方法包括：准备包含镍原料、钴原料和锰原料的含过渡金属的第一溶液和以不同于所述含过渡金属的第一溶液的浓度包含镍原料、钴原料和锰原料的含过渡金属的第二溶液；通过将含铵阳离子的络合剂和碱性化合物以及所述含过渡金属的第二溶液添加到所述含过渡金属的第一溶液以使得所述含过渡金属的第一溶液对所述含过渡金属的第二溶液的混合比从100体积％:0体积％向0体积％:100体积％逐渐变化并在11～13的pH范围内进行共沉淀反应，制备其中形成镍锰钴类复合金属氢氧化物粒子的反应溶液；通过向所述反应溶液中添加含铵阳离子的络合剂和碱性化合物直至所述反应溶液的pH达到8以上且小于11，生长镍锰钴类复合金属氢氧化物粒子；以及将生长的镍锰钴类复合金属氢氧化物粒子与含锂原料混合并进行热处理。