[发明专利]二次电池用正极活性材料、包含其的二次电池用正极和二次电池

说明书

本发明提供了二次电池用正极活性材料、包含其的二次电池用正极和二次电池，所述正极活性材料包含：平均粒径(D₅₀)大于8μm且等于或小于20μm的第一锂镍氧化物颗粒，和平均粒径(D₅₀)等于或小于8μm的第二锂镍氧化物颗粒。第一锂镍氧化物颗粒的颗粒强度为100MPa至250MPa，第二锂镍氧化物颗粒的颗粒强度为50MPa至100MPa。第一锂镍氧化物颗粒的强度与第二锂镍氧化物颗粒的强度之比r满足以下关系式1。并且，第一和第二锂镍氧化物独立地包含相对于氧化物中存在的锂之外的金属元素的总原子量为80原子％以上的镍。由此，本发明在制造电极时能够实现高电极密度，并由此显著提高电池特性。关系式1：1r≤3。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年11月30日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2015-0168682以及于2016年11月24日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2016-0157559的优先权，二者的公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明涉及一种显示出高电极密度并能够改善电池输出特性的二次电池用正极活性材料，以及包含其的二次电池用正极和二次电池。

背景技术

由于技术发展和对移动设备的需求增加，对作为能源的二次电池的需求急剧增加。在二次电池中，具有高能量密度和电压、长循环寿命和低自放电率的锂二次电池得到商业化并广泛使用。然而，锂二次电池的问题在于，随着重复充电和放电，其寿命会急剧下降。特别地，这种问题在高温下更为严重。这是由于电池中的水分或其他原因使电解质分解、活性材料劣化和电池内部电阻上升所导致的现象。

因此，正在大力研究、开发和使用的锂二次电池用正极活性材料是具有层状结构的LiCoO₂。虽然LiCoO₂由于其优异的寿命特性和充电/放电效率而使用得最多，但由于其低结构稳定性，LiCoO₂在用于增加电池容量的技术时存在限制。

作为替代LiCoO₂的正极活性材料，已经开发了各种锂过渡金属氧化物，例如具有层状晶体结构的LiMnO₂和Li₂MnO₃，以及具有尖晶石晶体结构的LiMn₂O₄、LiNiO₂、LiFePO₄或Li(Ni_xCo_yMn_z)O₂。

其中，诸如LiMnO₂、Li₂MnO₃和LiMn₂O₄等锂锰系氧化物具有包括热稳定性优异和成本低在内的优点，但存在包括容量低和高温特性低在内的问题。

因此，正在积极进行放电容量比锂钴系正极活性材料高20％以上的锂镍系正极活性材料的研究。LiNiO₂形成如LiCoO₂那样的层状结构，并具有180mAh/g至200mAh/g的初始放电容量。然而，由于LiNiO₂的结构在充电和放电期间从单斜结构变为六方结构并且变得不稳定，因此随着充电和放电连续进行，电容量急剧下降。另外，LiNiO₂具有热稳定性和循环特性低的缺点，并且难以用定量化学计量比进行材料合成。为了解决这些问题，虽然试图通过向LiNiO₂中添加钴来稳定结构，但仍存在以下问题：为了使结构稳定而添加的钴的量为30摩尔％以上，该量较大并导致电容量相对降低。