[发明专利]制备二次电池用正极活性材料的方法、由此制备的正极活性材料和包含其的锂二次电池

说明书

本发明提供一种制备二次电池用正极活性材料的方法，所述方法包括如下步骤：提供锂过渡金属氧化物；通过将所述锂过渡金属氧化物、涂覆聚合物和碳化物混合来形成混合物；以及对所述混合物进行热处理，以在锂过渡金属氧化物粒子的表面上形成包含碳化的涂覆聚合物和碳化物的涂层。

技术领域

相关申请的交叉引用

本申请要求在韩国知识产权局于2017年9月29日提交的韩国专利申请10-2017-0127757号和于2018年9月27日提交的韩国专利申请10-2018-0115214号的权益，其公开内容通过引用被整体并入本文中。

技术领域

本发明涉及制备二次电池用正极活性材料的方法、由此制备的正极活性材料和包含所述正极活性材料的锂二次电池。

背景技术

近年来，随着诸如移动电话、笔记本电脑和电动车辆的使用电池的电子设备的快速普及，对尺寸小、重量轻且容量相对高的二次电池的需求已经迅速增加。特别地，锂二次电池重量轻并且具有高能量密度，使得其作为便携式设备用驱动电源而引起了关注。因此，已经对改善锂二次电池的性能积极地进行了研究和开发的努力。

在正极与负极之间填充有有机电解液或聚合物电解液的锂二次电池中，所述正极和负极分别由能够嵌入和脱嵌锂离子的活性材料构成，通过锂离子嵌入到正极和负极中/从正极和负极脱嵌时的氧化反应和还原反应来产生电能。

作为锂二次电池用正极活性材料，主要使用锂钴氧化物(LiCoO₂)、锂镍氧化物(LiNiO₂)、锂锰氧化物(LiMnO₂或LiMn₂O₄等)、锂铁磷酸盐化合物等。此外，作为在保持LiNiO₂的优异可逆容量的同时改善差的热稳定性的方法，已经提出了用钴(Co)或锰(Mn)替代一部分镍(Ni)的方法。然而，这种使用一部分Ni被Co替代的LiNi_1-αCo_αO₂(α＝0.1至0.3)的方法表现出优异的充电/放电和寿命特性，但具有差的热稳定性。另一方面，使用一部分Ni被具有优异热稳定性的Mn替代的镍-锰类锂复合金属氧化物和一部分Ni被Mn和Co替代的镍-钴-锰类锂复合金属氧化物(下文中被简称为“NCM类锂氧化物”)的方法在相对优异的循环特性和热稳定性方面是有利的。

近年来，对具有较高容量和较高能量密度的二次电池的需求已经逐渐增加，并且已经尝试通过驱动电压范围的扩展而使二次电池具有较高电压来实现目标能量密度。因此，需要开发在4.35V以上的充电电压(高于常规电池中的4.3V的充电电压)条件下具有可靠性和稳定性的耐高电压的正极活性材料。

特别地，在高电压状态下，存在与电解液的副反应增加、寿命特性劣化以及由于在正极活性材料的表面上形成固体电解质界面(SEI)膜而导致的电阻增加的问题，因此需要开发一种改善的正极活性材料。

发明内容

技术问题

本发明的一个方面提供了一种耐高电压的二次电池用正极活性材料，其可以在高电压条件下抑制与电解液的副反应以及正极活性材料表面上的固体电解质界面(SEI)膜的形成，由此具有改善的电阻和寿命特性。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种制备二次电池用正极活性材料的方法，所述方法包括如下步骤：提供锂过渡金属氧化物；通过将锂过渡金属氧化物、涂覆聚合物和碳化物混合来形成混合物；以及对所述混合物进行热处理，以在所述锂过渡金属氧化物的粒子的表面上形成包含碳化的涂覆聚合物和碳化物的涂层。

根据本发明的另一个方面，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：锂过渡金属氧化物；和涂层，所述涂层形成在所述锂过渡金属氧化物的粒子的表面上，其中涂层被形成为膜形式，并且涂层包含碳化的涂覆聚合物和碳化物。