[发明专利]锂二次电池用正极活性材料、其制备方法以及包含其的锂二次电池用正极和锂二次电池

说明书

本发明涉及一种正极活性材料、制备所述正极活性材料的方法以及包含所述正极活性材料的锂二次电池用正极和锂二次电池，所述正极活性材料包含：含镍的锂过渡金属氧化物，所述含镍的锂过渡金属氧化物基于不包括锂的过渡金属的总摩尔数以60mol％以上的量含有镍；和涂层，所述涂层形成在所述含镍的锂过渡金属氧化物的表面上，并且包含含锂无机化合物、氧化镍和羟基氧化镍。

技术领域

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年10月20日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请2017-0136890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

本发明涉及锂二次电池用正极活性材料、制备所述正极活性材料的方法、以及包含所述正极活性材料的锂二次电池用正极和锂二次电池。

背景技术

随着对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已经显著增加。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被商业化并被广泛使用。

已经使用锂过渡金属复合氧化物作为锂二次电池的正极活性材料，并且在这些氧化物中，已经主要使用具有高工作电压和优异容量特性的诸如LiCoO₂的锂钴复合金属氧化物。然而，LiCoO₂由于因脱锂引起的不稳定晶体结构而具有非常差的热性能。此外，因为LiCoO₂昂贵，所以在使用大量的LiCoO₂作为用于诸如电动车辆的应用的电源方面存在限制。

已经开发了锂锰复合金属氧化物(LiMnO₂或LiMn₂O₄)、锂铁磷酸盐化合物(LiFePO₄等)或锂镍复合金属氧化物(LiNiO₂等)作为替代LiCoO₂的材料。在这些材料中，已经较积极地对由于约200mAh/g的高可逆容量而可以容易实现大容量电池的锂镍复合金属氧化物进行了研究和开发。然而，LiNiO₂的限制在于，与LiCoO₂相比，LiNiO₂具有较差的热稳定性，并且当由于外部压力而在充电状态下发生内部短路时，正极活性材料自身分解，从而引起电池的破裂和着火。因此，作为在保持LiNiO₂的优异可逆容量的同时改善低的热稳定性的方法，已经开发了一部分镍(Ni)被钴(Co)、锰(Mn)或铝(Al)替代的锂镍钴金属氧化物。

然而，对于锂镍钴金属氧化物，存在的限制在于，电池的安全和寿命特性由于如下情况而迅速劣化：电解质与包含活性材料的电极之间的界面电阻随着重复充电和放电而增加；电解质由于电池中的湿气或其它影响而分解；活性材料的表面结构劣化；以及伴随着快速结构坍塌发生放热反应，并且这种限制特别是在高温和高电压条件下更加严重。

为了克服这种限制，已经提出了如下方法：该方法不仅通过掺杂锂镍钴金属氧化物来改善活性材料本身的结构稳定性以及通过涂覆锂镍钴金属氧化物的表面来改善表面稳定性，而且还提高了电解质与活性材料之间的界面的稳定性。通常，已经实施了在合成正极活性材料期间通过使用干式涂覆法来在表面上形成涂层的方法。然而，在这种情况下，因为不容易在表面上均匀地形成涂层，所以就其效果和工艺而言并不完全令人满意。

因此，需要开发一种包含锂镍钴金属氧化物的正极活性材料，其中可以通过在锂镍钴金属氧化物的表面上形成均匀的涂层来降低电阻，并且可以制备具有改善的稳定性和寿命特性的电池。

发明内容

技术问题

本发明的一个方面提供了一种正极活性材料，在所述正极活性材料中，通过包含均匀形成在锂过渡金属氧化物表面上的涂层来改善寿命特性。

本发明的另一个方面提供了一种制备正极活性材料的方法，在所述方法中，可以通过调节无机酸水溶液的pH来控制形成在涂层中的化合物的比例。