[发明专利]锂二次电池用正极活性材料及其制备方法和包含所述正极活性材料的锂二次电池

说明书

本发明提供一种锂二次电池正极活性材料及其制备方法和包含所述锂二次电池正极活性材料的锂二次电池，所述正极活性材料为含有镍、钴和锰的锂复合金属氧化物，当进行取向差(△g)不大于30度下的EBSD分析时，以ND轴为准相对于[001]方向的取向性为29％以上或者以RD轴为准相对于[120]+[210]方向的取向性为82％以上。

技术领域

本发明涉及一种锂二次电池正极活性材料及其制备方法和包含所述锂二次电池正极活性材料的锂二次电池。

背景技术

锂二次电池构件之一的正极活性材料不仅直接对电池能量密度的表征做贡献，而且成为决定寿命特性的因素。在此方面，有关基于镍-钴-锰的三元正极活性材料的研究最近很活跃，并且主要利用共沉淀法制备正极前体。

利用共沉淀法制备三元正极前体是指将浓度为1-3M的硫酸镍、硫酸钴、锰钴注入反应器并利用氨溶液作为络合剂(Complexing agent)以及利用氢氧化钠作为沉淀剂进行共沉淀的方法。

众所周知，对一般用于锂二次电池的三元正极材料前体赋予取向性比起c轴方向排列成垂直于发生锂嵌入脱嵌的方向而无取向性的正极材料具有优异的电化学特性诸如容量、速率、循环等。

然而，对于赋予取向性的前体，已知只有对前体降低浓度梯度的情况下才能实现。为此，流入箱内的金属离子的浓度必须改变，因而只能进行批次(batch)单位的工艺。

另外，为了实现这种批次工艺，需要至少两个组成核壳结构的流入水箱。因此，通过现有技术赋予取向性的方式存在工艺成本高于一般的前体制备工艺的缺陷。

发明内容

本发明旨在提供一种技术，通过在连续反应器中也实现只能在现有的批次反应器中实现的取向性，在没有浓度梯度的情况下，也可以制备出具有取向性的正极前体。

只能通过浓度梯度实现具有取向性的正极材料，这一发现是基于经验的用于实现取向性的接近法。

本发明人分析了浓度梯度效果会对形成前体产生什么影响，从而导出没有浓度梯度的情况下可赋予前体取向性的效果。

现有的常规取向性赋予方法是通过改变制备共沉淀前体时流入的金属离子浓度来形成前体的方法，而本发明涉及一种通过改变工艺参数可赋予取向性的方法，并不是利用金属离子的浓度变化。

当通过改变工艺参数赋予取向性时，可以将现有技术中使用过的用于赋予取向性的批次式工艺改成连续式工艺，因此具有可大大降低前体生产成本的优点。此外，适用于批次式时需要至少两种流入箱，以控制流入水金属离子的浓度，而本发明通过将所述流入箱减少为一种流入箱而降低制备成本，并且不需要精确控制组分，从而可以简化制备取向性前体所需的时间控制和泵浦控制等。

本发明提供一种技术，通过在连续反应器中也实现只能在现有的批次反应器中实现的取向性，在没有浓度梯度的情况下，也可以制备出具有取向性的正极前体。

具体实施方式

在下文中，将详细描述本发明的实施方案。但是，下述实施方案只是示例而已，本发明不限于下述实施方案，本发明以权利要求书为准。

通常，为了制备取向性正极前体，利用主要构成内部成分的核溶液和主要构成外部成分的壳溶液生成前体。

具体地，用核溶液生成一部分前体内部后，再将壳溶液加入到核溶液改变金属离子的浓度，并将浓度改变的金属离子溶液加入反应器中，从而生成前体外部。

此时，从前体的内部向外部形成浓度梯度，并表现出取向性特征。在现有技术中，为了对前体赋予取向性，采用了在前体内实现浓度梯度的工艺。因为这样的理由，只能适用批次式反应，以实现具有取向性的正极材料。本发明提出了一种方法，通过改变工艺条件而不是浓度梯度，可以制备出取向性正极材料。