[发明专利]锂二次电池用正极活性材料、其制备方法和包含其的锂二次电池用正极

说明书

本发明涉及一种锂二次电池用正极活性材料、其制备方法和包含所述锂二次电池用正极活性材料的锂二次电池用正极、锂二次电池、电池模块和电池组。所述正极活性材料包含：锂钴氧化物粒子；和位于所述锂钴氧化物粒子的表面上的表面处理层，其中所述锂钴氧化物粒子包含所述粒子的表面侧中的贫锂的锂钴氧化物，所述贫锂的锂钴氧化物具有小于1的Li/Co摩尔比、包含在Fd‑3m空间群中并且具有立方型晶体结构，并且所述表面处理层包含选自过渡金属和13族元素中的至少一种元素。本发明可以抑制与电解质的副反应，并且可以获得高堆积密度和容量性能，以及改善的倍率特性和初始容量性能。

本发明专利申请是基于申请日为2015年10月2日，发明名称为“锂二次电池用正极活性材料、其制备方法和包含其的锂二次电池”，申请号为201580054006.X的中国专利申请的分案申请。

技术领域

对相关申请的交叉引用

本申请要求2014年10月2日提交的韩国专利申请号2014-0133466和2014-0133473以及2015年10月1日提交的韩国专利申请号2015-0138718的优先权的权益，在相应韩国专利申请的公开内容中描述的全部内容在此作为本说明书的一部分并入本文中。

技术领域

本发明涉及锂二次电池用正极活性材料、其制备方法和包含所述锂二次电池用正极活性材料的锂二次电池。

背景技术

随着对移动装置的技术开发和需求的不断增长，对作为能源的二次电池的需求正快速增长。在二次电池中，具有高能量密度和电压、长循环寿命、和低放电率的锂二次电池被商业化并被广泛使用。

然而，锂二次电池的缺陷在于，其寿命经重复充放电而快速降低。特别地，该缺陷在高温下更严重。原因在于，电解质可能由于电池中的水或其它因素而分解、活性材料可能劣化、或电池的内阻可能增加。

正积极进行研究、开发和使用的锂二次电池用正极活性材料为具有层状结构的LiCoO₂。LiCoO₂可以容易地合成，并具有良好的包含寿命性能的电化学性能，而且是最广泛使用的材料。然而，LiCoO₂具有低结构稳定性，其应用于具有高容量的电池受到限制。

作为正极活性材料的替代品，已经开发了各种锂过渡金属氧化物如LiNiO₂、LiMnO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄和Li(Ni_xCo_yMn_z)O₂。LiNiO₂具有提供高充电容量的电池性能的优点，然而其难以通过简单的固相反应合成，并且具有低热稳定性和循环性能。另外，锂锰氧化物如LiMnO₂和LiMn₂O₄具有热稳定性良好和成本低的优点，然而其具有容量小和在高温下性能差的缺陷。具体地，对于LiMn₂O₄而言，一些产品可以以低成本商业化，然而其寿命性能由于因Mn³⁺导致的Jahn-Teller形变而不良。因为LiFePO₄便宜且安全，因此为将其用于混合动力车辆(HEV)而在进行大量研究，然而由于导电性低的原因，将其应用于其它领域是困难的。

鉴于这样的情况，锂镍锰钴氧化物Li(Ni_xCo_yMn_z)O₂(其中x、y和z为各独立的氧化物构成元素的原子分数，并且满足0x≤1，0y≤1，0z≤1且0x+y+z≤1)作为LiCoO₂的替代性正极活性材料而备受关注。该材料比LiCoO₂便宜并且具有在高容量和高电压下使用的优点。然而，该材料具有在高温下不提供良好的倍率特性和寿命性能的缺点。为了增加锂镍锰钴氧化物的结构稳定性，增加相对于氧化物中包含的过渡金属的量的Li的量。