[发明专利]阳极活性物质、其制备方法以及包括该阳极活性物质的阳极的锂二次电池

说明书

本申请涉及一种阳极活性物质、其制备方法、具有包括其的阳极的锂二次电池，其中，所述阳极活性物质包括锂过渡金属氧化物，其中Li的一部分被Na取代，其包括Co元素之外的过渡金属(M)，且包括W、Mg以及Ti中至少一种的元素，还包括S元素。

技术领域

本发明涉及一种新的组成的阳极活性物质、包括所述阳极活性物质的阳极以及包括所述阳极的锂二次电池。

本发明是在韩国产业通商资源部的资助下进行的，其主题为“用于大中型锂二次电池的高强度、长寿命、高稳定性的富镍NCA(210mAh/g，@4.3V)阳极材料的开发”，主题识别号为P0009541。

背景技术

自从1991年索尼将锂二次电池商业化以来，从移动信息技术产品等小型家用电器到大中型电动汽车和储能系统等各个领域的需求都在迅速增长。尤其对于大中型电动汽车和储能系统，低成本、高能量的阳极材料必不可少，但钴价格昂贵，钴是目前作为市售的阳极活性物质的单晶LiCoO₂(LCO)的主要原料。

最近，为了降低制备成本的同时极度增长容量，Ni的摩尔比为50摩尔％以上的富镍系阳极活性物质引起关注。这些Ni系阳极活性物质通过将使用共沉淀法合成的过渡金属化合物前驱体与锂源混合，然后将其合成为固相来制备。然而，由于如此合成的Ni系阳极材料以小初级颗粒聚集成团的次级颗粒形式存在，因此在长时间的充电/放电过程中，存在初级颗粒内部发生微裂纹(micro-crack)的问题。微裂纹引起阳极活性物质的新界面与电解液的副反应，从而导致电池性能劣化，例如由于气体产生而导致的稳定性降低以及由于电解液耗尽而导致的电池性能降低。另外，为了实现高能量密度，需要增加电极密度(3.6g/cc)，这会引起次级颗粒的塌陷，并且由于与电解液的副反应而引起电解液耗尽，从而导致初始寿命急剧下降。结果，这意味着通过常规共沉淀法合成的次级颗粒形式的Ni系阳极活性物质不能实现高能量密度。

为了解决上述次级颗粒形式的Ni系阳极活性物质的问题，最近对单颗粒型Ni系阳极活性物质进行研究。由于在高于3.6g/cc的电机密度下也不会发生颗粒塌陷，因此单晶型Ni系阳极活性物质可以实现优异的电化学性能。然而，由于不稳定的Ni³⁺和Ni⁴⁺离子引起的结构和/或热不稳定性，这些单晶型Ni系阳极活性物质具有在电化学评价中劣化电池稳定性的问题。因此，为了开发高能量锂二次电池，仍然需要用于稳定单晶Ni系阳极活性物质中不稳定Ni离子的技术。

最近，随着钴价格的增加，阳极活性物质的价格也在增加。据此，目前为了开发对不含有钴元素的廉价型阳极活性物质进行研究，然而，存在在不包括钴元素时相稳定性降低的问题。

因此，对不包括钴元素而具有高能量密度且具有高电极密度的阳极活性物的开发的需求相当多。

发明内容

技术问题

根据一方面，提供一种具有改善的高能量密度和长寿命特性的阳极活性物质，其中，即使如上所述的单晶型Ni系阳极活性物质中不包括Co离子，不稳定的Ni离子也被稳定化。

技术方案

根据一方面提供一种阳极活性物质，其包括一种锂过渡金属氧化物，其中Li的一部分被Na取代，其包括Co元素之外的过渡金属(M)，且包括W、Mg，以及Ti中至少一种元素，还包括S元素。

根据一种方面，提供一种阳极活性物质的制备方法，其包括：

制备一种前驱体化合物的步骤，其前驱体化合物中，Li的一部分被Na取代，其包括Co元素之外的过渡金属，还包括W、Mg，以及Ti中一种以上的元素，还包括S元素；

对所述前体化合物进行热处理来获得阳极活性物质的步骤。

根据另一方面提供一种锂二次电池，包括：阳极，其包括所述阳极活性物质；阴极；以及电解质。

有益效果