[发明专利]锂复合氧化物及包括其的锂二次电池

说明书

本发明涉及通过抑制锂复合氧化物中界面副反应并提高晶体结构的稳定性和离子传导性来改善作为正极材料的稳定性和电气特性的锂复合氧化物及包括其的锂二次电池。

技术领域

本发明涉及通过抑制锂复合氧化物中界面副反应并提高晶体结构的稳定性和离子传导性来改善作为正极材料的稳定性和电气特性的锂复合氧化物及包括其的锂二次电池。

背景技术

电池利用正极和负极的能够电化学反应的物质来存储电力。这样的电池的代表性实例为在正极和负极的锂离子的嵌入/脱嵌过程中由化学势(chemical potential)的变化存储电能的锂二次电池。

上述锂二次电池使用可逆地嵌入或脱嵌锂离子的材料作为正极活性材料和负极活性材料，并在上述正极和负极之间填充有机电解液或聚合物电解液来制成。

作为锂二次电池的正极活性材料，已经使用锂复合氧化物，例如，正在研究LiCoO₂、LiMN₂O₄、LiNiO₂、LiMnO₂等的复合氧化物。

在上述正极活性材料中，尽管广泛使用具有优异寿命和充放电效率的LiCoO₂，但是上述材料由于用作原料的钴的资源有限而价格高，因此在价格竞争性方面具有局限性。

LiMnO₂、LiMN₂O₄等锂锰氧化物虽然具有热稳定性好，价格低廉的优点，但存在容量小，高温特性不好等问题。另外，LiNiO₂基正极活性材料虽然具有高放电容量的电池特性，但因锂和过渡金属之间的阳离子混排(cation mixing)问题，合成非常难，随之在率(rate)特性方面存在很大的问题。

另外，根据上述阳离子混合的深化程度，产生大量的锂副产物，而因大部分锂副产物由LiOH及Li₂CO₃的化合物构成，从而存在在制造正极浆料时发生凝胶(gel)化的问题和制造电极之后，随着充放电的进行产生气体的问题。残留Li₂CO₃通过增加电池的膨胀现象，不仅减少循环，而且会导致电池的膨胀。

为了弥补这些缺点，对镍含量为60％以上的富镍正极活性材料作为二次电池正极活性材料的需求开始增加。尤其，这些富镍正极活性材料被提出为镍的一部分被Co、Mn和/或Al取代的复合氧化物。但是，这些富镍正极活性材料虽然显示出高容量特性，但存在随着正极活性材料的镍含量增加而导致由锂/镍阳离子混合引起的结构不稳定性的问题。由于正极活性材料的结构不稳定性，锂二次电池不仅在高温下而且在室温下都可能迅速劣化。

近来，随着为了改善电动汽车完全充电后的驱动距离而要求电动汽车中使用的电池具有更高的容量特性和输出特性等，对用作正极活性材料的锂复合氧化物的组成变更、粒子形状及尺寸控制、掺杂或表面处理等各种方法进行研究。但是，处于折衷关系的正极活性材料的稳定性和作为二次电池的电气特性尚未充分达到令人满意的水平。

(现有技术文献)

(专利文献)

(专利文献1)韩国公开专利公报第10-2015-0069334号

发明内容

技术问题

在锂二次电池市场中，随着用于电动汽车的锂二次电池的增长对市场起推动作用，用于锂二次电池的正极活性材料的需求也在不断变化。

例如，以往从确保安全性的角度来看，使用LFP的锂二次电池被最经常使用，但是近年来，与LFP相比，每重量的能量容量更大的镍基锂复合氧化物的使用正在趋于扩大。

因此，本发明的目的在于提供一种可以同时改善作为用于锂二次电池的正极活性材料的稳定性和电气特性的用于正极活性材料的锂复合氧化物。