[发明专利]正极活性材料及包括其的锂二次电池

说明书

本发明涉及一种通过调节锂复合氧化物中金属元素的浓度梯度方向来可以提高包括上述锂复合氧化物的正极活性材料的电化学特性和稳定性的正极活性材料以及使用包括上述正极活性材料的正极的锂二次电池。

技术领域

本发明涉及一种通过调节锂复合氧化物中金属元素的浓度梯度方向来可以提高包括上述锂复合氧化物的正极活性材料的电化学特性和稳定性的正极活性材料以及使用包括上述正极活性材料的正极的锂二次电池。

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特性和充放电效率的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，作为二次电池正极活性材料的镍含量为50％以上的高镍型正极活性材料的需求开始增加。然而，尽管高镍型正极活性材料表现出高容量特性，但存在随着正极活性材料中镍含量增加而发生由于锂/镍阳离子混合引起的结构不稳定的问题。由于上述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。

因此，需要开发用于弥补上述高镍型正极活性材料的问题的正极活性材料。

发明内容

技术问题

在锂二次电池市场中，电动汽车用锂二次电池的成长在市场中起主导作用，而锂二次电池中使用的正极材料的需求也在不断变化。

例如，以往从确保安全性的观点上主要使用利用LFP的锂二次电池，但是近来，与LFP相比，具有每单位重量能量容量大的镍基锂复合氧化物的使用得到扩展。

根据这种正极材料的趋势，本发明的目的在于提供用于实现汽车电池高容量化的高镍型锂复合氧化物或包括上述锂复合氧化物的正极活性材料。

并且，本发明的另一目的在于提供包含本文定义的正极活性材料的正极。

另外，本发明的又一目的在于提供使用本文定义的正极的锂二次电池。

解决问题的方案