[发明专利]包含在二次电池用正极材料中的不可逆添加剂、包含其的正极材料以及包含该正极材料的二次电池

说明书

本发明提供了一种二次电池用正极材料中所含的不可逆添加剂、包含所述不可逆添加剂的正极材料以及包含所述正极材料的二次电池，其中所述不可逆添加剂是下述化学式1表示的氧化物，并且其中所述氧化物具有三方晶系晶体结构。Li_2+aNi_1‑bMo_bO_2+c(1)，其中，‑0.2≤a≤0.2，0b≤0.2，0≤c≤0.2。

技术领域

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年1月31日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2020-0012225号和于2021年1月31日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2021-0004696号的权益，其各自通过引用整体并入本文。

本发明涉及一种二次电池用正极材料中所含的不可逆添加剂、包含该不可逆添加剂的正极材料以及包含该正极材料的二次电池，该不可逆添加剂使杂质或气体的产生最小化并且具有优异的结构稳定性。

背景技术

由于化石燃料的使用迅速增加，对使用替代能源或清洁能源的需求正在增加，作为其中一部分，研究最活跃的领域是利用电化学的发电和储电领域。

目前，二次电池是利用这种电化学能量的电化学装置的代表性实例，并且其使用范围趋于逐渐扩大。

近年来，随着对诸如便携式计算机、便携式电话和照相机等移动设备的技术开发和需求增加，对作为能源的二次电池的需求迅速增加。在这些二次电池中，已经对表现出高能量密度和工作电压、长循环寿命和低自放电率的锂二次电池进行了许多研究，并且已经商业化并广泛使用。

另外，随着对环境问题的关注增加，对可以替代作为空气污染的主要原因之一的使用化石燃料的车辆(例如，汽油车辆和柴油车辆)的电动车辆、混合动力电动车辆等的研究也频繁进行。虽然镍金属氢化物二次电池主要用作电动车辆和混合动力电动车辆的动力源，但对使用具有高能量密度和放电电压的锂二次电池的研究正在积极进行，其中一部分处于商业化阶段。

碳材料主要用作这种锂二次电池的负极活性材料，锂过渡金属复合氧化物用作锂二次电池的正极活性材料。其中，除了具有高工作电压和优异容量特性的锂钴复合金属氧化物(例如LiCoO₂)之外，已经开发出了各种锂过渡金属氧化物，例如LiNiO₂、LiMnO₂、LiMn₂O₄或LiFePO₄。

同时，由于在初始充电和放电期间Li离子的消耗，会发生SEI层的形成和正极和负极的不可逆性。

因此，能量密度降低，并且存在可设计的理论量无法被充分利用的问题。

为了解决这些问题，将不可逆添加剂添加到正极材料中以补充锂离子。然而，常用的不可逆添加剂Li₂NiO₂具有正交晶系晶体结构，属于Immm空间群。然而，上述材料具有以下问题：在二次电池的初始充电后在工作电压范围内经历三个阶段的结构变化，同时导致杂质或气体的产生。

具体而言，上述材料在3.0至3.5V范围内保持正交晶系晶体结构，但根据Li的脱嵌，晶体结构会发生三次变化，在3.5至4.0V下变为三方晶系，在3.5至4.25V下变为单斜晶系。当此类材料分解时，可能会引起一些问题，例如生成杂质和产生气体。

特别是，当晶体结构转变为三方晶系时，具有正交晶系晶体结构的不可逆添加剂(Li₂NiO₂)会导致不可预测的副产物和额外的气体生成。

此外，由于其引起晶体结构的变化，因此还存在结构稳定性劣化的问题。

因此，迫切需要一种解决上述问题的技术，使得在初始充电阶段充分表达Li离子的同时，在二次电池的工作电压范围内不产生杂质或气体且具有优异的结构稳定性。