[发明专利]二次电池用正极活性材料前体、正极活性材料以及包含正极活性材料的锂二次电池

说明书

本发明涉及一种正极活性材料前体、其制备方法以及使用所述正极活性材料前体制备的正极活性材料，其中本发明的正极活性材料前体为由式1表示的氢氧化物构成的正极活性材料前体，其中所述正极活性材料前体是多个一次粒子聚集而成的二次粒子，并且包含晶粒，其中所述一次粒子的长轴沿从所述二次粒子的中心朝向其表面的方向布置，并且所述一次粒子的(001)面设置成平行于所述一次粒子的长轴。

技术领域

本申请要求2020年1月29日提交的韩国专利申请号10-2020-0010699的优先权，其公开内容通过引用并入本文中。

本发明涉及二次电池用正极活性材料前体、正极活性材料、其制备方法以及包含所述正极活性材料的锂二次电池。

背景技术

近年来，随着使用电池的电子装置如移动电话、笔记本电脑和电动车辆的快速普及，对容量相对高并且尺寸小且重量轻的二次电池的需求迅速增加。特别地，由于锂二次电池重量轻且具有高能量密度，因此锂二次电池作为便携式装置的驱动电源而备受关注。因此，已经积极地进行了用于改善锂二次电池的性能的研究和开发工作。

在处于其中有机电解液或聚合物电解液填充在分别由能够嵌入和脱嵌锂离子的活性材料形成的正极和负极之间的状态下的锂二次电池中，通过在锂离子嵌入正极和负极中或从正极和负极中脱嵌时的氧化和还原反应来产生电能。

作为锂二次电池的正极活性材料，已经使用了锂钴氧化物(LiCoO₂)、锂镍氧化物(LiNiO₂)、锂锰氧化物(LiMnO₂或LiMn₂O₄等)或锂铁磷酸盐化合物(LiFePO₄)。其中，锂钴氧化物(LiCoO₂)由于其高工作电压和优异的容量特性而被广泛使用，并且已被用作高电压用正极活性材料。然而，由于钴(Co)价格上涨和供应不稳定，在使用大量的锂钴氧化物作为用于诸如电动车辆的应用的电源方面存在限制，因此，需要开发可以替代锂钴氧化物的正极活性材料。

因此，已经开发了一种镍钴锰系锂复合过渡金属氧化物(在下文中，简称为“NCM系锂复合过渡金属氧化物”)，其中一部分钴(Co)被镍(Ni)和锰(Mn)置换。近来，随着对高容量电池的需求增加，正在研究通过增加NCM系正极活性材料中的镍含量来增加容量的技术。对于含有高浓度镍的高镍NCM系正极活性材料，容量特性优异，但是存在的问题在于，由于结构稳定性低，寿命特性劣化。因此，已经提出了通过用铝(Al)掺杂高镍NCM系正极活性材料来改善结构稳定性的方法。作为用Al掺杂NCM系正极活性材料的常规方法，使用干式掺杂法或湿式掺杂法，在所述干式掺杂法中，当混合正极活性材料前体和锂原料时，将含铝原料一起混合，然后烧结，在所述湿式掺杂法中，在前体制备期间通过使用含有镍、锰、钴和铝的金属溶液进行共沉淀反应用Al掺杂正极活性材料前体。

然而，对于干式掺杂，存在的问题在于，难以将铝(Al)均匀地分布在NCM系正极活性材料中，并且可能无法控制用铝对锂层的掺杂。另外，对于铝(Al)湿法掺杂，其中在NCM系正极活性材料前体的共沉淀期间进行铝(Al)掺杂，由于如果铝阳离子一起溶解在含有镍钴锰阳离子的过渡金属溶液中并且如常规情况中那样使用会发生与阴离子的不期望的副反应，因此妨碍了前体的生长或者难以控制晶体取向。

因此，需要开发正极活性材料前体和正极活性材料，其在用于锂二次电池中时可以展现出优异的寿命特性和电阻特性。

＜现有技术文献

(专利文献1)韩国专利申请特许公报号2017-0063418

发明内容

技术问题

本发明的一个方面提供了一种正极活性材料前体及其制备方法，当用于锂二次电池时，所述正极活性材料前体可以显著改善寿命特性和电阻增加。