[发明专利]层状结构锂镍金属氧化物的制造方法及包含该氧化物的锂二次电池

说明书

本发明涉及层状结构锂镍金属氧化物的制造方法及包含该氧化物的锂二次电池。本发明提供一种提高结构稳定性和热稳定性且高效率、高容量、循环特性和寿命特性优异的由下述化学式1表示的锂二次电池正极活性物质用金属氧化物。在所述化学式1中，M是选自铝、镓和铟中的任意一种，a、x、y和z满足1.01≤a≤1.05，0.7≤x≤0.9，0≤y≤0.17，0.02≤z≤0.16，x+y+z=1。[化学式1]Li_aNi_xCo_yM_zO₂。

技术领域

本发明涉及锂二次电池正极活性物质用锂金属氧化物。

背景技术

随着电子产品的便携性的重要性日益增加，广泛地采用锂二次电池作为笔记本PC、PDA、手机、摄像机等小型电子设备的电源，其具有高容量、高输出、寿命长等特性，从而其应用范围逐步得到扩展。但是，由于用于锂二次电池的现有电极物质的局限性，存在难以长时间使用的问题。目前为了克服这样的问题而进行多种研究，尤其正在研究多种新的正极活性物质的开发。

用作锂二次电池的正极活性物质的代表性物质有锂钴氧化物（LiCoO₂），除此之外，作为替代物，正在积极研究层状结构的锂镍氧化物（LiNiO₂）、锂锰氧化物（LiMnO₂）或者锂镍钴锰氧化物（LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂）、尖晶石（spinel）结构的锂锰氧化物（LiMn₂O₄）、橄榄石（olivine）结构的磷酸铁锂（LiFePO₄）等。

由于锂钴氧化物（LiCoO₂）系的活性物质存在钴的原料价格高、热稳定性低的问题，所以难以确保在HEV、EV之类的大中型电动车市场中所需要的单价、容量或者稳定性。

为了替代上述物质，提出了锰系尖晶石结构或者使用铁的橄榄石结构，但是使用了锰的尖晶石结构的正极活性物质在高温下由锰溶出所引起的容量劣化严重，就容量而言，与LiCoO₂相比，相对小。此外，由于在橄榄石系正极活性物质中使用铁，从而具有节约原料费用和热稳定性高的优点，但是存在由低驱动电压和低导电性引起的问题。

专利文献1（韩国公开专利第10-2010-0042145号）中公开了一种包含锂过渡金属复合氧化物的锂二次电池用正极活性物质，但是由于包含锰与卤族元素或者硫，因而虽然能够达到提高锂二次电池的寿命特性和充放电特性，但是由分散引起的结构稳定性、热稳定性降低，并且容量降低等电化学特性仍然差。

另一方面，只使用镍的正极活性物质虽然适合于高容量和高电压用电池，但是由于阳离子混排（cation mixing）、结构上的不稳定性，从而发生容量劣化，并且存在热稳定性差的问题。

作为镍系正极活性物质，代表性的是具有LiNi_1-xCo_xO₂（x<0.2）的组合物，在上述正极活性物质中，虽然钴的费用相对于镍更高，因而与不含钴的LiNiO₂物质相比相对地更昂贵，但是其更容易制造。即便如此，LiNi_1-xCo_xO₂（x<0.2）正极物质依然存在充电/放电过程中的问题，这是由于LiNiO₂形式的正极物质的根本结构稳定性低。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：韩国公开专利第10-2010-0042145号（2010.04.23）

发明内容