[发明专利]正极活性材料及包含该正极活性材料的正极和锂二次电池

说明书

本发明涉及一种包含镍钴锰基锂过渡金属氧化物的正极活性材料，制备该正极活性材料的方法，以及包含该正极活性材料的正极和二次电池，所述镍钴锰基锂过渡金属氧化物的镍含量为除锂以外的金属总摩尔数的60mol％以上，其中所述镍钴锰基锂过渡金属氧化物掺杂有掺杂元素M¹(其中掺杂元素M¹是包括铝(Al)的金属元素)和掺杂元素M²(其中掺杂元素M²是选自由Mg、La、Ti、Zn、B、W、Ni、Co、Fe、Cr、V、Ru、Cu、Cd、Ag、Y、Sc、Ga、In、As、Sb、Pt、Au和Si组成的组的至少一种金属元素)，所述镍钴锰基锂过渡金属氧化物的掺杂元素M¹的含量为100ppm至10,000ppm，并且掺杂元素M¹和掺杂元素M²的重量比为50:50至99:1。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年11月30日在韩国知识产权局递交的韩国专利申请10-2018-0152743号的优先权，其公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及锂二次电池用正极活性材料以及包含该正极活性材料的正极和锂二次电池。具体地，本发明涉及用特定掺杂元素掺杂高镍含量的锂过渡金属氧化物而降低了粉末吸湿性的正极活性材料，以及包含该正极活性材料的正极和锂二次电池。

背景技术

随着技术的发展和对移动设备的需求的增加，对作为能量源的二次电池的需求已经显著增加。在这些二次电池中，具有高能量密度、高电压、长循环寿命和低自放电率的锂二次电池已经商业化并被广泛使用。

在处于正极和负极(其各自由能使锂离子嵌入和脱嵌的活性材料形成)之间填充了有机电解质溶液或聚合物电解质溶液的状态下的锂二次电池中，在锂离子嵌入正极和负极/从正极和负极中脱嵌时，通过氧化和还原反应产生电能。

已使用锂钴氧化物(LiCoO₂)、锂镍氧化物(LiNiO₂)、锂锰氧化物(LiMnO₂或LiMn₂O₄等)或磷酸铁锂化合物(LiFePO₄)作为锂二次电池用正极活性材料。另外，作为改善低热稳定性同时保持LiNiO₂的优异可逆容量的方法，已开发了用钴(Co)或锰(Mn)/铝(Al)取代一部分镍(Ni)的锂复合金属氧化物(下文中简称为“NCM基锂复合过渡金属氧化物”或“NCA基锂复合过渡金属氧化物”)。然而，由于常规开发的NCM基/NCA基锂复合过渡金属氧化物的容量特性不足，因此NCM基/NCA基锂复合过渡金属氧化物在应用中有局限。

为了解决此种局限，近来进行了增加NCM基/NCA基锂氧化物中的镍(Ni)含量的研究。然而，针对高Ni含量的NCM基/NCA基锂氧化物，NCM基/NCA基锂氧化物中的镍以Ni³⁺的形式存在，随着Ni含量的增加其稳定性较差。因此，由于NCM基/NCA基锂氧化物变得不稳定，并且NCM基/NCA基锂氧化物中的镍与空气中的水分或电解质溶液中的溶剂反应形成羟基，故存在正极活性材料中存在大量水分的问题。另外，当使用存在大量水分的正极活性材料时，由于正极活性材料中形成的羟基与正极活性材料层中包含的粘合剂反应而引起了胶凝，故正极活性材料层的均匀性降低，因此，存在电极和电极内的粘附性降低的问题，可能无法实现电芯容量，并且输出可能降低。

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，其中通过以特定比率的两种以上掺杂元素掺杂高镍含量的镍钴锰基锂过渡金属氧化物而降低了水分吸收。

本发明的另一方面提供了一种锂二次电池用正极，其包含降低了水分吸收的所述正极活性材料。

本发明的另一方面提供了一种锂二次电池，其包含所述锂二次电池用正极。

[技术方案]