[发明专利]锂二次电池用正极活性材料及包含其的锂二次电池

说明书

本发明涉及一种锂二次电池用正极活性材料及包含其的锂二次电池，更详细地，涉及一种特征在于一次粒子内的锂离子扩散路径(lithium ion diffusion path)以朝向粒子的中心方向具有方向性的方式形成的锂二次电池用正极活性材料及包含其的锂二次电池。本发明的锂二次电池用正极活性材料，基于在一次粒子内和二次粒子内表现出特定方向性的锂离子扩散路径而具有较快的锂离子传导速度，且显示出高的锂离子传导率，即使反复充放电，晶体结构也不会轻易瓦解，从而提高循环特性。

本申请为申请日为2015年01月21日，申请号为201580000969.1，发明名称为“锂二次电池用正极活性材料及包含其的锂二次电池”的申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年8月29日提交的美国临时专利申请62/551,417的权益。

技术领域

本发明涉及一种锂二次电池用正极活性材料及包含其的锂二次电池，更详细地，涉及一种特征在于在具有层状结构的正极活性材料中一次粒子内和二次粒子内的锂离子扩散路径(lithium ion diffusion path)以朝向特定方向具有方向性的方式形成的锂二次电池用正极活性材料、以及包含其的锂二次电池。

背景技术

近来，对储能技术的兴趣日益增加。电池已被广泛用作移动电话、摄像机、笔记本电脑PC和电动车领域中的能源，导致对电化学装置进行了深入的研究和开发。在该方面，电化学装置是极受关注的主题之一。特别是，可充电二次电池的开发成为关注的焦点。

目前使用的二次电池中，在20世纪90年代初开发的锂二次电池是一种紧凑、重量轻和大容量的电池，自其在1991年出现以来，已被广泛用为便携式设备的电源。锂二次电池比使用水电解质的传统电池(例如Ni-MH电池、Ni-Cd电池和铅硫酸电池)具有更高的工作电压和能源密度，正是由于这些优点而备受关注。尤其，最近有关将内燃机和锂二次电池混合的电动车用动力源的研究在美国、日本、欧洲等地区进展活跃。

然而，从能源密度方面考虑使用锂离子电池作为电动车用大型电池，但是考虑到安全性而镍氢电池被使用到至今，并且当下最大课题是昂贵的价格和安全性。尤其，目前商用化使用的如LiCoO2和LiNi02之类的正极活性材料具有因充电时锂脱离导致晶体结构不够稳定而热学特性十分恶劣的缺点。即，若将过充电状态的电池在200～270℃下加热，则急剧发生结构变化，由于这种结构变化进行释出晶格内氧的反应。

为了改善这一状况，正在尝试各种方法，例如，通过用过渡金属元素替代一部分镍以将热生成(heat generation)的温度偏移到稍微高的温度处或阻止快速热生成。用钴替代一部分镍的材料，例如，LiNi1-XCoxO2(x＝0.1-0.3)虽然表现出优异的充电/放电特性和寿命特性，但是热稳定性问题仍没有得到解决。此外，Li-Ni-Mn系复合氧化物，其中具有优异热稳定性的Mn替代一部分Ni，或Li-Ni-Mn-Co系复合氧化物，其中Mn和Co替代一部分Ni，其组成和制备相关技术也被广泛周知。最近，日本专利第2000-227858号公开了并非通过该技术部分地将过渡金属代入LiNi02或LiMn02来制备正极活性材料，而是通过一种新型技术将Mn和Ni化合物均匀地分布于原子能级以获得固溶体。

根据关于Li-Ni-Mn-Co系复合氧化物组成的欧洲专利第0918041号或美国专利第6040090号，其中Mn和Co替代一部分Ni，相比现有的仅包含Ni和Co的材料，LiNi1-xCoxMnyO2(0＜y≤0.3)具有改进的热稳定性，但是，Ni系化合物的热稳定性仍没有得到解决。