[发明专利]锂二次电池用正极活性材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种正极活性材料、制备所述正极活性材料的方法、以及包含所述正极活性材料的锂二次电池用正极和锂二次电池，所述正极活性材料包含基于除锂以外的过渡金属的总摩尔数镍(Ni)的含量大于50摩尔％的锂过渡金属氧化物，其中，所述正极活性材料具有单颗粒形式，在从所述正极活性材料的表面起向中心方向50nm以内的区域中形成有属于空间群FD3‑M的结构和属于空间群Fm3m的结构，并且当以650kgf/cm²辊压所述正极活性材料时，平均粒径(D₅₀)为1μm以下的细粉的产生率为5％至30％。

技术领域

本申请要求于2020年1月30日提交的韩国专利申请第10-2020-0011339号的优先权，其公开内容通过援引并入本文。

本发明涉及锂二次电池用正极活性材料以及制备该正极活性材料的方法。

背景技术

随着对移动设备的技术开发和需求的增加，对作为能源的二次电池的需求显著增加。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品化并被广泛使用。

已经使用锂过渡金属复合氧化物作为锂二次电池的正极活性材料，并且在这些氧化物中，已主要使用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。然而，由于脱锂导致的不稳定晶体结构，LiCoO₂具有非常差的热性能。而且，由于LiCoO₂价格昂贵，因此在大量使用LiCoO₂作为例如电动车辆等应用的电源方面存在局限性。

作为替代LiCoO₂的材料，已经开发出锂锰复合金属氧化物(LiMnO₂或LiMn₂O₄)、磷酸铁锂化合物(LiFePO₄等)或锂镍复合金属氧化物(LiNiO₂等)。在这些材料中，更为积极地研究和开发了锂镍复合金属氧化物，其中由于约200mAh/g的高可逆容量而易于实现大容量电池。然而，LiNiO₂的局限性在于，与LiCoO₂相比，LiNiO₂的热稳定性差，并且当在已充电的状态下由于外部压力而发生内部短路时，正极活性材料本身会分解，从而导致电池的破裂和着火。因此，作为一种在保持LiNiO₂的优异可逆容量的同时改善低热稳定性的方法，已经开发出部分镍(Ni)被钴(Co)、锰(Mn)或铝(Al)取代的锂过渡金属氧化物。

然而，对于锂过渡金属氧化物，在为了提高容量特性而增加镍的量的情况下，存在以下局限性：热稳定性进一步降低，并且由于锂过渡金属氧化物中的镍倾向于保持为Ni²⁺，因此在锂过渡金属氧化物的表面上形成大量的锂副产物，例如LiOH或Li₂CO₃。如上所述，当将表面上具有大量锂副产物的锂过渡金属氧化物用作正极活性材料时，由于锂副产物与注入到锂二次电池中的电解质溶液反应导致电池的气体产生和膨胀现象，因此电池寿命、稳定性和电池电阻特性可能降低。

通常，为了弥补这一点，寻求一种通过过烧结正极活性材料来使二次颗粒的界面最小化从而改善上述热稳定性、与电解质溶液的副反应和电阻特性的方法，但存在以下问题：当过烧结的程度未得到控制时，性能(例如充电和放电效率以及电阻特性)的劣化变得更加严重。

因此，需要开发一种正极活性材料，即使根据正极活性材料的表面改性进行了过烧结，其也可由于二次颗粒的界面最小化而抑制与电解质溶液的副反应并且可改善热稳定性和电阻特性而没有电池的性能劣化。

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，其可改善热稳定性和电阻特性并且可通过改善正极活性材料的表面特性来抑制与电解质溶液的副反应。

本发明的另一方面提供了一种制备所述正极活性材料的方法。