[发明专利]正极活性物质及包含其的锂二次电池

说明书

本发明涉及正极活性物质及包含其的锂二次电池，更具体地，涉及一种正极活性物质、包含上述正极活性物质的正极、使用上述正极的锂二次电池，上述正极活性物质为包含作为小颗粒的第一锂复合氧化物及作为大颗粒的第二锂复合氧化物的双峰(bimodal)型的正极活性物质，其中，控制上述小颗粒及上述大颗粒中的钴从表面部朝向中心部降低的浓度梯度的斜率，从而可均匀地提高上述小颗粒及上述大颗粒的粒子稳定性。

技术领域

本发明涉及正极活性物质及包含其的锂二次电池，更具体地，涉及一种正极活性物质、包含上述正极活性物质的正极、使用上述正极的锂二次电池，上述正极活性物质为包含作为小颗粒的第一锂复合氧化物及作为大颗粒的第二锂复合氧化物的双峰(bimodal)型的正极活性物质，其中，控制上述小颗粒及上述大颗粒中的钴从表面部朝向中心部降低的浓度梯度的斜率，从而可均匀地提高上述小颗粒及上述大颗粒的粒子稳定性。

背景技术

电池在正极和负极使用能够进行电化学反应的物质来存储电能。作为这种电池中的代表性例，有通过锂离子在正极及负极中嵌入/脱嵌时的化学势(chemical potential)差来存储电能的锂二次电池。

上述锂二次电池将能够进行锂离子的可逆嵌入/脱嵌的物质用作正极活性物质和负极活性物质，在上述正极与负极之间填充有机电解液或聚合物电解液来制备。

使用锂复合氧化物作为锂二次电池的正极活性物质，作为其例，正在研究LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNiO₂、LiMnO₂等的复合氧化物。

在上述正极活性物质中，LiCoO₂因具有优秀的寿命特性及充放电效率而普遍使用，但是，用作原料的钴的资源有限，价格昂贵，因此具有价格竞争力受限的缺点。

LiMnO₂、LiMn₂O₄等的锂锰氧化物具有热稳定性优秀且价格低廉的优点，但具有容量小、高温特性差的问题。并且，LiNiO₂正极活性物质示出高放电容量的电池特性，但由于Li与过渡金属之间的阳离子混合(cation mixing)问题，难以合成，从而在倍率(rate)特性方面具有大问题。

另外，当进行充放电时，包含在正极活性物质的锂复合氧化物根据对于锂复合氧化物的锂离子的嵌入/脱嵌而伴随体积变化。通常，锂复合氧化物为多个初始粒子聚集而成的次级粒子形态，当进行充放电时，在产生多个初始粒子的快速体积变化或者因重复的充放电而累积应力的情况下，具有在次级粒子内产生裂纹(crack)或者发生结晶结构的崩塌或结晶结构的变化(相变)的问题。

这种问题最终成为降低正极活性物质的稳定性及可靠性的原因，因此，正在进行如下的各种研究：当进行充放电时，缓解锂复合氧化物的体积变化，或者使根据体积变化的应力产生最小化，从而防止粒子的损伤。

并且，近年来，为了锂二次电池的高容量化，还经常使用混合平均粒径互不相同的小颗粒与大颗粒的双峰(bimodal)型的正极活性物质。在混合小颗粒与大颗粒的情况下，平均粒径相对小的小颗粒可填充大颗粒之间的孔隙，由此，提高单位体积中的锂复合氧化物的集成密度，从而可提高每单位体积的能量密度。

发明内容

技术问题

以往，当进行充放电时，为了通过缓解锂复合氧化物的体积变化或者使根据体积变化的应力产生最小化来防止粒子的损伤，通过故意降低初始粒子的聚集度来使初始粒子之间存在规定孔隙，从而分散根据初始粒子的体积变化的应力。但是，这种锂复合氧化物具有每单位体积的能量密度降低的限制。

另外，在双峰型的正极活性物质的情况下，为了缓解随着重复的充放电而向小颗粒及大颗粒施加的应力，可使用由规定物质涂敷的小颗粒及大颗粒。