[发明专利]锂二次电池用正极活性材料、包含其的正极和锂二次电池

说明书

本发明涉及一种锂二次电池用正极活性材料、包含其的正极和锂二次电池，所述正极活性材料包含镍基锂复合金属氧化物单体颗粒，其中，所述单体颗粒包含多个晶粒和掺杂在所述单体颗粒的晶格中的金属M，所述金属M是选自由Al、Ti、Mg、Zr、W、Y、Sr、Co、Si、Mg、Na、Cu、Fe、Ca和B组成的组的一种或多种金属，其中，所述单体颗粒的平均粒径D50为3.5μm以上至8μm以下。

本申请是分案申请，其原申请的申请号为201880064115.3，申请日为2018年11月21日，发明名称为“锂二次电池用正极活性材料及其制备方法”。

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求于2017年11月22日提交的韩国专利申请10-2017-0156745号和于2018年11月20日提交的韩国专利申请10-2018-0143840号的优先权，在此通过援引将其公开内容整体并入。

技术领域

本发明涉及具有改善的在高电压下的寿命特性的锂二次电池用正极活性材料及其制备方法。

背景技术

随着技术发展和对移动设备的需求的增加，对作为能源的二次电池的需求迅速增加。在此类二次电池中，具有高能量密度和电压、长循环寿命和低自放电率的锂二次电池已经被商业化并广泛使用。

由于近来钴(Co)的价格跃升，已经进行了许多尝试以用价廉的锂镍钴锰氧化物(NCM)代替目前用作小电池的正极活性材料的锂钴氧化物(LCO)来提高价格竞争力。

在NCM的情况下，市售电池中的电压上限为4.2V。当在小型装置中使用电压上限为4.35V的NCM时，存在与LCO相比性能较差的问题。这是因为在相同的电压上限下NCM比LCO的Li脱嵌更高，并且在高充电状态(SOC)下NCM变得更不稳定。结果，当NCM在4.35V以上的高电压下使用时，寿命特性快速恶化。

因此，有必要开发具有改善的寿命特性的NCM正极活性材料作为可在高电压下工作的价廉正极活性材料。

发明内容

[技术问题]

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种锂二次电池用正极活性材料及其制备方法，所述锂二次电池用正极活性材料具有改善的高电压寿命特性。

[技术方案]

本发明的一个实施方式提供了包含多个晶粒(grain)的镍基锂复合金属氧化物单体颗粒(single particle)。

具体地，所述单体颗粒可以包含：掺杂在单体颗粒的晶格中的金属(选自由M＝Al、Ti、Mg、Zr、W、Y、Sr、Co、F、Si、Mg、Na、Cu、Fe、Ca、S和B组成的组的一种或多种金属)；或者涂覆在单体颗粒的表面上的金属(选自由M’＝Al、Ti、Mg、Zr、W、Y、Sr、Co、F、Si、Mg、Na、Cu、Fe、Ca、S和B组成的组的一种或多种金属)化合物和掺杂在单体颗粒的晶格中的金属(选自由M＝Al、Ti、Mg、Zr、W、Y、Sr、Co、F、Si、Mg、Na、Cu、Fe、Ca、S和B组成的组的一种或多种金属)，其中，掺杂的金属或表面涂覆的金属化合物中的金属的总含量为2500ppm至6000ppm，并且所述单体颗粒中包含的每个晶粒的用Cu KαX射线(X-rα)测得的尺寸为180nm至300nm。

本发明的另一个实施方式提供一种制备锂二次电池用正极活性材料的方法，该方法包括以下步骤：制备包含D50为8μm以下的镍基锂复合金属氢氧化物颗粒、锂原料和金属(选自由M＝Al、Ti、Mg、Zr、W、Y、Sr、Co、F、Si、Mg、Na、Cu、Fe、Ca、S和B组成的组的一种或多种金属)化合物的第一混合物，其中金属(M)化合物在总重量中的含量为2500ppm至6000ppm；并在960℃以上的温度下煅烧第一混合物。