[發(fā)明專利]用于鋰二次電池的正極活性材料前體，由其制造的正極活性材料，以及包括該材料的鋰二次電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380041902.3
• 申請日: 2013-06-10
• 公開（公告）號: CN104521039B
• 公開（公告）日: 2017-03-29
• 發(fā)明（設計）人: 宣良國;盧亨周;樸長昱
• 申請（專利權）人: 漢陽大學校產(chǎn)學協(xié)力團;能原材公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/525;H01M10/052
• 代理公司: 北京市立方律師事務所11330
• 代理人: 王榮,朱品真

技術領域

本發(fā)明涉及用于鋰二次電池的正極活性材料前體，由其制造的正極活性材料，以及包括該材料的鋰二次電池。更具體的，涉及用于鋰二次電池的以次級粒子形式的正極活性材料前體，鋰復合氧化物，包括幾種過渡金屬且通過聚集多個具有不同的a軸方向長度與c軸方向長度比的初級粒子形成，其中組成次級粒子的初級粒子的a軸方向長度與c軸方向長度比從次級粒子的中心到表面漸增；正極活性材料；以及包括該材料的鋰二次電池。

背景技術

最近，根據(jù)電子工業(yè)、電子設備和通信裝置的微型化、減重和高性能的快速進步，極大地需求作為產(chǎn)品的電源供應的二次電池的性能的改善。滿足這些需求的二次電池可以是鋰二次電池，鋰二次電池可主要分類為使用硫基材料作為正極活性材料的鋰硫電池和使用鋰化過渡金屬氧化物作為正極活性材料的鋰離子電池。

正極活性材料為對鋰二次電池的電池性能和安全起最重要作用的材料，它可以是氧屬化合物。例如，復合金屬氧化物諸如LiCoO₂,LiMn₂O₄,LiNiO₂,LiNi_1-xCo_xO₂(0<x<1)和LiMnO₂正被研究。這個正極活性材料被混入導電材料例如炭黑、粘合劑和溶劑來制備正極活性材料漿料組合物，然后所述組合物被涂覆于薄金屬板例如鋁箔用作鋰離子二次電池的正極。

在正極活性材料中，錳基正極活性材料例如LiMn₂O₄和LiMnO₂為受到關注的材料因為其容易合成、便宜且環(huán)保，但具有容量小的缺點。鈷基正極活性材料例如LiCoO₂表現(xiàn)出好的電導性能、高電池電壓和優(yōu)異的電極特性，但具有昂貴的缺點。

為了克服鈷基正極活性材料例如LiCoO₂的缺點，最近，發(fā)展高容量電池的研究在活躍的進行中。此外，與移動領域例如移動電話相比較，個人電腦、電動工具領域例如電動工具和電動驅動領域例如電動摩托車和電動助力自行車對于電源具有較大的負荷波動，且還持續(xù)的長時間使用。據(jù)此，需要高輸出和高容量的電源。

一般而言，高容量和高輸出是對立的性能，且難以兼容。例如，無水固體電解質電池例如鋰離子二次電池作為典型的高容量型二次電池可持續(xù)的長時間放電是因為大約0.2C的較低的負荷。因此，它主要用作移動領域和類似領域的電源，但在低負載下的每單位電極面積的電流密度僅為0.01A/cm²。為此，高容量型無水電解質電池不適于用作在需要以高電流放電的電力驅動領域的高負荷電源，在所述領域中電流密度為0.1A/cm²甚至更多，例如電動摩托車和電動助力自行車。

此外，在電力領域，高電流的脈沖放電性能由于電源的頻繁的開/關而變得重要，但通過用于移動領域和類似領域的高容量型無水電解質電池不能獲得足夠的脈沖放電能力。另一方面，高電流放電通過高輸出型電源電容器和類似物是可能的，但由于非常小的容量長期持續(xù)的放電較難。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明目的在于提供用于鋰二次電池的正極活性材料前體，其具有新穎的結構，通過控制組成次級粒子的初級粒子的形狀和在初級粒子中的金屬離子的濃度梯度得到高容量，以及使用所述前體制造的正極活性材料。

此外，本發(fā)明目的在于提供包括所述用于鋰二次電池的正極活性材料的鋰二次電池。

為了完成本發(fā)明的一個目的，用于鋰二次電池的正極活性材料前體，所述前體為包括幾種過渡金屬的次級粒子，通過聚集多個具有不同a軸方向長度與c軸方向長度比的初級粒子得到，且具有4-20μm范圍的平均粒徑，其中組成次級粒子的初級粒子的a軸方向長度與c軸方向長度比從次級粒子的中心到表面漸增。

在本發(fā)明的用于鋰二次電池的正極活性材料前體中，至少一種組成初級粒子的金屬在初級粒子中表現(xiàn)出連續(xù)的濃度梯度。

在本發(fā)明的用于鋰二次電池的正極活性材料前體中，初級粒子的a軸方向可朝向次級粒子的中心，且粒子們可彼此連接并增長為固定路徑。在本發(fā)明的用于鋰二次電池的正極活性材料前體中，粒子中的接觸電阻可被顯著的降低因為初級粒子當如上述朝向中心時被連續(xù)的排布，并且，根據(jù)鋰離子的插入變得容易能夠改善輸出和獲得高容量的性能。

在本發(fā)明的用于鋰二次電池的正極活性材料前體中，初級粒子的a軸方向長度可在次級粒子半徑的0.01到0.95的范圍內(nèi)。