[發明專利]鋰二次電池用正極活物質

有效

• 申請號: 201480037472.2
• 申請日: 2014-04-29
• 公開（公告）號: CN105359314B
• 公開（公告）日: 2018-11-09
• 發明（設計）人: 宣良國;盧享周;尹誠晙
• 申請（專利權）人: 漢陽大學校產學協力團
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M4/505;H01M10/052
• 代理公司: 北京市立方律師事務所 11330
• 代理人: 劉莉婕;廖娟

本發明涉及鋰二次電池用正極活物質，尤其涉及一種鋰二次電池用正極活物質，包括：芯片部，從中心向表面方向鎳、錳及鈷的濃度形成梯度或鎳、錳及鈷的濃度固定；濃度梯度部，形成于所述芯片部外廓，鎳、錳及鈷的濃度形成梯度；及外殼部，形成于所述濃度梯度部外廓，鎳、錳及鈷的濃度固定。根據本發明的正極活物質，鎳的濃度高，但能夠減少殘留鋰，從而，壽命特性和充放電特性優異，表現高容量的同時，晶體結構也穩定，以高電壓使用時，也能夠表現結構穩定性。

技術領域

本發明涉及鋰二次電池用正極活物質，尤其涉及一種鋰二次電池用正極活物質，包括：芯片部，從中心向表面方向鎳、錳及鈷的濃度形成梯度或鎳、錳及鈷的濃度固定；濃度梯度部，形成于所述芯片部外廓，鎳、錳及鈷的濃度形成梯度；及外殼部，形成于所述濃度梯度部外廓，鎳、錳及鈷的濃度固定。

背景技術

鋰二次電池的工作電壓為3.7V以上，相比鎘鎳電池或鎳氫電池，單位重量的能源密度高，因此，作為便攜式電子信息通信設備的驅動動力源，增加了對于鋰二次電池的需求。

最近，在美國、歐洲等積極開展為了將內燃機關和鋰二次電池進行混合(hybrid)，而作為電動汽車的動力源使用的研究。以美國為中心，正積極開展適用于一日行使少于60英里的汽車的混合動力電動汽車插頭(P-HEV)電池開發。所述P-HEV用電池為具有幾乎接近電動汽車的特性的電池，有關高容量電池的開發為有待解決的最大問題。尤其，最棘手的問題是開發具有2.0g/cc以上的高振實密度和230mAh/g以上的高容量特性的正極材料。

目前普遍化或正在開發的正極材料為LiCoO2,LiNiO2,LiMnO2,LiMn₂O₄,L i_1+X[Mn_2-xM_x]O₄,LiFePO₄等。其中，LiCoO2為具有穩定的充放電特性、優秀的電子導電性、高電池電壓、較高穩定性及平坦的放電電壓特性的優良物質。但，Co的埋藏量少、價格高，并且，具有對人體有害的毒性，因此，需要開發其他正極材料。并且，因在充電時的脫鋰，晶體結構不穩定，使得熱特性非常惡劣。

為了改善上述問題，正試圖進行將鎳的一部分置換為轉移金屬元素，將發熱初始溫度向高溫側移動，或為了防止急劇的發熱而將放熱峰寬大(broad)。但，沒有得到滿意的結果。即，將鎳的一部分置換為鈷的LiNi1-xCoxO2(x＝0.1-0.3)物質，雖顯示了優秀的充放電特性和壽命特性，但熱穩定性問題尚未解決。并且，在歐洲專利第0872450號中，雖然公開了在Ni位置換成Co和Mn及其他金屬的Li_aCo_bMn_cM_dNi_1-(b+c+d)O₂(M＝B,Al,Si.Fe,Cr,Cu,Zn,W,Ti,Ga)型，但仍然未能解決Ni系的熱穩定性。

為了解決上述缺點，韓國專利公開第2005-0083869號中，提供了具有金屬組成的濃度梯度的鋰轉移金屬氧化物。該方法為先合成一定組成的內部物質后，在外部涂覆具有其他組成的物質，而制作成雙重層后，與鋰鹽混合而進行熱處理的方法。所述內部物質可使用在市場中銷售的鋰轉移金屬氧化物。

但，該方法在生成的內部物質與外部物質的組成之間，正極活物質的金屬組成不連續地變化，并且，非連續、非漸進式地變化。并且，通過該發明合成的粉末，因不使用螯合劑即氨，振實密度低，所以，不適合作為鋰二次電池用正極活物質使用。

為了改善上述問題，韓國專利公開第第2007-0097923號，提供了形成內部主體部和外部主體部，并在外部主體部金屬成分根據位置形成連續的濃度分布的正極活物質。但，該方法中，在內部主體部形成固定的濃度，而只在外部主體部金屬組成發生變化，因此，需開發在穩定性即容量方面更加優秀的新結構的正極活物質。