[發明專利]鋰二次電池用正極活性材料前體，由其制造的正極活性材料及含該材料的鋰二次電池

有效

• 申請號: 201710126448.1
• 申請日: 2013-06-10
• 公開（公告）號: CN107093740B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 宣良國;盧亨周;樸長昱
• 申請（專利權）人: 漢陽大學校產學協力團;能原材公司
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M4/505;H01M10/0525
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 蔡勝有;冷永華

本發明涉及鋰二次電池用正極活性材料前體，由其制造的正極活性材料及含該材料的鋰二次電池。更具體地，本發明涉及一種正極活性材料，其特征在于，包括由多個初級粒子形成并包含鎳、鈷及錳中的至少兩種的次級粒子，鎳、鈷及錳中的至少一種在所述初級粒子中具有濃度梯度。

本申請是申請日為2013年6月10日、申請號為201380041902.3、發明名稱為“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”(PCT/KR2013/005084，進入國家階段日期2015年2月6日)之申請的分案申請。

技術領域

本發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，根據電子工業、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、便宜且環保，但具有容量小的缺點。鈷基正極活性材料例如LiCoO₂表現出好的電導性能、高電池電壓和優異的電極特性，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，且還持續的長時間使用。據此，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的放電較難。

發明內容

為了解決上述問題，本發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。