[發明專利]正極活性材料及包括其的鋰二次電池

在審

• 申請號: 202011039521.X
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112687850A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 崔文豪;徐晙源;尹振暻;李重漢;尹美慧;崔昇禹;崔光奭;張睿里;裴中浩
• 申請（專利權）人: 艾可普羅BM有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 北京鉦霖知識產權代理有限公司 11722
• 代理人: 李英艷;玉昌峰

一種正極活性材料及包括其的鋰二次電池。本發明涉及正極活性材料及使用包括上述正極活性材料的正極的鋰二次電池。更具體而言，本發明涉及可以通過在鋰復合氧化物中形成電荷轉移通道來解決由于鎳(Ni)含量的增加引起的電阻增加問題的正極活性材料及使用包括上述正極活性材料的鋰二次電池。

技術領域

本發明涉及一種正極活性材料及使用包括上述正極活性材料的正極的鋰二次電池。

背景技術

電池利用在正極和負極能夠發生電化學反應的物質來存儲電力。這樣的電池的代表性實例為在正極和負極的鋰離子的嵌入/脫嵌過程中由化學勢(chemical potential)的變化存儲電能的鋰二次電池。

上述鋰二次電池使用可逆地嵌入或脫嵌鋰離子的材料作為正極活性材料和負極活性材料，并在上述正極和負極之間填充有機電解液或聚合物電解液來制成。

作為鋰二次電池的正極活性材料，已經使用鋰復合氧化物，例如，正在研究LiCoO₂、LiMN₂O₄、LiNiO₂、LiMnO₂等的復合氧化物。

在上述正極活性材料中，盡管廣泛使用具有優異壽命特性和充放電效率的LiCoO₂，但是上述材料由于用作原料的鈷的資源有限而價格高，因此在價格競爭性方面具有局限性。

LiMnO₂、LiMN₂O₄等鋰錳氧化物雖然具有熱穩定性好，價格低廉的優點，但存在容量小，高溫特性不好等問題。另外，LiNiO₂基正極活性材料雖然具有高放電容量的電池特性，但因鋰和過渡金屬之間的陽離子混排(cation mixing)問題，合成非常難，隨之在率(rate)特性方面存在很大的問題。

另外，根據上述陽離子混合的深化程度，產生大量的鋰副產物，而因大部分鋰副產物由LiOH及Li₂CO₃的化合物構成，從而存在在制造正極漿料時發生凝膠(gel)化的問題和制造電極之后，隨著充放電的進行產生氣體的問題。殘留Li₂CO₃通過增加電池的膨脹現象，不僅減少循環，而且會導致電池的膨脹。

另一方面，近來，已開發了復合有鎳(Ni)、鈷(Co)及錳(Mn)和/或鋁(Al)作為正極活性材料的鋰基復合氧化物。通常，與LiNiO₂基正極活性材料相似地，上述鋰基復合氧化物具有隨著鎳含量的增加而能量密度提高并輸出特性得到改善的優點，但是另一方面，存在伴隨電阻特性增加的問題。因此，在復合有鎳、鈷及錳和/或鋁的鋰基復合氧化物中，需要開發能夠保持LiNiO₂的優異可逆容量并防止電阻特性和壽命特性劣化的正極活性材料。

發明內容

技術問題

在鋰二次電池市場中，電動汽車用鋰二次電池的成長在市場中起主導作用，而鋰二次電池中使用的正極材料的需求也在不斷變化。

例如，以往從確保安全性的觀點上主要使用利用LFP的鋰二次電池，但是近來，與LFP相比，具有每單位重量能量容量大的鎳基鋰復合氧化物的使用得到擴展。

根據正極材料的這種趨勢，本發明的目的在于提供用于實現車輛用電池的高容量化的高鎳型鋰復合氧化物和/或包含上述鋰復合氧化物的正極活性材料。然而，在迄今已知的高鎳型鋰復合氧化物的情況下，隨著鎳含量的增加，電阻增加，因此存在壽命降低的問題。

因此，本發明的目的在于提供可以通過在鋰復合氧化物中形成電荷轉移通道來解決由于鎳含量的增加引起的電阻增加問題的鋰復合氧化物和/或包括上述鋰復合氧化物的正極活性材料。

并且，本發明的另一目的在于提供一種包含本文定義的正極活性材料的正極漿組合物。