正極活性材料及包含該正極活性材料的鋰二次電池制造技術

本實施例涉及一種正極活性材料及包含該正極活性材料的鋰二次電池。根據一個實施例提供一種鋰二次電池正極活性材料，其包含：金屬氧化物顆粒，其包含鎳、鈷、錳和鋁；以及三種摻雜元素，其摻雜到所述金屬氧化物顆粒中。其摻雜到所述金屬氧化物顆粒中。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】正極活性材料及包含該正極活性材料的鋰二次電池


[0001]本實施例涉及一種正極活性材料及包含該正極活性材料的鋰二次電池。

技術介紹

[0002]近來，隨著電動汽車需求的爆炸性增長以及要求增加行駛里程，全球正在積極開發可應用于電動汽車的具有高容量及高能量密度的二次電池。
[0003]尤其，為了制備這種高容量電池，需要使用高容量正極活性材料。因此，已經提出了一種應用鎳含量高的鎳鈷錳類正極活性材料作為高容量正極活性材料的方案。
[0004]然而，隨著鎳含量的增加，鎳含量高的鎳鈷錳類正極活性材料最終出現以下問題：1)容量降低導致效率降低、2)表面產生氧導致形成NiO巖鹽結構相和循環特性下降、以及3)電阻增加等。
[0005]因此，迫切需要開發一種正極活性材料，可以解決鎳含量高的鎳鈷錳類正極活性材料的問題。

技術實現思路

[0006]技術問題
[0007]本實施例旨在提供一種正極活性材料及包含該正極活性材料的鋰二次電池，通過在含鎳、鈷、錳和鋁的金屬氧化物顆粒中摻雜三種元素，可以解決鎳含量高的正極活性材料中出現的性能下降的問題，同時可以顯著改善電化學特性。
[0008]技術方案
[0009]根據一個實施例的鋰二次電池正極活性材料可以包含：金屬氧化物顆粒，其包含鎳、鈷、錳和鋁；以及三種摻雜元素，其摻雜到所述金屬氧化物顆粒中。
[0010]所述三種摻雜元素可為Nb、B和Zr。
[0011]相對于鎳、鈷、錳、鋁和摻雜元素的總和1摩爾，所述Nb的摻雜量可為0.00001摩爾至0.03摩爾。
[0012]相對于鎳、鈷、錳、鋁和摻雜元素的總和1摩爾，所述B的摻雜量可為0.001摩爾至0.02摩爾。
[0013]相對于鎳、鈷、錳、鋁和摻雜元素的總和1摩爾，所述Zr的摻雜量可為0.001摩爾至0.007摩爾。
[0014]所述Nb和Zr的摻雜量可以滿足下述式1的關系。
[0015][式1][0016]0.5＜[Zr]/[Nb]＜10
[0017]在式1中，[Nb]和[Zr]表示以鎳、鈷、錳、鋁和摻雜元素的總和1摩爾計各元素的摻雜量。
[0018]所述Nb和B的摻雜量可以滿足下述式2的關系。
[0019][式2][0020]0.3＜[B]/[Nb]＜30
[0021]在式1中，[Nb]和[B]表示以鎳、鈷、錳、鋁和摻雜元素的總和1摩爾計各元素的摻雜量。
[0022]所述正極活性材料可以由下述化學式1表示。
[0023][化學式1][0024]Li
a
[Ni
x
Co
y
Mn
z
Al
h
]1?
t
(Nb
i
Zr
j
B
k
)
t
O2?
p
X2
p
[0025]在上述化學式1中，X是選自包含F、N和P的組中的一種以上元素，
[0026]a是0.8≤a≤1.3，
[0027]t是0.0061≤t≤0.057，
[0028]0.6≤x≤0.95，0<y≤0.2，0<z≤0.2，0.008≤h≤0.029，0.0001≤i≤0.03，0.001≤j≤0.007，0.005≤k≤0.02，0≤p≤0.02。
[0029]在本實施例中，所述h可以是0.005≤h≤0.025。
[0030]所述正極活性材料的初始擴散系數可為7.30*10
?9m2/sec至8.10*10
?9m2/sec。
[0031]所述金屬氧化物顆粒的晶粒大小可為至
[0032]相對于所述金屬氧化物顆粒的(110)面的半峰寬度(FWHM)值可為0.1901至0.2017。
[0033]所述鋰二次電池正極活性材料檢測X射線衍射圖案時，(003)面的峰強度與(104)面的峰強度之比I(003)/I(104)可為1.2350至1.2410。
[0034]以所述鎳、鈷、錳和鋁的總和1摩爾計，所述金屬氧化物顆粒中鎳的含量可為0.8摩爾以上。
[0035]根據另一個實施例的鋰二次電池可以包含：正極，其包含根據一個實施例的正極活性材料；負極；以及非水電解質。
[0036]專利技術效果
[0037]根據本實施例的正極活性材料，由于在含NCMA的金屬氧化物顆粒中摻雜至少兩種元素，采用所述正極活性材料時，可以增加鋰二次電池的容量，同時可以顯著改善室溫和高溫壽命特性、初始效率、初始電阻、電阻增加率和熱穩定性。
具體實施方式
[0038]第一、第二、第三等詞匯用于描述各種部分、成分、區域、層和/或段，但這些部分、成分、區域、層和/或段不應該被這些詞匯限制。這些詞匯僅用于區分某一部分、成分、區域、層和/或段與另一部分、成分、區域、層和/或段。因此，在不脫離本專利技術的范圍內，下面描述的第一部分、成分、區域、層和/或段也可以被描述為第二部分、成分、區域、層和/或段。
[0039]本文所使用的術語只是出于描述特定實施例，并不意在限制本專利技術。除非上下文中另給出明顯相反的含義，否則所使用的單數形式也意在包含復數形式。還應該理解的是，說明書中使用的術語“包含”可以具體指某一特性、領域、整數、步驟、動作、要素和/或成分，但并不排除其他特性、領域、整數、步驟、動作、要素和/或成分的存在或附加。
[0040]如果某一部分被描述為在另一個部分之上，則可以直接在另一個部分上面或者其間存在其他部分。當某一部分被描述為直接在另一個部分上面時，其間不會存在其他部分。
[0041]雖然沒有另作定義，但本文中使用的所有術語(包含技術術語和科學術語)的含義
與本專利技術所屬領域的普通技術人員通常理解的意思相同。對于辭典中定義的術語，應該被解釋為具有與相關技術文獻和本文中公開的內容一致的意思，而不應該以理想化或過于正式的含義來解釋它們的意思。
[0042]根據一個實施例的鋰二次電池正極活性材料可以包含：金屬氧化物顆粒，其包含鎳、鈷、錳和鋁；以及兩種摻雜元素，其摻雜到所述金屬氧化物顆粒中。
[0043]此時，所述三種摻雜元素可為Nb、Zr和B。
[0044]為了對鋰金屬氧化物進行摻雜來確保壽命和各種電化學性能，摻雜元素的選擇很重要。目前已知的摻雜元素例如有單價離子(mono
?
valent)如Ag
+
、Na
+
和2價以上的多價離子(multi
?
valent)如Co
2+
、Cu
2+
、Mg
2+
、Zn
2+
、Ba
2+
、Al
3+
、Fe
3+
、Cr
3+
、Ga
3+
、Zr
4+
...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】1.一種鋰二次電池正極活性材料，其包含：金屬氧化物顆粒，其包含鎳、鈷、錳和鋁；以及三種摻雜元素，其摻雜到所述金屬氧化物顆粒中。2.根據權利要求1所述的鋰二次電池正極活性材料，其中，所述三種摻雜元素為Nb、B和Zr。3.根據權利要求2所述的鋰二次電池正極活性材料，其中，相對于鎳、鈷、錳、鋁和摻雜元素的總和1摩爾，所述Nb的摻雜量為0.00001摩爾至0.03摩爾。4.根據權利要求2所述的鋰二次電池正極活性材料，其中，相對于鎳、鈷、錳、鋁和摻雜元素的總和1摩爾，所述B的摻雜量為0.001摩爾至0.02摩爾。5.根據權利要求2所述的鋰二次電池正極活性材料，其中，相對于鎳、鈷、錳、鋁和摻雜元素的總和1摩爾，所述Zr的摻雜量為0.001摩爾至0.007摩爾。6.根據權利要求2所述的鋰二次電池正極活性材料，其中，所述Nb和Zr的摻雜量滿足下述式1的關系，[式1]0.5<[Zr]/[Nb]<10在式1中，[Nb]和[Zr]表示以鎳、鈷、錳、鋁和摻雜元素的總和1摩爾計各元素的摻雜量。7.根據權利要求2所述的鋰二次電池正極活性材料，其中，所述Nb和B的摻雜量滿足下述式2的關系，[式2]0.3<[B]/[Nb]<30在式1中，[Nb]和[B]表示以鎳、鈷、錳、鋁和摻雜元素的總和1摩爾計各元素的摻雜量。8.根據權利要求1所述的鋰二次電池正極活性材料，其中，所述正極活性材料由下述化學式1表示，[化學式1]Li
a
[Ni
x
Co
y
Mn
z
Al
h
]1?
t
(Nb
i

【專利技術屬性】
技術研發人員：宋定勛，南相哲，李尚奕，崔權永，樸寅徹，權五珉，
申請(專利權)人：浦項產業科學研究院浦項化學株式會社，
類型：發明
國別省市：