正极活性材料及包含其的正极和锂二次电池的制作方法

本发明涉及一种正极活性材料及包含其的正极与锂二次电池，更具体而言，涉及一种具有优异的容量特性及寿命特性的锂二次电池正极活性材料及包含其的正极与锂二次电池。

背景技术：

1、最近，随着技术的发展以及对移动装置和电动车辆的需求增加，作为能量源的二次电池的需求迅速增长。在二次电池中，具有高能量密度和电压、长循环寿命以及低自放电率的锂二次电池已经商业化并且被广泛使用。

2、作为锂二次电池用正极活性材料，已经开发了诸如氧化钴锂(如licoo2)、氧化镍锂(如linio2)、氧化锰锂(如limno2和limn2o4)以及磷酸铁锂(如lifepo4)等过渡金属氧化物，并且最近，已经开发并广泛使用含有两种以上种过渡金属的锂复合过渡金属氧化物，例如li[niacobmnc]o2、li[niacobalc]o2和li[niacobmncald]o2。

3、到目前为止开发的含有两种以上种过渡金属的锂复合过渡金属氧化物通常以其中聚集了几十至几百个一次颗粒的球形二次颗粒的形式生产。根据结构取向(从二次颗粒的中心指向表面的方向(径向)与二次颗粒中存在的一次颗粒(或者晶粒)的li路径之间的角度)以及形状取向(从二次颗粒的中心指向表面的方向(径向)与二次颗粒中存在的一次颗粒(或者晶粒)的长轴之间的角度)，物理性质例如锂离子迁移率和电解质浸渍改变。因此，正在进行研究来控制正极活性材料颗粒的颗粒结构以改善正极活性材料的性能。

4、在锂复合过渡金属氧化物的情况下，通常已知的是，结构取向和形状取向越高，即从二次颗粒的中心的方向(径向)与二次颗粒中存在的一次颗粒(或者晶粒)的li路径之间的角度越小，并且从二次颗粒的中心指向表面的方向(径向)与二次颗粒中存在的一次颗粒(或者晶粒)的长轴之间的角度越小，则性能越好。此外，已知结构取向和形状取向具有相同趋势(径向与二次颗粒中存在的一次颗粒(或者晶粒)的li路径之间的角度以及径向与二次颗粒中存在的一次颗粒(或者晶粒)的长轴之间的角度相似)。同时，为了增加形状取向，需要减小一次颗粒的尺寸，这可能引起容量特性、寿命特性的恶化。

5、因此，需要开发具有更好的特性的形状取向和结构取向的正极活性材料。

技术实现思路

1、技术问题

2、本发明的目的是解决上述问题，并提供一种能够通过不同地控制颗粒中存在的晶粒的形状取向和结构取向来实现优异的容量特性和寿命特性的正极活性材料。

3、此外，本发明旨在提供一种正极及一种锂二次电池，其包括根据本发明的正极活性材料。

4、技术方案

5、本发明涉及正极活性材料、包括正极活性材料的正极和锂二次电池。

6、(1) 本发明提供一种正极活性材料，其包含锂复合过渡金属氧化物，其中由以下等式1表示的结构取向度doa (degree of alignment, 对齐程度)晶体值的平均值(a)与由以下等式2表示的形状取向度doa形状值的平均值(b)之间的差(a-b)大于0：

7、[等式1]

8、doa晶体=sin2θ

9、在等式1中，θ是通过所述正极活性材料的截面的ebsd图像获得的自颗粒中心指向表面的直线方向向量与对应晶粒的c轴方向向量之间的角度；

10、[等式2]

11、doa形状=l/(l+s) ×cos2φ

12、在等式2中，l是从所述正极活性材料的截面的ebsd图像获得的对应晶粒的长轴长度；

13、s是从所述正极活性材料的截面的ebsd图像获得的对应晶粒的短轴长度，并且

14、φ是通过从所述正极活性材料的截面的ebsd图像获得的自颗粒中心指向表面的直线方向向量与所述晶粒的长轴方向向量之间的角度。

15、(2) 本发明提供根据(1)所述的正极活性材料，其中(a-b)为0.05以上。

16、(3) 本发明提供根据(1)或(2)的正极活性材料，其中所述结构取向的doa晶体值平均值为0.40～1.0。

17、(4) 本发明提供根据上述任一项所述的正极活性材料，其中形状取向doa形状值的平均值为0.35～0.95。

18、(5) 本发明提供根据(1)～(4)中任一项所述的正极活性材料，其中该锂复合过渡金属氧化物是具有下式所示组成的正极活性材料：

19、[化学式1]

20、lix[niacobm1cm2d]o2-yay

21、在式1中，

22、m1选自由mn和al组成的组中的一种或多种元素，

23、m2是选自由w、cu、fe、v、cr、ti、zr、zn、al、ta、y、in、la、sr、ga、sc、gd、sm、ca、ce、nb、mg、b和mo组成的组中的一种或多种元素；

24、a是选自由f、cl、br、i、at和s组成的组中的一种或多种元素，并且

25、满足0.98≤x≤1.20, 0

26、(6) 本发明提供一种正极，其包含(1)至(5)中任一项所述的正极活性材料。

27、(7) 本发明提供了一种锂二次电池，其包含(6)所述的正极活性材料。

28、有益效果

29、如本发明中，当正极活性材料包括结构取向值大于形状取向值的锂复合过渡金属氧化物时，锂离子的移动容易，这是因为li路径平行于径向方向，而不管一次颗粒的尺寸和长轴方向如何，从而可以改善二次电池的容量特性和寿命特性。

1.一种正极活性材料，其包含锂复合过渡金属氧化物，其中由以下等式1表示的结构取向度doa(对齐程度)晶体值的平均值(a)与由以下等式2表示的形状取向度doa形状值的平均值(b)之间的差(a-b)大于0：

2.如权利要求1所述的正极活性材料，其中，(a-b)为0.05以上。

3.如权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述结构取向的doa晶体值的平均值为0.40至1.0。

4.如权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述形状取向的doa形状值的平均值为0.35至0.95。

5.如权利要求1所述的正极活性材料，其中，所述锂复合过渡金属氧化物是具有由以下化学式1表示的组成的正极活性材料：

6.一种正极，其包含权利要求1-5中任一项所述的正极活性材料。

7.一种锂二次电池，其包含权利要求6所述的正极。