锂二次电池的制作方法

本发明涉及一种锂二次电池。更具体地，本发明涉及一种包含锂金属氧化物的锂二次电池。

背景技术：

1、随着信息技术和显示技术的发展，可重复充电和放电的二次电池已被广泛用作便携式电子设备(例如便携式摄像机、移动电话、笔记本电脑等)的电力输出源。近来，正在开发和应用作为诸如混合动力车辆的电动汽车的环保电力输出源的二次电池或包括该二次电池的电池组。

2、二次电池包括例如锂二次电池、镍镉电池、镍氢电池等。锂二次电池由于高的工作电压和每单位重量的能量密度、高充电率、紧凑的尺寸等而备受瞩目。

3、例如，锂二次电池可以包括：电极组件150，其包括阴极、阳极和隔膜层；以及浸没电极组件150的电解液。锂二次电池可以进一步包括：具有例如袋形状的外壳。

4、锂金属氧化物可以用作锂二次电池的阴极活性物质，并且锂二次电池需要高容量、高输出和长寿命特性。

5、随着锂二次电池的应用范围的扩大，需要将锂二次电池的阴极活性物质和阳极活性物质设计为具有更高的容量和在电池的有限的单位体积内具有更高的能量密度。

6、例如，阴极活性物质和阳极活性物质应被设计为增加容量并且还改善寿命以及高温下的储存稳定性和机械稳定性。

7、然而，阴极活性物质不容易满足所有上述性能。例如，第10-2017-0093085号韩国专利申请公开了包括过渡金属化合物和离子吸附粘合剂的阴极活性物质，但是不能确保高的能量密度、足够的寿命特性和高温稳定性。

技术实现思路

1、根据本发明的一个方面，提供了一种具有改善的电气/机械可靠性和稳定性的锂二次电池。

2、根据本发明的示例性实施方案，锂二次电池包括：阴极，所述阴极由包括含有镍(ni)和锰(mn)的锂金属氧化物颗粒的阴极活性物质形成；阳极，所述阳极由阳极活性物质形成，所述阳极活性物质包含晶面间距(d002)为3.356å至3.365å的石墨基材料；和介于所述阴极和所述阳极之间的隔膜。锂金属氧化物颗粒包括在颗粒的中心与颗粒的表面之间形成的浓度梯度区域，且锂金属氧化物颗粒的表面处的ni的浓度(原子%)相对于mn的浓度(原子%)的比为0.29以上且小于6。

3、在某些实施方案中，锂金属氧化物颗粒的表面处的ni的浓度(原子%)相对于mn的浓度(原子%)的比可以为1.2~5.3。

4、在某些实施方案中，在锂金属氧化物颗粒的浓度梯度区域中，ni的浓度可以由中心向表面连续降低，而mn的浓度可以由中心向表面连续升高。

5、在某些实施方案中，锂金属氧化物颗粒可以进一步包含钴(co)。从中心到表面，co的浓度可以是恒定的。

6、在某些实施方案中，ni和mn中的每一个在浓度梯度区域中都可以具有恒定的浓度梯度斜率。

7、在某些实施方案中，在浓度梯度区域中，ni的浓度梯度斜率的值与mn的浓度梯度斜率的值之间的差可为5%以下。

8、在某些实施方案中，锂金属氧化物颗粒可以包括核区域，该核区域具有恒定浓度的金属元素，并且包括从中心起的锂金属氧化物颗粒的半径的至少50%。

9、在某些实施方案中，浓度梯度区域可以从核区域的表面延伸。

10、在某些实施方案中，锂金属氧化物颗粒可以进一步包括外围部分，该外围部分从表面的至少一部分向中心延伸且具有恒定浓度的金属元素。

11、在某些实施方案中，浓度梯度区域可以形成在核区域与外围部分之间的区域。

12、在某些实施方案中，外围部分从锂金属氧化物颗粒的表面向中心延伸的距离(深度)可以是10nm至200nm。

13、在某些实施方案中，锂金属氧化物颗粒的总体平均化学组成可以由以下化学式1表示。

14、[化学式1]

15、lixniamnbm3coy

16、在化学式1中，m3可以包括选自co、na、mg、ca、ti、v、cr、cu、zn、ge、sr、ag、ba、zr、nb、mo、al、ga和b中的至少一种，且x，y，a，b和c可以在0

17、在某些实施方案中，阳极活性物质可包含天然石墨和人造石墨。

18、在某些实施方案中，天然石墨的晶面间距(d002)可以为3.356å至3.360å，人造石墨的晶面间距(d002)可以为3.361å至3.365å。

19、在某些实施方案中，阳极活性物质可包含重量比为大于0:100且为90:10以下的天然石墨和人造石墨。

20、在某些实施方案中，天然石墨和人造石墨的混合重量比可以为10:90至50:50。

21、根据示例性实施方案，锂二次电池的阴极活性物质可在中心部分和表面部分之间的至少一个区域中包括浓度梯度区域或浓度斜度区域。例如，可以在中心部分中形成为高ni组成，并且可以在表面部分中形成为相对的高mn组成。因此，可以通过中心部分实现高容量、高能量密度，并且可以通过表面部分获得具有改善的化学稳定性和机械稳定性的阴极或阴极活性物质。

22、在某些实施方案中，在浓度梯度区域中，活性金属的浓度梯度可以保持基本恒定，并且因此，中心部分和表面部分之间的化学组成可以逐渐改变以稳定地实现所需的性能。

23、在某些实施方案中，天然石墨和人造石墨的混合物可以用作锂二次电池的阳极活性物质。因此，可以在阴极和阳极中的每一个上实现以平衡的方式提高容量和寿命稳定性的结构。

1.一种锂二次电池，其包括：

2.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述浓度梯度区域由中心向表面的长度为40nm至300nm。

3.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述核区域具有恒定浓度的金属元素，并且包括从中心起的所述锂金属氧化物颗粒的半径的至少50%。

4.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，在所述锂金属氧化物颗粒的表面处和外围部分中，ni的由原子%表示的浓度相对于mn的由原子%表示的浓度的比为1.2~5.3。

5.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，在所述锂金属氧化物颗粒的浓度梯度区域中，ni的浓度由中心向表面连续降低，而mn的浓度由中心向表面连续升高。

6.根据权利要求5所述的锂二次电池，其中，所述锂金属氧化物颗粒还包含钴(co)，

7.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，ni和mn在所述浓度梯度区域中都具有恒定的浓度梯度斜率。

8.根据权利要求7所述的锂二次电池，其中，在所述浓度梯度区域中，ni的浓度梯度斜率的值与mn的浓度梯度斜率的值之间的差可为5%以下。

9.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述浓度梯度区域从所述核区域的表面延伸。

10.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述外围部分具有恒定浓度的金属元素。

11.根据权利要求10所述的锂二次电池，其中，所述浓度梯度区域形成在所述核区域与所述外围部分之间的区域。

12.根据权利要求11所述的锂二次电池，其中，所述外围部分从所述锂金属氧化物颗粒的表面向中心延伸的距离，即深度，为10nm至200nm。

13. 根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述锂金属氧化物颗粒的总体平均化学组成由以下化学式1表示：

14.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述阳极活性物质包含天然石墨和人造石墨。

15.根据权利要求14所述的锂二次电池，其中所述天然石墨的晶面间距(d002)可为3.356å至3.360å，且所述人造石墨的晶面间距(d002)可为3.361å至3.365å。

16.根据权利要求14所述的锂二次电池，其中所述阳极活性物质包含重量比为大于0:100且为90:10以下的天然石墨和人造石墨。

17.根据权利要求16所述的锂二次电池，其中，所述天然石墨与所述人造石墨的混合重量比为10:90至50:50。