正级活性物质以及包括该正级活性物质的二次电池

摘要

提供一种正级活性物质。上述正级活性物质包括由包括第1金属在内的多个金属形成的第一元素(first？element)以及由一个以上上述第一元素构成的第二元素(second？element)，上述第二元素包括中心部、表面部，邻接上述中心部并且布置上述第1金属含量在变化的上述第一元素的晶粒区域(seed？region)，以及邻接上述表面部并布置上述第1金属含量不变的上述第一元素的维持区域(maintain？region)；沿着上述中心部到上述表面部的方向上，上述晶粒区域的长度为1μm以上。

说明书

技术领域

本发明涉及正级活性物质以及包括该正级活性物质的二次电池， 更详细地，涉及包括晶粒元素的正级活性物质以及包括该正级活性物 质的二次电池。

背景技术

因智能手机、MP3、播放器、平板电脑等手持移动电子设备的发 展，能够储存电能的二次电池的需求大幅度增加。特别是，电动汽车、 中型和大型储能系统、以及有高能量密度需求的移动装置出现，因此， 出现了锂离子二次电池的需求增加的情况。

这种锂离子二次电池的需求，导致使用于锂离子二次电池的正级 活性物质的相关开发正在进行。例如，韩国专利公开公报 10-2014-0119621(申请号10-2013-0150315)中公开了如下二次电池， 使用了表示为Ni_αMn_βCo_γ-δA_δCO₃(A是由B、Al、Ga、Ti以及In组 成的组中选择1个或两个以上元素,α的范围为0.05至0.4,β的范围 为0.5至0.8,γ的范围为0至0.4,δ的范围为0.001至0.1)的锂 离子过量正级活性物质制造用前驱体，调节前驱体上置换的金属的种 类及组成，调节添加的金属的种类及添加量，具备高电压容量和寿命 长的特性的二次电池。

发明内容

本发明要解决的技术问题

本发明要解决的一技术问题是提供可靠性高的正级活性物质以 及包括该正级活性物质的二次电池。

本发明要解决的另一技术问题是提供高容量的二次电池。

本发明要解决的另一技术问题是提供高安全性的二次电池。

本发明要解决的另一技术问题是提供寿命长的二次电池。

本发明要解决的另一技术问题是提供提高充放电效率的二次电 池。

本发明要解决的技术问题不仅限于上述问题。

解决问题的技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供正级活性物质。

根据一实施例，所述正级活性物质包括，第一元素(firstelement)， 由包括第1金属在内的多个金属形成；及第二元素(secondelement)， 由一个以上所述第一元素构成；其中，所述第二元素包括；中心部； 表面部；晶粒区域(seedregion)，邻接所述中心部并布置所述第1金 属含量变化的所述第一元素；及维持区域(maintainregion)，邻接所述 表面部并布置所述第一金属含量固定的所述第一元素，并且，由所述 中心部向所述表面部的方向，所述晶粒区域的长度为1μm以上。

根据一实施例，所述第一元素包括：晶粒元素(seedelement)，所 述第1金属含量变化并布置在所述晶粒区域内晶粒；维持元素 (maintainelement)，沿着所述中心部到所述表面部方向延伸延伸，所 述第1金属含量固定并布置在所述维持区域内。

根据一实施例，所述第二元素进一步包括，所述晶粒区域与所述 维持区域之间的中间区域(intermediateregion)，所述第一元素进一步 包括，布置在所述中间区域内的中间元素(intermediateelement)，所述 中间元素包括：所述第1金属含量变化的梯度部(gradientportion)，所 述第1金属含量固定的均匀部(uniformportion)。

根据一实施例，从所述中心部到所述表面部的方向，所述晶粒元 素内的所述第1金属含量减少。

根据一实施例，所述晶粒元素的所述第1金属含量比所述维持元 素的所述第1金属含量高。

根据一实施例，所述晶粒元素及/或所述维持元素具有由所述中 心部向所述表面部放射的杆状(rodshape)。

根据一实施例，在所述晶粒元素内所述第2金属和第3金属中至 少任一个含量增加。

根据一实施例，由所述中心部向所述表面部方向，所述维持区域 的长度比所述晶粒区域的长度长。

根据一实施例，所述第1金属包括镍(Ni)。

根据一实施例，所述正级活性物质，第一元素(firstelement)，具 有中间元素(intermediateelement)，所述中间元素包括第1金属含量变 化的梯度部(gradientportion)及从所述梯度部一端延伸并所述第一金 属含量固定的均匀部(uniformportion)；及第二元素(secondelement)， 由一个以上所述第一元素构成。

根据一实施例，所述梯度部和所述均匀部形成为一体(onebody)。

根据一实施例，所述第二元素包括：中心部、表面部、邻接所述 中心部的晶粒区域(seedregion)、及邻接所述表面部的维持区域 (maintainregion)，所述第一元素还包括：晶粒元素(seedelement)，所 述第1金属含量变化并布置在所述晶粒区域内，维持元素(maintain element)，由所述晶粒元素向所述表面部方向延伸，所述第1金属含 量固定并布置在所述维持区域内。

根据一实施例，中间元素布置在所述晶粒区域和所述维持区域之 间，所述梯度部邻接布置于所述晶粒元素，所述均匀部邻接布置于所 述维持元素。

根据一实施例，越邻接所述均匀部，所述梯度部内的所述第1金 属含量越减少。

为了解决上述技术问题，本发明提供包括正级活性物质的二次电 池。

根据一实施例，所述二次电池，包括：正级，包括根据权利要求 1至权利要求14中某一项的正级活性物质；负极，布置在所述正级； 及电解质，所述正级和所述负极之间。

发明的效果

根据本发明实施例，正级活性物质包括第一元素以及由一个以上 上述第一元素构成的第二元素。上述第二元素包括晶粒区域和维持区 域，上述晶粒区域上布置第1金属含量变化的上述第一元素且具有 1μm以上的长度；上述维持区域上布置上述第1金属含量不变的上述 第一元素。由此，上述第一元素最大持有上述第1金属的含量的同时， 可以形成为由上述第二元素的中心部延长到表面部的杆状。因此，可 以提供高效率、高容量、以及寿命长的二次电池。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的包括正级活性物质的二次电池的 说明图。

图2是根据本发明的实施例的正级活性物质的第二元素的示意 图。

图3是图2的正级活性物质的第二元素的截面图。

图4是根据本发明的实施例的正级活性物质的第一元素的说明 图。

图5a是根据本发明的实施例的包括在正级活性物质第一元素中 的晶粒元素的说明图。

图5b是根据本发明的实施例的包括在正级活性物质第一元素中 的中间元素的说明图。

图5c是根据本发明的实施例的包括在正级活性物质第一元素中 的维持元素的说明图。

图6a及图6b是根据本发明的实施例制造的包括在正级活性物质 中的第二元素截面SEM照片。

图7a及图7b是根据本发明的实施例制造的包括在正级活性物质 中的的第一元素EPMA图表。

图8a是根据本发明的实施例的为了说明包括正级活性物质的二 次电池的放电容量特性的图表。

图8b是根据本发明的实施例的为了说明包括正级活性物质的二 次电池的寿命特性的图表。

图9a及图9b是根据本发明的实施例的为了说明包括正级活性物 质的二次电池的热稳定性的图表。

图10是根据本发明的实施例的具有包括正级活性物质的二次电 池的电动汽车的框图示意图。

附图标记说明

110:正级120:负极

130:电解质140:分割膜

E1:第一元素E2:第二元素

210:中心部220:表面部

230:方向310:晶粒区域

312:晶粒元素320:中间区域

322:中间元素330:维持区域

332:维持元素

具体实施方式

以下参考附图详细说明本发明的优先实施例。但是本发明的技术 思想范围不仅限于这里说明的实施例，也能具体体现为其他形式。反 而，这里说明的实施例是为了公开的内容彻底完善并且本发明的思想 能够充分传达给本领域技术人员而提供的。

本说明书中，提到某种构成要素在另一个构成要素上的时候，意 味着这是另一个构成要素上直接形成或它们之间也有可能记载第三 构成要素。同时，附图上的膜以及区域的厚度以及长度是为了说明技 术内容的效果而夸张表示的。

并且，本发明的多种实施例中为了记述多个构成要素使用了第1、 第2、第3等用语，但它们的构成要素不能局限在这些用语上。这些用 语只是为了某一个构成要素和另一个构成要素相区别而使用的。因此， 某一个实施例中称为第1构成要素而在另一个实施例中有可能称为第 2构成要素。这里说明并例示的各个实施例也包含它们的补充实施例。 同时，本说明书中的‘和/或’是前后罗列的构成要素中至少包括一个的 意思来使用。

说明书上的单数表达在除非另外在文中明确表示的以外都包括 多个表达。同时，“包括”或“具有”等用语只是指出说明书上记载的特 征、数字、步骤、构成要素或它们的组合的存在，而不能理解为排除 一个或一个以上的另一个特征或数字、步骤、构成要素或它们的组合 的存在或附加可性能。

并且，以下说明本发明时判断出相关公知功能或构成的具体说明 有可能不必要地模糊本发明宗旨的时候就会省略该详细说明。

同时，本说明书记载的“不变”和/或“不变的”解释为意味着实质上 (substantially)就是不变的。并且，本说明书上记载的“中心部”解释为 包括内部一区域的意思，不仅限于中间位置、和/或中心位置。并且， 本说明书上记载的“含量”可以解释为包括原子比(atomicratio)。

图1是根据本发明的实施例的包括正级活性物质的二次电池的 说明图。

参考图1，根据本发明的实施例的二次电池可以包括正级(110)、 上述正级(110)表面(facing)上的负极(120)、上述正级(110)和负极 (120)之间的分割膜(140)、以及填在上述正级(110)和负极(120)之间的 电解质(130).

上述负极(120)包括负极活性物质。例如，上述负极活性物质包 括铅或硬碳等碳材料、Li、Na、Mg、Al、Si、In、Ti、Pb、Ga、Ge、 Sn、Bi、Sb、或其合金等金属材料、硅或氧化硅、或Li4Ti5O12等 Ti系氧化物中至少任一一个。

上述分割膜(140)包括聚烯烃树脂、含氟树脂、聚酯树脂、聚丙烯 腈树脂、或纤维素材料的微孔滤膜中选择的至少任一一个，或者也可 能是这些膜上涂覆陶瓷等无机物。例如，上述聚烯烃树脂可以包括聚 乙烯、聚丙烯等，上述含氟树脂可以包括聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯 (Polytetrafluoroethylene)(等，聚酯树脂可以包括聚对苯二甲酸乙二醇 酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等。

上述电解质(130)可以浸入到上述分割膜(140)、上述正级(110)、 和/或上述负极(120)上。上述电解质(130)可能是凝胶(gel)、聚合物电 解质或液体电解质。例如，上述电解质(130)是包括碳酸亚乙酯 (ethylenecarbonate,EC)、碳酸丙二酯(propylenecarbonate,PC)的基本 溶剂上，添加包括碳酸二甲酯(dimethylcarbonate,DC)、碳酸甲乙酯 (ethylmethylcarbonate,EMC)等补充溶剂，溶解锂盐。例如，上述锂 盐包括六氟磷酸锂(LiPF6)、高氯酸锂(LiClO4)、四氟硼酸锂(LiBF4)、 六氟砷酸锂(LiAsF6)、二草酸硼酸锂(LiBOB)、三氟甲磺酸锂 (LiCF3SO3)、或三氟甲基磺酰(LiTFSI)中选择的至少任一一个。

上述正级(110)包含正级活性物质。上述正级活性物质包括第一元 素(firstelement)和第二元素(secondelement)，上述第一元素(first element)包括晶粒元素(seedelement)、中间元素(intermediateelement)、 以及维持元素(maintainelement)，上述第二元素(secondelement)由一 个以上的上述第一元素构成。以下说明根据本发明的实施例的正级活 性物质。

图2是根据本发明的实施例的正级活性物质的第二元素的示意 图，图3是图2的正级活性物质的第二元素的截面图，图4是根据本 发明的实施例的正级活性物质的第一元素的说明图，图5a是根据本 发明的实施例的包括在正级活性物质第一元素中的晶粒元素的说明 图，图5b是根据本发明的实施例的包括在正级活性物质第一元素中 的中间元素的说明图，图5c是根据本发明的实施例的包括在正级活 性物质第一元素中的维持元素的说明图。

参考图2至图4，以及图5a至5c，根据本发明的正级活性物质 包括第一元素(E1)和由一个以上上述第一元素(E1)构成的第二元素 (E2)。

上述第二元素(E2)包括中心部(210)、以及表面部(220)。如本说明 书的导引部分(boilerplate)记载，上述中心部(210)，包括上述第二元 素(E2)的中心部分、和/或上述第二元素内部某一区域。上述表面部 (220)，可以是上述第二元素(E2)的外表面(exteriorsurface)。

图2和图3中，上述第二元素(E2)图示为球体(sphere)形状，但不 仅限于此，也可能具有截面为椭圆形的形状。

上述第二元素(E2)，在从上述中心部(210)朝着上述表面部(220) 的方向(230)上，具有晶粒区域(310,seedregion)、中间区域(320, intermediateregion)、以及维持区域(330,maintainregion)。上述晶粒区 域(310)、中间区域(320)、以及维持区域(330)在上述中心部(210)朝着 上述表面部(220)的方向(230)上依次排列。根据一实施例，上述中心 部(210)朝着上述表面部(220)的方向(230)上上述晶粒区域(310)的长度 为1μm以上。

一个以上的上述第一元素(E1)构成第二元素(E2)。根据一实施例， 上述第一元素(E1)具有沿着上述中心部(210)上述表面部(220)延长的 杆状(rodshape)。也就是说，上述第一元素(E1)具有从上述中心部(210) 放射(radiate)的杆状。

具有上述杆状的上述第一元素(E1)之间，也就是说，从上述中心 部(210)朝着上述表面部(220)方向(230)延长的上述第一元素(E1)之间， 可以提供金属离子(例如，锂离子)以及电解质(参考图1说明的电 解质(130))的移动路径。因此，可以提供提高了充放电效率的可靠性 高的二次电池。

如本发明说明书的图5所示，上述第一元素(E1)的结晶结构包括 a轴和c轴。也就是说，上述第一元素(E1)在具有三斜晶体(triclinic)、 单斜晶体(monoclinic)、正交晶体(orthorhombic)、四角晶体 (tetragonal)、六方晶体(hexagonal),以及立方晶体(isometric) 等结晶结构的六个晶体系列(sixcrystalsystem)中，具有90°以及120° 的轴向角(axialangle)，具有a轴和c轴的六角形结构(hexagonal structure)。这时，c轴方向上的第一元素(E1)的长度与a轴方向上的 上述第一元素的长度比是，从上述第二元素(E2)的上述中心部(210) 越靠近上述表面部(220)越增加。并且，如上所述，上述第一元素(E1) 的a轴方向具有从上述中心部(210)放射的杆状。

如上所述，上述第一元素(E1)的a轴方向具有从中心部(210)放射 的杆状时，与a轴平行的上述第一元素(E1)的面上可以提供金属离子 以及电解质的移动路径。也就是说，上述第二元素(E2)的由上述中心 部(210)到上述表面部(220)的方向上提供金属离子以及电解质的移动 路径。与a轴平行的上述第一元素(E1)的面之间提供金属离子以及电 解质的移动路径，可以提供提高了充放电效率的二次电池。并且，如 上所述，上述第一元素(E1)的a轴方向的长度从上述第二元素(E2)的 上述中心部(210)越靠近上述表面部(220)越增加时，上述第二元素(E2) 的从上述表面部(220)到上述中心部(210)容易移动金属离子和电解质， 可以提供提高了充放电效率的二次电池用正级活性物质。

上述第一元素(E1)包括晶粒元素(312,seedelement)、中间元素 (322,intermediateelement)、以及维持元素(332,maintainelement)。上 述晶粒元素(312)、中间元素(322)、以及维持元素(332)分别是各自独 立的晶体(crystal)。因此，上述晶粒元素(312)、中间元素(322)、以及 维持元素(332)分别在SEM照片上可以区分。

上述晶粒元素(312)、上述中间元素(322)、以及上述维持元素(332) 分别布置在上述晶粒区域(310)、上述中间区域(320)、以及上述维持 区域(330)。也就是说，上述晶粒元素(312)邻接布置在上述中心部(210)， 上述维持元素(332)邻接布置在上述表面部(220)，上述中间元素(322) 布置在上述维持元素(332)和上述晶粒元素(312)之间。

根据一实施例，上述晶粒区域(310)、上述中间区域(320)、以及 上述维持区域(330)上分别布置多个个上述晶粒元素(312)、多个个上 述中间元素(322)、以及多个个上述维持元素(332)。

包括上述晶粒元素(312)、上述中间元素(322)、以及上述维持元 素(332)的上述第一元素(E1)可以由包括第1至第3金属的多个金属构 成。例如，上述第1金属是镍(Ni)，上述第2金属是锰(Mn)，上述第 3金属是钴(Co)。

根据一实施例，如图5a所示，上述晶粒元素(312)具有杆状。或 者，根据另一实施例，上述晶粒元素(312)也可以是颗粒形状(particle shape)。

上述第1金属的含量可以在上述晶粒元素(312)内变化。上述第1 金属的含量可以连续地(continuous)变化。具体地，上述第1金属的含 量的变化量(坡度)可以连续性。

根据一实施例，由上述中心部(210)朝向上述表面部(220)的方向 (230)上，上述晶粒元素(312)内的上述第1金属含量可以在减少。因 此，与上述中心部(210)邻接的上述晶粒元素(312)的一端(312a)的上述 金属含量，比与上述表面部(220)邻接的上述晶粒元素(312b)的另一端 的上述第1金属含量更高

上述晶粒元素(312)内的上述第2金属和上述第3金属中至少任一 一个金属的含量在变化。根据一实施例，由上述中心部(210)朝向上述 表面部(220)的方向(230)上，上述晶粒元素(312)内的上述第2金属含 量可以在增加，上述第3金属含量可以不变。或者，根据另一实施例， 由上述中心部(210)朝向上述表面部(220)的方向(230)上，上述晶粒元 素(312)内的上述第2金属和第3金属含量在增加。

上述中间元素(322)可以包括上述第1金属含量变化的梯度部 (322a，gradientportion)以及上述第1金属含量不变的均匀部(322b， uniformportion)。上述均匀部(322b)在上述梯度部(322a)的一端延长。 上述梯度部(322a)和上述均匀部(322b)为一体(onebody)。也就是说， 上述梯度部(322a)和上述均匀部(322b)可以形成一个结晶(crystal)。因 此，在图5b中图示上述梯度部(322a)和上述均匀部(322b)相区别，但 上述梯度部(322a)和上述均匀部(322b)在SEM照片等中也可能不能相 区分。

上述梯度部(322a)邻接布置在上述晶粒元素(312)上，上述均匀部 (322b)邻接布置在上述维持元素(332)上。上述梯度部(322a)可以从上 述晶粒元素(312)的上述另一端(312b)延长。

越邻接上述均匀部(322b)，在上述梯度部(322a)内有可能减少上 述的1金属含量。也就是说，由上述中心部(210)朝向上述表面部(220) 的方向(230)上，在上述梯度部(322a)内有可能减少上述的1金属含量。 因此，相对邻接到上述均匀部(322b)的上述梯度部(322a)的一部分， 比起与上述均匀部(322b)相对隔开的上述梯度部(322a)的一部分具有 更低的上述第1金属含量。

在上述梯度部(322a)内，上述第2金属和上述第3金属中至少一 个金属含量在变化。根据一实施例，由上述中心部(210)朝向上述表面 部(220)的方向(230)上，在上述梯度部(322a)内有可能增加上述的2金 属含量，而上述第3金属含量不变。或者，根据另一实施例，由上述 中心部(210)朝向上述表面部(220)的方向(230)上，在上述梯度部(322a) 内有可能增加上述的2金属和第3金属含量。

根据一实施例，上述均匀部(322b)内上述第2金属和上述第3金 属含量在由上述中心部(210)朝向上述表面部(220)的方向(230)上不变。 或者，上述均匀部(322b)内上述第2金属和上述第3金属中至少一个 金属的含量在由上述中心部(210)朝向上述表面部(220)的方向(230)上 变化。

根据一实施例，上述均匀部(322b)的长度比上述梯度部(322a)的 有可能更长。于此相反，根据另一实施例，上述均匀部(322b)的长度 比上述梯度部(322a)的有可能更短。并且，又根据另一实施例，上述 均匀部(322b)和上述梯度部(322a)的长度实质上(substantially)相同。上 述均匀部(322b)和上述梯度部(322a)的长度指的是由上述中心部(210) 朝向上述表面部(220)的方向(230)上的长度。

上述维持元素(332)在由上述中心部(210)朝向上述表面部(220)的 方向(230)上上述第1金属含量不变。上述维持元素(332)的上述第1 金属含量比上述晶粒元素(312)的上述第1金属低。

根据一实施例，上述维持元素(332)中在由上述中心部(210)朝向 上述表面部(220)的方向(230)上上述第2金属和第3金属含量不变。 并且，于此相反，根据另一实施例，上述维持元素(332)中上述第2 金属和上述第3金属中至少一个的含量在由上述中心部(210)朝向上 述表面部(220)的方向(230)上不变。

根据一实施例，由上述中心部(210)朝向上述表面部(220)的方向 (230)上，上述维持元素(332)的长度比上述晶粒元素(312)的长度有可 能更长。并且，根据另一实施例，由上述中心部(210)朝向上述表面部 (220)的方向(230)上，上述维持元素(332)的长度比上述晶粒元素(312) 的长度有可能短或者实质上相同。

根据本发明的实施例，上述正级活性物质包括上述第一元素(E1) 和由一个以上上述第一元素(E1)构成的第二元素(E2)，上述晶粒区域 (310)的长度为1μm以上，上述晶粒区域(310)上布置着上述第1金属 含量变化的上述晶粒元素(312)。因此，上述晶粒元素(312)以后生成 的上述中间元素(322)和/或上述维持元素(332)在由上述中心部(210) 朝向上述表面部(220)的方向(230)上形成杆状(rodshape)。由此，连上 述第二元素(E2)的内部也能提供到金属离子(例如锂离子)和电解质 的移动路径。

如果，由上述中心部(210)到上述表面部(220)的方向(230)上，布 置上述第1金属含量变化的上述晶粒元素(312)的上述晶粒区域(310) 的长度比1μm短的时候，上述晶粒元素(312)以后生成的上述中间元 素(322)和/或上述维持元素(332)有可能不能形成杆状。因此，不能将 金属离子和电解质的移动路径提供到上述第二元素(E2)内部，导致二 次电池的充放电效率和寿命有可能降低。

但是，如上所述，根据本发明的实施例，由上述中心部(210)到上 述表面部(220)的方向上，上述晶粒区域(310)有可能具有1μm以上的 长度，由此，包括上述中间元素(322)和/或上述维持元素的上述第一 元素(E1)有可能具有由上述中心部(210)放射的方向上延长的杆状。因 此，能够提供效率高、可靠性高和寿命长的二次电池。

并且，根据本发明的实施例，由上述中心部(210)到上述表面部 (220)的方向(230)上，形成上述第1金属(例如镍)含量减少的上述 晶粒元素(312)后，能够形成上述第1金属(例如镍)含量不变的杆状 的上述维持元素(332)。由此，能够提供包括上述晶粒元素(312)、上 述中间元素(322)和上述维持元素(332)的上述第一元素(E1)形成杆状 的同时上述第二元素(E2)内的上述第1金属的含量最大化的正级活性 物质。

如果，为了将上述第一元素(E1)制造成杆状，上述第一元素(E1) 内的上述第1金属含量从上述中心部(210)到上述表面部(220)上渐次 减少的时候，根据包括上述第一元素(E1)和上述第二元素(E2)的正级 活性物质的上述第1金属的特性(例如容量和/或安全性)降低。

但是，如上所述，根据本发明的实施例，能够提供上述第一元素 (E1)维持杆状的同时上述第1金属含量最大化的正级活性物质。由此， 能够提供根据上述第1金属的特性(例如容量和/或安全性)最大化 的二次电池。

上述本发明实施例中说明，上述第二元素(E2)包括上述中间区域 (320)，上述第二元素(E2)包括布置在上述中间区域(320)的上述中间元 素(322)，但于此相反，上述中间区域(320)和上述中间元素(322)有可 能并不存在于上述第二元素(E2)和上述第一元素(E1)之内。

以下说明根据上述本发明的实施例的正级活性物质以及包括该 正级活性物质的二次电池的特性评价。

制造根据实施例的正级活性物质

根据本发明实施例，使用硫酸镍、硫酸锰、硫酸钴制造了镍-锰 -钴氢氧化物。上述镍-锰-钴氢氧化物里混合了氢氧化锂后加热 并塑性制造了具有包括锂镍锰钴的第二元素的正级活性物质。

具体的，改变上述金属溶液(硫酸镍、硫酸锰以及硫酸钴)的摩 尔比，使得镍、钴、以及锰的含量变化的晶粒元素和上述金属溶液的 摩尔比保持稳定，制造了具有第一元素的第二元素，上述第一元包括 素镍、锰、以及钴含量不变的维持元素。

如以下<表1>所述，根据第1至第9实施例的如下内容制造了第 二元素。即，布置上述镍含量减少的上述晶粒元素的晶粒区域的长度 为5.5μm、5μm、4.5μm、4μm、3μm、2.5μm、2μm、1.5μm以 及1μm，布置上述镍含量不变的上述维持元素的晶粒区域的长度为 0.5μm、1μm、1.5μm、2μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm、以及 5μm。

<表1>

分类 晶粒区域的长度(μm) 维持区域的长度(μm) 第1实施例 5.5 0.5 第2实施例 5 1

第3实施例 4.5 1.5 第4实施例 4 2 第5实施例 3 3 第6实施例 2.5 3.5 第7实施例 2 4 第8实施例 1.5 4.5 第9实施例 1 5

SEM照片比较

图6a及图6b是根据本发明的实施例的包括在正级活性物质中的 第二元素截面SEM照片。

参考图6a及图6b，图6a的(a)至(d)分别为显示根据第1至第4 实施例制造的第二元素的截面的SEM照片，图6b的(a)至(e)分别 为显示根据第5至第9实施例制造的第二元素的截面的SEM照片图 6b的(f)是根据本发明实施例的比较例图示不包括杆状的第一元素的 散装形态的正级活性物质的截面。

由图6a及图6b可以看出，布置上述晶粒元素的上述晶粒区域的 长度为1μm以上时可以确认，上述第一元素制造成由上述第二元素 的中心部向表面部方向延长的杆状。

EPMA(ElectronProbeMicro-Analysis)结果

图7a及图7b是根据本发明的实施例制造的包括在正级活性物质 中的第一元素EPMA图表。

参考图7a及图7b，图7a是根据本发明第9实施例的镍-锰-钴 氢氧化物前驱体(precursor)的EPMA结果，上述镍-锰-钴氢氧化 物中镍、钴、以及锰的浓度变化的上述晶粒区域的长度为1μm；图 7b是根据本发明第9实施例的锂镍锰钴第二元素(Lithiated)的EPMA 结果，上述锂镍锰钴中镍、钴、以及锰的浓度变化的上述晶粒区域的 长度为1μm。

由图7a及图7b可以看出，镍-锰-钴氢氧化物前驱体的上述 晶粒区域中的镍、钴、以及锰的含量变化，上述维持区域中的镍、钴、 以及锰的含量实质上不变。并且，混合了氢氧化锂后加热并塑性生成 了锂镍锰钴第二元素的时候，可以确认镍、钴、以及锰通过热处理扩 散而导致镍、钴、以及锰含量变化量在减少的情况。总之，可以确认 热处理前后上述第二元素的上述晶粒区域中的镍、钴、以及锰的含量 在变化。

放电容量和寿命特性的评价

图8a是根据本发明的实施例的为了说明包含正级活性物质的二 次电池的放电用量特性的图表，图8b是根据本发明的实施例的为了 说明包括正级活性物质的二次电池的寿命特性的图表。

参考图8a以及图8b评价了，根据上述的本发明的第1、第4至 第9实施例的包括正级活性物质的二次电池、以及包括根据比较例的 正级活性物质的二次电池的放电容量特性及寿命特性。

由图8a以及图8b可以看出，根据本发明实施例，可以确认由具 有杆状第一元素的正级活性物质制造成的二次电池的放电容量和寿 命特性比由不包括杆状第一元素的散装形态的正级活性物质制造成 的二次电池更为优越，上述杆状第一元素包括镍、钴、以及锰含量变 化的晶粒元素以及镍、钴、以及锰含量不变的维持元素。

热稳定性评价

图9a及图9b是根据本发明的实施例的为了说明包括正级活性物 质的二次电池的热稳定性的图表。

参考图9a及图9b，根据上述的本发明的第1至第7实施例，包 括正级活性物质的二次电池的热稳定性使用了DSC(Differential scanningcalorimeter)在cut-off4.3V,5℃/min条件下作了评价。

根据第1实施例至第7实施例的二次电池的DSC温度分别测定 为277.3℃、283.1℃、287.2℃、270.2℃、276.8℃、280.6℃、以及282.7℃， 热量(calorie)分别测定为846.9J/g、801.6J/g、727.3J/g、843.1J/g、 744.4J/g、717.8J/g、以及694.2J/g。

根据本发明的实施例，可以确认由具有杆状第一元素的正级活性 物质制造成的二次电池的方法为提高二次电池的热稳定性的有效方 法，上述杆状第一元素包括镍、钴、以及锰含量变化的晶粒元素以及 镍、钴、以及锰含量不变的维持元素。

根据上述本发明的实施例的二次电池可以适用于多种用途 (application)。例如，根据本发明实施例的二次电池也可以适用于 后述的电动汽车。

图10是根据本发明的实施例的具有包括正级活性物质的二次电 池的电动汽车的框图示意图。

根据本发明一实施例的电动汽车(1000)在发动机(1010)、变速箱 (1020)、轮轴(1030)、电池组(1040)、功率控制部(1050)以及充电部(1060) 中至少包括一个。

上述发动机(1010)可以把上述电池组(1040)的电能转换为动能。 上述发动机(1010)把转换的动能通过上述变速箱(1020)提供到上述轮 轴(1030)上。上述发动机(1010)可以由单个发动机或多个个发动机构 成。例如，上述发动机(1010)由多个个发动机构成时，上述发动机(1010) 包括向前轮轮轴提供动能的前轮发动机和向后轮轮轴提供动能的后 轮发动机。

上述变速箱(1020)位于上述发动机(1010)和上述轮轴(1030)之间， 由上述发动机(1010)的动能变速成司机希望的符合行驶环境的程度后 提供到上述轮轴(1030)。

上述电池组(1040)可以储存由上述充电部(1060)传输的电能，储 存的电能可以提供到上述发动机(1010)上。上述电池组(1040)可以直 接把电能供给到上述发动机(1010)上，也可以通过上述功率控制部 (1050)供给电能。

这时，上述电池组(1040)可以构成为至少包括一个蓄电池(Battery cell)。并且，蓄电池(Batterycell)可以包括根据上述的本发明的实 施例的锂空气二次电池，但并不仅限于此，可以包括锂系二次电池等 多种方式的二次电池。另外，蓄电池(Batterycell)可以指个别的电 池的用语，电池组可以指各个蓄电池相互连接的蓄电池集合体使其具 有需要的电压和/或容量。

上述功率控制部(1050)可以控制上述电池组(1040)。也就是说， 上述功率控制部(1050)可以控制由上述电池组(1040)到上述发动机 (1010)的功率使其具有需要的电压、电流、波形等。为此，上述功率 控制部(1050)至少包括无源功率器件和有源功率器件中的一个。

上述充电部(1060)从图10所示的外部电力源(1070)提供得到电力 后提供给上述电池组(1040)。上述充电部(1060)可以全盘控制充电状 态。例如上述充电部(1060)可以控制充电的开/关(on/off)和充电速 度等。

以上，根据本发明的优选实施例详细说明，但本发明的范围不仅 限于特定实施例，要根据附上的权利要求范围来解释。并且，如果是 在该技术领域中掌握通常知识的人员的话应该理解为在不超过本发 明的范围也能做更多的和变更。