[發明專利]用于制備鋰復合過渡金屬氧化物的前體

在審

• 申請號: 201380029298.2
• 申請日: 2013-06-27
• 公開（公告）號: CN104334499A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 樸炳天;姜成勛;姜玟錫;鄭王謨;申昊錫;樸商珉;閔根基
• 申請（專利權）人: 株式會社LG化學
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;C01G23/00;C01G45/00;H01M10/052
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 楊海榮;穆德駿

技術領域

本發明涉及一種用于制備鋰復合過渡金屬氧化物的前體。更特別地，本發明涉及用于制備鋰過渡金屬氧化物的過渡金屬前體，其中所述過渡金屬前體包含特定的復合過渡金屬化合物。

背景技術

隨著移動裝置技術的繼續發展和對此需求的繼續增加，對作為能源的二次電池的需求急劇增加。在這些二次電池中，許多研究集中于具有高能量密度和放電電壓的鋰二次電池。這種電池可商購獲得并被廣泛使用。

通常，作為鋰二次電池用正極活性材料，主要使用含鋰的鈷氧化物如LiCoO₂。除此之外，也在考慮使用含鋰的錳氧化物如具有層狀晶體結構的LiMnO₂、具有尖晶石晶體結構的LiMn₂O₄等以及含鋰的鎳氧化物如LiNiO₂。

在正極活性材料中，LiCoO₂因優異的總體物理性質如優異的循環性能等而被廣泛使用。然而，LiCoO₂的安全性低且由于作為原料的鈷的資源限制而昂貴。鋰鎳基氧化物如LiNiO₂比LiCoO₂便宜且在充電至4.25V的電壓時顯示高放電容量。然而，鋰鎳基氧化物具有諸如高制造成本、由電池中的氣體產生造成的溶脹、低化學穩定性、高pH等的問題。

另外，鋰錳氧化物如LiMnO₂、LiMn₂O₄等的優勢在于它們包含豐富且環境友好的原料Mn，因此作為能夠替代LiCoO₂的正極活性材料引起了許多注意。特別地，在鋰錳氧化物中，LiMn₂O₄具有諸如價格相對低廉、輸出高等的優點。另一方面，當與LiCoO₂和基于三成分的活性材料相比時，LiMn₂O₄具有更低的能量密度。

為了克服這些缺點，用Ni置換LiMn₂O₄的一部分Mn并從而LiMn₂O₄具有比原始運行電位(約4V)更高的電位(約4.7V)。由于高電位，具有Li₁+_aNi_xMn_2-xO_4-z(0≤a≤0.1，0.4≤x≤0.5且0≤z≤0.1)組成的尖晶石材料非常適合用作EV以及需要高能量和高輸出性能的中大型鋰離子電池的正極活性材料。然而，由于高充放電電壓電位，存在各種必須解決的問題如由正極活性材料的Mn溶解和電解質的副反應造成的電池性能下降。

同時，在如上所述包含兩種以上材料如Ni、Mn等的鋰過渡金屬活性材料的情況下，不易通過簡單的固相反應合成鋰過渡金屬活性材料。因此，作為用于制備鋰過渡金屬活性材料的前體，使用利用共沉淀法等制備的過渡金屬前體是已知的。

為了通過經由均勻沉淀等控制這種過渡金屬前體的粒度等，防止振實密度下降和優化粒子形狀如球狀等從而解決上述問題并顯示期望的性能，正在進行對鋰過渡金屬氧化物的研究。

可以合成通過控制粒度和粒子分布而具有高振實密度的前體，并可以對粒子形狀如球狀進行優化。此外，如上所述的鋰復合過渡金屬氧化物可以顯示優異的作為正極活性材料的性能。

然而，盡管進行了這樣的各種嘗試，仍未開發出用于制備具有令人滿意的性能的鋰復合過渡金屬氧化物的前體和由其獲得的鋰復合過渡金屬氧化物。

發明內容

技術問題

本發明旨在解決相關領域的上述問題并實現長久以來追求的技術目標。

作為各種廣泛而深入的研究和實驗的結果，本發明的發明人開發了一種包含特定的復合過渡金屬化合物的過渡金屬前體，并且確認，基于使用所述前體制備的鋰復合過渡金屬氧化物的二次電池顯示優異的高速充電特性、優異的壽命特性以及高充放電效率，由此完成了本發明。

技術方案

根據本發明的一方面，提供一種用于制備鋰復合過渡金屬氧化物的前體，所述前體包含由下式1表示的復合過渡金屬化合物：

Ni_aM_bMn_1-(a+b)(OH_1-x)₂??????(1)

其中M是選自如下的至少一種：Ti，Co，Al，Cu，Fe，Mg，B，Cr，Zr，Zn和第II周期過渡金屬；以及