[發(fā)明專利]用于高電壓鋰離子電池組的鋰鎳錳鈷氧化物陰極粉末

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201680006707.0
• 申請日: 2016-01-20
• 公開（公告）號: CN107210422B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 夏昕;延斯·鮑森;金基惠;韓宋伊
• 申請（專利權(quán)）人: 尤米科爾公司;株式會社韓國尤米科爾
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/131;H01M4/36;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 中原信達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219
• 代理人: 高健;緱正煜

一種用于在可充電電池組中的陰極材料的鋰金屬氧化物粉末，該鋰金屬氧化物粉末由核心和表面層組成，該表面層被外界面和內(nèi)界面分隔，該內(nèi)界面與該核心接觸，該核心具有包含元素Li、M和氧的層狀晶體結(jié)構(gòu)，其中M具有式M＝(Ni_z(Ni_1/2 Mn_1/2)_y Co_x)_1?k A_k，其中0.15≤x≤0.30，0.20≤z≤0.55，x+y+z＝1，并且0k≤0.1，其中Li含量經(jīng)化學(xué)計量控制而具有摩爾比0.95≤Li:M≤1.10；其中A是至少一種摻雜劑并且包括Al；其中該核心具有0.3至3mol％的Al含量和少于0.05mol％的F含量；并且其中該表面層具有的Al含量從在該內(nèi)界面處的該核心的Al含量連續(xù)地增加到在該外界面處的至少10mol％，以及F含量從在該內(nèi)界面處的少于0.05mol％連續(xù)地增加到在該外界面處的至少3mol％，在表面層中的Al和F含量通過XPS測定。該表面層具有的Mn含量也可從在該內(nèi)界面處的該核心的Mn含量連續(xù)地減少到在該外界面處的少于50％的該核心的Mn含量。

技術(shù)領(lǐng)域與背景技術(shù)

本發(fā)明關(guān)于用于可充電鋰離子電池組(battery)的改善的陰極材料。陰極材料含有Ni、Mn和Co，經(jīng)表面處理，并且具有改性的組合物，其在室溫和高溫(elevatedtemperature)兩者下，在全電池(full cell)中的長期循環(huán)期間、尤其是在高充電截止電壓(cut-off voltage)(4.35V)下都顯示出改善的循環(huán)穩(wěn)定性。

可商購獲得的鋰離子電池組通常含有石墨基(graphite-based)陽極和陰極材料。陰極材料通常是能夠可逆地嵌入鋰和脫嵌鋰的粉末狀材料。歷史上，LiCoO₂是用于可充電鋰電池組的主要陰極材料。最近所謂的NMC陰極材料在許多應(yīng)用中取代LiCoO₂。“NMC”是鎳-錳-鈷的縮寫，并且其用于基于鋰過渡金屬的氧化物，其中過渡金屬基本上是Ni、Mn和Co的混合物，大致具有化學(xué)計量LiMO₂，其中M＝Ni_xMn_yCo_z。可能有附加的摻雜，并且典型的摻雜元素是Al、Mg、Zr等。晶體結(jié)構(gòu)是有序的巖鹽結(jié)構(gòu)，其中陽離子排序成2維的Li和M層。空間群(spacegroup)是R-3M。可能有許多不同的組成，通常以其鎳、錳和鈷的含量分類和命名。典型的基于NMC的材料是“111”(其中M＝Ni_1/3Mn_1/3Co_1/3)、“442”(其中M＝Ni_0.4Mn_0.4Co_0.2)、“532”(其中M＝Ni_0.5Mn_0.3Co_0.2)、“622”(其中M＝Ni_0.6Mn_0.2Co_0.2)等。已知對于恒定Li電位，NMC的重量能量密度隨著Ni含量增加，例如，當(dāng)充電至相同的電壓時，NMC622具有比NMC532和NMC111更高的重量能量密度。

由于可充電鋰電池組和鋰離子電池組的高能量密度，它們可被用于多種用途。其中一個最重要的應(yīng)用是便攜式電子應(yīng)用(portable electronic application)，例如移動電話、筆記本電腦、數(shù)字相機(jī)和攝影機(jī)。另一個其他非常重要的應(yīng)用是汽車，包括BEV(電池組電動車)、HEV(混合動力電動車)和PHEV(插電式混合動力電動車)。