[發明專利]用于可再充電電池的鋰過渡金屬氧化物陰極材料的前體

有效

• 申請號: 201710680533.2
• 申請日: 2017-08-10
• 公開（公告）號: CN107720835B
• 公開（公告）日: 2020-02-28
• 發明（設計）人: 朱亮;蘭迪·德帕爾馬;趙成埈
• 申請（專利權）人: 尤米科爾公司;株式會社韓國尤米科爾
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 高健;緱正煜

本發明涉及用于可再充電電池的鋰過渡金屬氧化物陰極材料的前體。一種用于制造鋰過渡金屬氧化物粉末的顆粒前體化合物，該鋰過渡金屬氧化物粉末用作鋰離子電池中的活性正極材料，該前體具有通式Ni_xMn_yCo_zA_aO_v(OH)_w，其中0.15<v<0.30，v+w＝2，0.30≤x≤0.75，0.10≤y≤0.40，0.10≤z≤0.40，A為摻雜物，其中a≤0.05，且x+y+z+a＝1，該前體由晶體結構組成，其具有于2θ＝38±0.5°處具有雙峰的XRD圖譜，該雙峰包括具有峰值強度I_L的左峰以及具有峰值強度I_R的右峰，并且峰值強度比率R＝I_R/I_L，其中R>0.7，并且該XRD圖譜不含屬于尖晶石和氧氫氧化物化合物中的任一者或兩者的峰。

技術領域

本發明涉及用于可再充電電池的鋰過渡金屬氧化物的前體，此類前體具有獨特的特性，以為高要求技術諸如機動車應用提供優異電池材料。

背景技術

由于可再充電的鋰電池和鋰離子電池的高能量密度，其可用于多種攜帶式電子應用中，諸如移動電話、筆記本電腦、數字相機以及攝影機。可商購獲得的鋰離子電池一般由基于石墨的陽極和基于LiCoO₂的陰極材料組成。然而，基于LiCoO₂的陰極材料昂貴且一般具有約150mAh/g的相對低容量。基于LiCoO₂的陰極材料的替代物包括LNMCO型陰極材料。LNMCO意指鋰-鎳-錳-鈷-氧化物。其組成是LiMeO₂，其中Me代表金屬，但還涵蓋摻雜金屬；或Li_1+x'Me_1-x'O₂，其中Me＝Ni_xCo_yMn_zA_m(其更通常稱為“NMC”，A是一或多種摻雜物)。LNMCO具有類似LiCoO₂(空間群R-3m)的層狀晶體結構。LNMCO陰極的優點在于組分M的原料價格遠低于純Co。添加Ni提高放電容量，但隨Ni含量上升而受到熱安定性下降的限制。為了補償此問題，添加Mn作為結構穩定元素，但同時還損失一些容量。

目標含鋰復合氧化物一般通過以下方式合成：將作為前體材料(其具有與最終陰極材料將具有的金屬組分相同的金屬組分)的鎳-鈷-錳復合氫氧化物與鋰化合物混合并焙燒該混合物。可通過以其他金屬元素(諸如Al、Mg、Zr、Ti、Sn和Fe)取代鎳、鈷和錳中的一部分來改良電池特性。合適的取代量為鎳、鈷和錳原子的總量的0.1％至10％。

為生產含有復合組分的陰極材料，通常使用特殊前體，諸如混合的過渡金屬氫氧化物Ni_xCo_yMn_z(OH)₂。原因是高性能Li-M-O₂需要混合良好的過渡金屬陽離子。為了達成此條件而不“過度燒結(over sintering)”(與鋰前體，一般是Li₂CO₃或LiOH，一起高溫燒結一段較長時間)，陰極前體需要含有呈充分混合形式(在原子水平上)的過渡金屬，如以混合的過渡金屬氫氧化物所提供。具合適尺寸和形態的混合氫氧化物通常是利用以下步驟進行沉淀反應而獲得：(1)在受控的pH下，利用NaOH流與混合的金屬鹽流，在反應器中沉淀混合氫氧化物，(2)將前體懸浮液去除且過濾，(3)在限定的條件下將經過濾的濕餅干燥。

US8980475公開了用于制備鋰混合金屬氧化物的方法，該方法包括下列步驟：

a)制備指定為中間體(B)的混合物，該中間體(B)基本上包含含鋰的混合金屬氫氧化物與含鋰的混合金屬氧化物氫氧化物，

-其中以比率(1-a-b):a:b包含錳、鈷和鎳，并且所有錳、鈷和鎳的離子的平均氧化態為至少4-1.75a-1.75b，其中0≤a≤0.5且0.1≤b≤0.8，