[發明專利]用于制備金屬摻雜的二次電池正極活性材料的鈷前體

在審

• 申請號: 201780042721.0
• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN109478646A
• 公開（公告）日: 2019-03-15
• 發明（設計）人: 趙治皓;樸星彬;樸知伶;李寶藍;許赫;鄭王謨
• 申請（專利權）人: 株式會社LG化學
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;C01G51/00;C01G51/04
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 解延雷;龐東成

1.一種用于制備包含在正極活性材料中的層狀結構的鋰鈷氧化物的鈷前體，其中，所述鈷前體是摻雜有作為摻雜劑的鎂(Mg)和不同于鎂的M’的羥基氧化鈷((Co_xMg_yM’_z)OOH)(x、y和z滿足以下重量比條件：當x、y和z的總和視為100重量％時，x的含量在99重量％至99.8重量％的范圍內，并且y和z的總含量在0.2重量％至1重量％的范圍內；M’是選自由Al、Ti、Mn、Zr、Ba、B、Ca、Ta、Mo、Nb、W、Sr和PO₄組成的組中的一種或多種)。

2.根據權利要求1所述的鈷前體，其中，所述鋰鈷氧化物由下式1表示，并且摻雜有作為摻雜劑的鎂(Mg)和不同于鎂的M’；并且

在所述鋰鈷氧化物中，所述摻雜劑的平均氧化數為大于+2至+2.5以下：

Li_a(Co_xMg_yM’_z)O₂ (1)

其中，a滿足0.95≤a≤1.05；

x、y和z滿足以下重量比條件：當x、y和z的總和視為100重量％時，x的含量在99重量％至99.8重量％的范圍內，并且y和z的總含量在0.2重量％至1重量％的范圍內；并且

M’是選自由Al、Ti、Mn、Zr、Ba、B、Ca、Ta、Mo、Nb、W、Sr和PO₄組成的組中的一種或多種。

3.根據權利要求1所述的鈷前體，其中，所述鋰鈷氧化物在大于4.5V且4.8V以下的充電范圍內保持晶體結構。

4.根據權利要求3所述的鈷前體，其中，所述晶體結構是O3相。

5.根據權利要求1所述的鈷前體，其中，所述鋰鈷氧化物在首次充電/放電曲線的4.55V處沒有平臺區。

6.根據權利要求1所述的鈷前體，其中，所述正極活性材料為顆粒形式，并且所述顆粒的表面涂覆有Al₂O₃。

7.根據權利要求6所述的鈷前體，其中，基于所述正極活性材料顆粒的直徑，以0.2％至5％的厚度涂布所述Al₂O₃。

8.一種使用權利要求1所述的鈷前體制備鋰鈷氧化物的方法，所述方法包括：

(a)通過鈷酸鹽和摻雜前體的共沉淀反應制備摻雜有由所述摻雜前體提供的摻雜劑的鈷前體的工序；和

(b)混合鋰前體和所述摻雜劑摻雜的鈷前體、然后進行熱處理的工序。

9.根據權利要求8所述的方法，其中，混合所述摻雜前體使得當鈷和摻雜劑的總和視為100重量％時，鈷的含量在99重量％至99.8重量％的范圍內，并且所述摻雜劑的總含量在0.2重量％至1重量％的范圍內。

10.根據權利要求8所述的方法，其中，所述工序(b)的熱處理在950℃至1100℃下進行8小時至15小時。

11.根據權利要求8所述的方法，其中，所述鈷酸鹽是羥基氧化鈷(CoOOH)。

12.根據權利要求8所述的方法，其中，所述鋰前體是選自由Li₂CO₃、LiOH、LiNO₃、CH₃COOLi和Li₂(COO)₂組成的組中的一種或多種。

13.根據權利要求8所述的方法，其中，所述摻雜前體是選自由Mg和選自由Al、Ti、Mn、Zr、Ba、B、Ca、Ta、Mo、Nb、W、Sr和P組成的組中的一種或多種的混合金屬、其金屬氧化物和其金屬鹽組成的組中的一種或多種。

14.一種用于制備包含在正極活性材料中的層狀結構的鋰鈷氧化物的鈷前體，其中，所述鈷前體是摻雜有作為摻雜劑的鎂(Mg)和不同于鎂的M’的羥基氧化鈷((Co_xMg_yM’_z)OOH)；并且

所述鋰鈷氧化物由下式1表示；

在所述鋰鈷氧化物中，所述摻雜劑的平均氧化數為大于+2且+2.5以下；并且

所述鋰鈷氧化物具有以下結構，其中，在使用Cu-Kα的X射線衍射(XRD)分析的光譜中，O3相的峰強度與H1-3相的峰強度之比(IO3/IH1-3)大于1：

Li_a(Co_xMg_yM’_z)O₂ (1)

其中，a滿足0.95≤a≤1.05；

x、y和z滿足以下重量比條件：當x、y和z的總和視為100重量％時，x的含量在99重量％至99.8重量％的范圍內，并且y和z的總含量在0.2重量％至1重量％的范圍內；并且

M’是選自由Al、Ti、Mn、Zr、Ba、B、Ca、Ta、Mo、Nb、W、Sr和PO₄組成的組中的一種或多種。