[發明專利]用于能夠再充電鋰離子蓄電池的正電極材料

有效

• 申請號: 201880083116.2
• 申請日: 2018-12-04
• 公開（公告）號: CN111615496B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 亞格穆爾·塞拉松;延斯·鮑森;熊倉真一;樸雅林;李周勁;梁太炫
• 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: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;C01G53/00;H01M4/131;H01M4/505
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 郭國清;宮方斌

本發明提供了一種用于鋰離子蓄電池的正電極活性材料，所述正電極活性材料包含基于鋰過渡金屬的氧化物粉末，所述粉末包含含有Ni和Co并且具有通式Li_1+a((Ni_z(Ni_1/2Mn_1/2)_y Co_x)_1?kAk)_1?a 02的單晶單一顆粒，其中A為摻雜劑，?0.02a≤0.06，0.10≤x≤0.35，0≤z≤0.90，x+y+z＝1且k≤0.01，所述顆粒具有鈷濃度梯度，其中所述顆粒表面的Co含量高于所述顆粒中心。

技術領域和背景技術

本發明涉及一種具有單一形態的鋰過渡金屬氧化物材料，它可用作能夠再充電鋰離子蓄電池的正電極材料。更具體地，該材料具有從表面到芯的鈷濃度梯度。該正電極材料增強了蓄電池性能，諸如容量、循環穩定性和倍率性能。此外，由于其特殊的形態，該材料可在高電壓下用于固態鋰離子蓄電池或非水鋰離子蓄電池中。

能夠再充電鋰離子蓄電池(LIB)由于其高體積和重量能量密度以及長循環壽命，目前被用于膝上型電腦、移動電話、相機和多種其它電子設備。此外，為了滿足對用于電動車輛(EV)和混合電動車輛(HEV)的大型蓄電池的需求，需要更高能量密度的蓄電池。增加蓄電池能量密度的一種方式是施加更高的工作電壓。然而，常規鋰離子蓄電池中使用的有機液體電解質在高電壓下循環期間分解并形成副產物。除穩定性問題外，電解質還包含易燃溶劑，在高充電水平下可能會引起熱失控。因此，可能發生嚴重的安全問題，諸如電解質滲漏的可能性高、過熱和燃燒。考慮到未來的EV和HEV應用，安全是首要考慮的因素之一。

固體電解質取代易燃的液體有機電解質，打開了固態蓄電池(SSB)的領域。固體電解質不僅帶來高安全性，而且可以預期它具有出色的循環穩定性。這些特性使固體電解質對于高電壓應用也具有吸引力。以前，SSB技術由薄膜蓄電池技術驅動以用于便攜式應用。一般來講，優選使用層狀氧化物材料作為正電極材料，尤其是LiCoO₂(LCO)，例如用于薄膜蓄電池。LCO具有足夠高的理論容量和良好的熱穩定性。然而，由于資源短缺引起鈷(Co)的高價格和環境問題，因此開發了具有穩定的2D層結構和高理論容量的新正電極材料。使用LCO作為起點，通過金屬取代，即用其它過渡金屬代替Co，通過調節三層氧化物材料Li_1+aM_1-aO₂的組成發現了LiNi_xMn_yCo_ZO₂(NMC)和LiNi_xCo_zAl_yO₂(NCA)，其中M為鎳(Ni)、鈷(Co)、錳(Mn)或鋁(Al)的混合物，a通常接近零。這些材料之所以受歡迎，是因為Ni、Mn、Co和Al的組合基于Ni提供了高容量而Mn提供了良好的循環性能這一事實而具有優勢。此外，Co支撐著NMC的層狀晶體結構，因此Li離子可以快速傳輸。Al摻雜也已知是改善安全性的一種方式。