[發(fā)明專利]制備可用作正電極活性材料的含鋰金屬氧化物的方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201980041041.6
• 申請日: 2019-06-18
• 公開（公告）號: CN112334411A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 大衛(wèi)·佩拉爾塔
• 申請（專利權(quán)）人: 原子能和替代能源委員會
• 主分類號: C01D15/02
• 分類號: C01D15/02;B01J31/16;C07C51/41
• 代理公司: 北京派特恩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11270
• 代理人: 張錚錚;陳萬青

本發(fā)明涉及一種制備包括含鋰氧化物的方法，該含鋰氧化物包含一種或多種金屬元素，可用作鋰電池的電極，例如正電極的活性材料，所述方法包括以下連續(xù)步驟：a)使至少一種配位聚合物與鋰源接觸的步驟，所述配位聚合物包含通過有機(jī)配體相互連接的其他金屬元素；b)對步驟a)所得的混合物進(jìn)行煅燒的步驟。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種制備含鋰金屬氧化物的方法，所述含鋰金屬氧化物可用作鋰電池且更具體可用作鋰離子型電池中的正電極活性材料。

背景技術(shù)

在以自主性為基本標(biāo)準(zhǔn)的領(lǐng)域，例如移動設(shè)備領(lǐng)域(如手機(jī)、筆記本電腦)或運(yùn)輸領(lǐng)域(如電動汽車、混合動力汽車)，甚至醫(yī)學(xué)、航天或微電子領(lǐng)域中，鋰離子電池尤其受到關(guān)注。

從功能的觀點(diǎn)來看，鋰離子電池基于鋰在電池的電化學(xué)單元(cell)的電極組成材料中的嵌入-脫嵌原理。

更準(zhǔn)確地說，產(chǎn)生電流的反應(yīng)(即，當(dāng)電池處于放電模式時)存在鋰陽離子通過鋰離子電解質(zhì)導(dǎo)體從其已經(jīng)嵌入的負(fù)電極轉(zhuǎn)移到正電極的受體網(wǎng)絡(luò)中的風(fēng)險，而在負(fù)極處來自反應(yīng)的電子將供給與正電極和負(fù)電極相連接的外部電路。

據(jù)證實(shí)，在鋰離子電池中，最關(guān)鍵和最具限制性的元件是正電極，并且更具體地說，是正電極的活性材料。事實(shí)上，正電極的活性材料的性質(zhì)將決定電池的能量密度、電壓和壽命。

所用正極的主要活性材料之一是來自層狀氧化物家族的含鋰氧化物：LiCoO₂，其具有高能量密度、長壽命(大于500次循環(huán))，并且能夠與在負(fù)電極處的石墨型活性材料搭配以提供顯著的電壓(具體地，約3.6V)，其主要缺點(diǎn)是與鈷使用相關(guān)的成本。此外，已經(jīng)通過提出Li(Ni,Co,Mn)O₂(諸如，Li(Ni_1/3Mn_1/3Co_1/3)O₂，也稱為NMC)或Li(Ni,Co,Al)O₂(諸如，Li(Ni_0.8Co_0.15Al_0.05)O₂，也稱為NCA)類型的混合氧化物來提供減少鈷使用量的替代品。

這些含鋰氧化物型材料可以通過不同的方法來制備。

例如，對于基于錳、鈷和鎳的含鋰氧化物，可通過涉及共沉淀的方法來制備，其中：

用蘇打或碳酸鹽溶液使鎳、錳和鈷的硫酸鹽溶液沉淀，從而生成含鎳、錳和鈷的混合氫氧化物或碳酸鹽；

在700℃以上的溫度下煅燒所得到的混合氫氧化物或碳酸鹽與鋰源(例如LiOH、Li₂CO₃)，以便形成所需的氧化物。

在共沉淀法的變型中，可以使用所謂的“全固體”法，其中，使含待并入到所需氧化物中的不同金屬元素的碳酸鹽或各自包括待并入到所需氧化物中的金屬元素之一的碳酸鹽的混合物與鋰源良好混合，然后在700℃以上的溫度下煅燒所得混合物。

此外，鑒于已有的情況，本發(fā)明的作者給自己設(shè)定這樣的目標(biāo)：提出一種制備含鋰氧化物的方法，該含鋰氧化物包含一種或多種其他金屬元素，其易于使用且不需要復(fù)雜而昂貴的設(shè)備，能夠獲得特定且可控的形態(tài)(例如，與使用以此方式獲得的氧化物作為鋰的嵌入材料同相)，并且可以用于回收使用過的材料的方法(例如，回收基于一種或多種其他金屬元素的含鋰氧化物型電極的活性材料的方法)。

發(fā)明內(nèi)容

該目標(biāo)是通過制備含鋰氧化物的方法來實(shí)現(xiàn)的，該含鋰氧化物包含一種或其他金屬元素，可用作活性電極材料，例如，用作鋰電池的正極的活性電極材料，所述方法包括以下連續(xù)步驟：

a)使至少一種配位聚合物與鋰源接觸的步驟，該至少一種配位聚合物包括通過有機(jī)配體連接在一起的金屬元素或其他金屬元素；

b)煅燒來自步驟a)的混合物的步驟。