[發明專利]制備鋰二次電池用正極活性材料前體的方法和通過所述方法制備的正極活性材料前體

有效

• 申請號: 202080017879.4
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN113490644B
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發明（設計）人: 李應周;鄭志勛;睦德均
• 申請（專利權）人: 株式會社LG化學
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;C01G53/00;H01M4/505;H01M4/02
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 王海川;陳海濤

本發明提供一種制備正極活性材料前體的方法、通過所述方法制備的正極活性材料前體以及二次電池用正極和包含所述正極的鋰二次電池，所述制備正極活性材料前體的方法包含：將金屬添加劑添加到反應器中的第一步驟，所述金屬添加劑包含選自由第5族元素和第6族元素構成的組中的至少一種元素；和將包含鎳原料、鈷原料和錳原料的過渡金屬水溶液、含銨離子的溶液和堿性水溶液添加到所述反應器中并進行共沉淀反應以制備平均粒徑(Dsubgt;50/subgt;)為3μm～5μm的正極活性材料前體的第二步驟。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2019年3月5日提交的韓國專利申請10-2019-0025285號的優先權，通過引用將其發明內容并入本文中。

技術領域

本發明涉及一種制備鋰二次電池用正極活性材料前體的方法、由其制備的正極活性材料前體和通過使用所述正極活性材料前體制備的鋰二次電池。

背景技術

隨著技術發展和對移動設備的需求的增加，對作為能量來源的二次電池的需求已經顯著增加。在這些二次電池中，具有高能量密度、高電壓、長循環壽命和低自放電率的鋰二次電池已經被商業化并被廣泛使用。

鋰過渡金屬復合氧化物已經被用作鋰二次電池的正極活性材料，并且在這些氧化物中，主要使用具有高工作電壓和優異的容量特性的諸如LiCoO₂的鋰鈷復合金屬氧化物。然而，LiCoO₂由于因脫鋰引起的不穩定的晶體結構而具有非常差的熱性能。此外，因為LiCoO₂昂貴，所以在使用大量的LiCoO₂作為用于諸如電動車輛的應用的電源方面存在限制。

已經開發了鋰錳復合金屬氧化物(LiMnO₂或LiMn₂O₄)、鋰鐵磷酸鹽化合物(LiFePO₄等)或鋰鎳復合金屬氧化物(LiNiO₂等)作為替代LiCoO₂的材料。在這些材料中，已經更加積極地進行了對由于具有約200mAh/g的高可逆容量而可以容易地實現大容量電池的鋰鎳復合金屬氧化物的研究和開發。然而，LiNiO₂具有以下局限性，即LiNiO₂具有比LiCoO₂差的熱穩定性，并且當由于外部壓力而在充電狀態下發生內部短路時，正極活性材料本身會分解而導致電池的破裂和起火。因此，作為在維持LiNiO₂的優異的可逆容量的同時改善低熱穩定性的方法，已經開發了其中一部分鎳被鈷(Co)和錳(Mn)或鋁(Al)置換的鋰鎳鈷氧化物。

然而，對于鋰鎳鈷金屬氧化物，需要制備具有高密度的電極以提高每單位體積的能量密度，并且為了提高所述能量密度，需要鋰鎳鈷金屬氧化物的平均粒徑(D₅₀)為6μm以下，并且需要一種制備具有優異球形度和均勻粒度的正極活性材料前體的方法。

通常，作為制備正極活性材料前體的方法，存在通過使用連續攪拌釜反應器(CSTR)來制備正極活性材料前體的方法和通過使用間歇式反應器來制備正極活性材料前體的方法。連續攪拌釜式反應器(CSTR)在添加原料并且使其共沉淀的同時，排放由粒子構成的前體，而對于間歇式反應器，根據反應器的體積添加原料并且使其反應預定的時間，并且在反應完成之后排放前體。

通常，連續攪拌釜式反應器(CSTR)方法的優點在于容易控制金屬組成比，但是由于原料的添加和產品的排放連續地同時發生，因此在反應器中形成的正極活性材料前體的停留時間和反應時間可能會發生變化，并且因此，存在所形成的粒子的尺寸和組成不均勻的局限性。