[發明專利]單粒子形式的富鎳鋰復合過渡金屬氧化物正極活性材料的固相合成方法、由所述方法形成的單粒子形式的富鎳鋰復合過渡金屬氧化物正極活性材料、包含其的正極和鋰二次電池

在審

• 申請號: 202180032572.6
• 申請日: 2021-09-24
• 公開（公告）號: CN115529825A
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 郭鎬寧;金大星;金俊奎;文裁泳;吳明煥
• 申請（專利權）人: 株式會社LG化學
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;H01M4/525;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: 王海川;陳海濤

本發明公開了一種單粒子形式的富鎳鋰復合過渡金屬氧化物正極活性材料的固相合成方法，所述方法包括如下步驟：(S1)將包含鎳原料粉末的各種過渡金屬原料粉末與第一鋰原料以使得鋰對全部過渡金屬的摩爾比為0.95至1.02的方式進行混合，以制備第一混合物，所述過渡金屬原料粉末以使得鎳對全部過渡金屬的摩爾比為80mol％以上的量包含所述鎳原料粉末；(S2)將所述第一混合物在氧氣環境中進行一次燒結，以進行固相反應，并冷卻；(S3)將(S2)的制得物與第二鋰原料以使得鋰對全部過渡金屬的總摩爾比為1.00至1.09的方式進行混合，以制備第二混合物；和(S4)將所述第二混合物在氧氣環境中進行二次燒結。根據本發明的制造方法，可以在無需進行洗滌工序的條件下以比較簡單的方式制造鋰雜質含量低的單粒子形式的富鎳鋰復合過渡金屬氧化物正極活性材料。

技術領域

本發明涉及一種單粒子形式的富鎳鋰復合過渡金屬氧化物正極活性材料的固相合成方法、由所述方法形成的單粒子形式的富鎳鋰復合過渡金屬氧化物正極活性材料以及包含其的正極和鋰二次電池。

本申請要求于2020年9月24日在韓國知識產權局提交的韓國專利申請第10-2020-0124155號的優先權，所述專利申請的公開內容通過引用整體并入本文中。

背景技術

具有高能量密度的富Ni鋰復合過渡金屬氧化物正極活性材料受到關注，但隨著鎳含量的增加，電池的壽命穩定性急劇下降。壽命縮短的原因之一與富Ni鋰復合過渡金屬氧化物正極活性材料的結構有關。

常用的通過一次粒子聚集而形成的二次粒子形式的富Ni鋰復合過渡金屬氧化物正極活性材料隨著充電/放電循環的增加而在一次粒子之間的界面處產生裂紋，導致電池的壽命縮短。

因此，正在開發單粒子形式而非二次粒子形式的富Ni鋰復合過渡金屬氧化物正極活性材料。無晶界的單粒子形式的正極活性材料可以顯著減少微觀/宏觀裂紋的產生，從而提高富Ni鋰復合過渡金屬氧化物正極活性材料的結構穩定性。

在制造單粒子形式的富Ni鋰復合過渡金屬氧化物正極活性材料時，殘留的諸如碳酸鋰的鋰雜質增多，并且當與電解液反應時，所述雜質會劣化電池性能，產生氣體并在電極漿料的制備過程中導致凝膠化。

為了減少鋰雜質的量，單粒子形式的富Ni鋰正極活性材料在其制成之后進行用水洗滌的工序。然而，在進行洗滌工序之后，正極材料的表面變得化學不穩定，導致各種電化學副反應。此外，當富Ni鋰復合過渡金屬氧化物正極活性材料為單粒子形式時，在洗滌期間除去的鋰雜質的量小。

另一方面，所述富Ni鋰復合過渡金屬氧化物正極活性材料是通過使用共沉淀法制備諸如鎳錳鈷氫氧化物的混合過渡金屬氫氧化物，將其與鋰原料混合并進行燒結來制造的。然而，使用共沉淀法制造正極活性材料的方法復雜。

發明內容

技術問題

因此，本發明旨在提供一種在無需進行洗滌工序的條件下合成鋰雜質含量低的單粒子形式的富Ni鋰復合過渡金屬氧化物正極活性材料的固相合成方法。

本發明還旨在提供一種以相對經濟且簡便的方式合成單粒子形式的富Ni鋰復合過渡金屬氧化物正極活性材料的固相合成方法。

本發明還旨在提供一種具有上述特征的單粒子形式的富Ni鋰復合過渡金屬氧化物正極活性材料。

本發明還旨在提供一種正極和鋰二次電池，所述正極和鋰二次電池包含具有上述特征的單粒子形式的富Ni鋰復合過渡金屬氧化物正極活性材料。

技術方案

為了解決上述技術問題，根據本發明第一實施方案的單粒子形式的富鎳鋰復合過渡金屬氧化物正極活性材料的固相合成方法包括如下步驟：