本发明专利技术涉及在可充电电池中用作负极材料的LiaNixCoyMzO2±eAf复合氧化物，其在粒子中具有非均质的Ni/Al比率、在用作锂电池中的正极材料时可产生卓越的功率和安全特性。更具体地说，在式中0.9＜a＜1.1、0.3≤x≤0.9、0＜y≤0.4、0＜z≤0.35、e＝0、0≤f≤0.05、以及0.9＜(x+y+z+f)＜1.1；M由选自Al、Mg、以及Ti的任何一种或多种元素组成；A由选自S和C中的任何一种或多种元素组成。所述粉末具有定义D10、D50、以及D90的粒度分布；且所述x和z参数随着所述粉末的粒度而变化，且特征在于下列中的任何一项或两项：x1-x2≥0.010和z2-z1≥0.010；x1和z1为与具有粒度D90的粒子相对应的参数；且x2和z2为与具有粒度D10的粒子相对应的参数。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在锂可充电电池中兼有高安全性和高功率的非均质正极材料本专利技术涉及在粒子中具有非均质(non-homogenous)Ni/Al比率的LiaNixCoyAlzA 复合氧化物，其在用作Li电池中的正极材料时可产生卓越的功率和安全特性。由于可充电的锂和锂-离子电池的高能量密度，它们可以用在各种各样的便携式电子设备应用如移动电话、笔记本电脑、数码相机、以及摄影机中。可商购的锂-离子电池典型地由石墨基阳极和LiCoA基阴极材料组成。然而，LiCoA基阴极材料是昂贵的且典型具有大约为150mAh/g的相对低的容量。LiCoO2基阴极材料的替代物包括较便宜的LiNW2基阴极材料。典型的LiNW2基阴极材料包括式LiNia8Coa2A的组合物。因为钴的成本高于镍，所以与不含钴的LiNW2基阴极材料相比，这些材料相对更贵，但是它们的制造容易得多。然而，与LiCoO2基阴极材料相比，LiNiCoO2基阴极材料通常在充电状态下具有较低的安全性，因为LiNW2型阴极材料具有较低的结构稳定性。一种提高安全性的方法是在LiNiCoA材料中掺杂惰性元素如Al、Mg、Ti，以便在充电状态下加热时稳定结构。该关于安全性的重要改进的缺点是惰性元素的掺杂会损害 LiNiCoO2材料的功率和可逆容量。为了使这一材料在工业上是可用的，制造商必须要在安全性和性能之间找到折中状态，因此要使用获得令人满意的安全性所必需的最低量的Al、 Ti、以及Mg，同时保持恰当的功率和容量性能。这样的产品，如LiNia8Coai5Ala Ji2 (还被称作“NCA”产品)或例如LiNia7Coa2TiaC15M^1. J)2组合物，现在已被像TODA、Honjo-FMC,以及 Nichia这样的公司商品化了。然而，如上文中所说明的，这些产品典型地遭受了安全性和电化学性能之间的艰难取舍，这样就导致了总体性能的中等水平。随着大型电池在市场上的新应用(例如用于混合动力车或固定功率装置)的出现，以及对于在不损害功率性能的情况下达到高安全性要求的需要，看来需要在这些NiCo 基材料的合成中实现突破。因为制造尽可能均勻(homogeneous)的材料一直以来都是令人关注的事情，所以 LiaNixCoyMzO2 (M = Al、Mn、Ti、Mg…)产品的目前工艺水平制造工艺使用在高于600°C的温度下烧结的掺杂前体(doped precursor)如氢氧化物(参见例如US6958139)、碳酸盐、硝酸盐、或氧化物。因此，材料的组成非常均勻，且所生成的正极材料显示了整体性能的中等水平。对应用于电池材料的固态化学的基本原理进行考虑，已知对于LiCoA材料来说，较小的粒度可给出较好的功率性能(如在Choi等，J. Power Sources, 158(2006) 1419中所讨论的)。然而还已知较小的粒度可给出较低的安全性，因为安全特性多少与表面积相关(参见例如Jiang等，Electroch. Acta, 49 (2004) 2661)。由此可见，对于其中将指定量的Ni和 M(M为例如Al)的存在都致力于提高功率性能和安全性的LiNixCoyMzA系统来说，小粒子和大粒子二者的均勻组合物会导致功率和安全性能之间的折中，这是因为粒度的不可避免的散布所致。事实上，对于其中安全性能与M含量直接相关的小粒子来说，将需要较高的M浓度来达到与大粒子相同的安全性。另一方面，在大粒子中镍含量的增加可提高LiMxCoyMzA 系统的性能。本专利技术为这个问题提供了解决方案。它涉及在可充电电池中用作阴极材料的锂金属氧化物粉末，其由通式LiaNixCoyMzO2ieAf表示，其中0. 9 < a < 1. 1、0· 3 彡 χ 彡 0. 9、0 < y 彡 0. 4、0 < ζ 彡 0. 35、e < 0. 02 (通常 e 0 或 e 接近于 0)、0 彡 f 彡 0. 05、以及 0. 9 < (x+y+z+f) <1.1;M由选自Al、Mg、以及Ti的任何一种或多种元素组成；A由S和C中的任何一种或两种组成；所述粉末具有定义D10、D50、以及D90的粒度分布；且所述χ和ζ参数随着所述粉末的粒度而变化，且特征在于下列中的任何一项或两项xl-x2 ≤ 0. 010 和 z2-zl ≤ 0. 010 ；xl和zl为与具有粒度D90的粒子相对应的参数；且χ2和ζ2为与具有粒度DlO的粒子相对应的参数。对于相应的Co含量，优选(yl_y2)的绝对值小于0. 010，或甚至yl = y2 = y。优选xl-x2 ≤ 0. 030 和 z2_zl ^ 0. 030 ；且更优选 xl_x2 ≤ 0. 050 和 z2-zl ≤ 0. 050。在另一个优选实施方案中，所述粉末的M含量随着粒度的增加而增加，且所述粉末的M含量随着粒度的增加而减少。在优选的氧化物粉末中M由Al组成。在另一个实施方案中A由S和C中的任何一种或两种组成，其中f < 0. 02。还有一个优选实施方案，其中A由C组成，其中f < 0. 01。 一个实施方案由通式LiaNia8ciCoai5Alaci5CacilA的氧化物粉末组成。应在本文中提到，W02005/064715描述了包含锂过渡金属氧化物LiaM1A的阴极活性材料，其中 M = AZA，Z,W ；Μ，为 MnxNiyC0l_x_y ；A = Al、Mg、或 Ti ；且 Α，为另外的掺杂剂；其中0彡χ彡1、0彡y彡1、0彡z+z’ < l、z’ < 0. 02。这一产品的组成M随着粒度而变化。具体地说，与较大的粒子相比，较小的粒子含有较少的钴和较多的锰。然而Ni、Al、 Mg、以及Ti含量没有如上文中所述的那样变化。本专利技术还涉及了上述的氧化物粉末在锂二次电池中的应用。本专利技术还涉及用于制造本专利技术的粉末氧化物的方法，该方法包括如下步骤-提供至少两种LiaNixCoyMzO2ieAf前体粉末，它们具有以不同的DlO和D90值表征的不同的粒度分布，且其中与具有较高DlO和D90值的粉末相比，具有较低DlO和D90值的粉末具有较低的M含量和较高的M含量，-将所述至少两种前体粉末与优选为氢氧化锂的锂前体混合在一起，-将所述混合物在至少600°C的温度加热。优选地，所述前体粉末是通过在碱金属氢氧化物和优选为氨的螯合剂的存在下对金属硫酸盐、硝酸盐、氯化物、或碳酸盐进行沉淀所获得的氢氧化物或羟基氧化物组合物。 这类氢氧化物或羟基氧化物的沉淀导致层状双氢氧化物或LDH的形成，这是公知的。那些 LDH是由其中嵌入了水和阴离子的金属氢氧化物的层制成的。所以，所述材料含有阴离子如硫酸根、硝酸根、氯离子、或碳酸根。因此，材料中阴离子的含量可最高达到5重量％。此外，优选所述前体粉末的Co含量是相同的。本专利技术涉及在Li电池中用作正极的式LiaNixCoyMzO2Af、且在钴含量恒定的粒子中具有非均质镍-M比率的材料。这满足了对LiaNixCoJO2Af材料进行定制以同时实现下列目的的需要在较大的粒子中实现高的镍含量以产生高功率，以及在较小的粒子中实现稳定性金属如铝的高含量以产生高的安全性。因此，结果是，每种物质的相对含量都与粒度强相关。在任本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．在可充电电池中用作阴极材料的锂金属氧化物粉末，其由通式ＬｉａＮｉｘＣｏｙＭｚＯ２±ｅＡｆ表示，其中０．９＜ａ＜１．１、０．３≤ｘ≤０．９、０＜ｙ≤０．４、０＜ｚ≤０．３５、ｅ＜０．０２、０≤ｆ≤０．０５、以及０．９＜（ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｆ）＜１．１；Ｍ由选自Ａｌ、Ｍｇ、以及Ｔｉ的任何一种或多种元素组成；Ａ由Ｓ和Ｃ中的任何一种或两种组成；所述粉末具有定义Ｄ１０、Ｄ５０、以及Ｄ９０的粒度分布；且所述ｘ和ｚ参数随着所述粉末的粒度而变化，特征在于下列中的任何一项或两项：ｘ１－ｘ２≥０．０１０和ｚ２－ｚ１≥０．０１０；ｘ１和ｚ１为与具有粒度Ｄ９０的粒子相对应的参数；且ｘ２和ｚ２为与具有粒度Ｄ１０的粒子相对应的参数。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：斯特凡尼·拉瓦索尔，菲利皮·卡拉奇，兰迪·德帕尔玛，米歇勒·范托尔努特，
申请(专利权)人：斯特凡尼·拉瓦索尔，菲利皮·卡拉奇，兰迪·德帕尔玛，米歇勒·范托尔努特，
类型：发明
国别省市：BE
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