制备正极活性材料前体的方法和正极活性材料前体技术

本发明专利技术提供一种制备正极活性材料前体的方法，所述方法包括如下步骤：提供含过渡金属的溶液，所述溶液包含镍、钴和锰；以及将所述含过渡金属的溶液引入反应器中，添加碱性水溶液和含铵阳离子的络合物形成剂，并进行共沉淀反应以制备具有通过聚集一次粒子而形成的二次粒子的形式的过渡金属氢氧化物，其中所述共沉淀反应是在满足说明书中描述的式1的条件下进行的，并且本发明专利技术还提供：一种正极活性材料前体，所述正极活性材料前体的晶粒具有受控的长径比；使用所述正极活性材料前体制备的正极活性材料；包含所述正极活性材料的锂二次电池用正极；和锂二次电池。和锂二次电池。和锂二次电池。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制备正极活性材料前体的方法和正极活性材料前体


[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年10月23日提交的韩国专利申请第10
‑
2019
‑
0132478号的优先权和权益，通过引用将其
技术实现思路
以其完整的形式并入本文中。
[0003]

[0004]本专利技术涉及一种制备锂二次电池用正极活性材料前体的方法、晶粒具有受控的长径比的正极活性材料前体、使用所述正极活性材料前体制备的正极活性材料、包含所述正极活性材料的正极和锂二次电池。

技术介绍

[0005]随着移动装置的技术的发展和对移动装置的需求的增加，对作为能量来源的二次电池的需求急剧增加。在二次电池中，具有高能量密度、高电压、长循环寿命和低自放电率的锂二次电池已经商业化并被广泛使用。
[0006]作为锂二次电池的正极活性材料，已经使用了锂过渡金属氧化物，并且在锂过渡金属氧化物中，主要使用具有高工作电压和优异的容量特性的锂钴氧化物LiCoO2。然而，因为LiCoO2不仅由于因锂脱嵌引起的其晶体结构的不稳定而具有非常差的热性能，而且昂贵，所以它在大量用作电动汽车领域等的电源方面存在限制。
[0007]作为替代LiCoO2的材料，已经开发了锂锰复合金属氧化物(LiMnO2、LiMn2O4等)、锂铁磷酸盐氧化物(LiFePO4等)、锂镍复合金属氧化物(LiNiO2等)等。其中，已经积极地对锂镍复合金属氧化物进行了研究和开发，所述锂镍复合金属氧化物具有约200mAh/g的高可逆容量并由此容易获得大容量电池。然而，LiNiO2比LiCoO2具有更低的热稳定性，并且当在充电状态下由于从外部施加的压力而发生内部短路时，因为正极活性材料自身分解而引起电池破裂和着火。因此，作为改善LiNiO2的低热稳定性并同时保持其优异的可逆容量的方法，已经开发了其中一部分镍被钴置换的LiNi1‑
α
Co
α
O2(α＝0.1～0.3)或其中一部分镍被Mn、Co或Al置换的锂镍钴金属氧化物。
[0008]为了制备具有期望的电化学性能的正极活性材料，重要的是精确地控制正极活性材料前体以具有期望的形状。
[0009]正极活性材料前体通常以球形二次粒子的形式来制备，所述二次粒子是通过使数十个至数百个一次粒子聚集而形成的。根据正极活性材料前体的一次粒子的取向、一次粒子的形状(长径比)等，改变诸如正极活性材料的锂离子的迁移率、电解液的浸渍性等的物理性质。因此，已经尝试对通过扫描电子显微镜(SEM)或透射电子显微镜(TEM)来分析正极活性材料前体的一次粒子的形状(长径比等)或取向，并且使用所述分析结果来改善正极活性材料的性能进行了研究。
[0010]然而，在TEM分析的情况下，能够获得关于粒子的仅一部分而不是全部的信息，由此难以显示全部正极活性材料前体粒子的特性。此外，因为正极活性材料前体的物理性质随晶粒的结构以及一次粒子的形状或取向而变化，所以即使当一次粒子的形状或取向相似
时，也可以表现出不同的物理性质。
[0011]因此，需要开发晶粒具有受控结构的正极活性材料前体，从而开发具有优异性能的正极活性材料。
[0012]现有技术文献
[0013][专利文献][0014](专利文献1)韩国注册专利第1577179号

技术实现思路

[0015]技术问题
[0016]本专利技术旨在提供一种制备正极活性材料前体的方法，所述方法能够容易地控制晶粒的长径比。
[0017]本专利技术还旨在提供一种正极活性材料前体，所述正极活性材料前体的晶粒具有特定控制的长径比。
[0018]本专利技术还旨在提供使用上述正极活性材料前体制备的正极活性材料。
[0019]本专利技术还旨在提供包含上述正极活性材料的锂二次电池用正极和锂二次电池。
[0020]技术方案
[0021]本专利技术的一个方面提供一种制备正极活性材料前体的方法，所述方法包括如下步骤：提供含过渡金属的溶液，所述溶液包含镍、钴和锰；以及将所述含过渡金属的溶液引入反应器中，添加碱性水溶液和含铵阳离子的络合物形成剂，并进行共沉淀反应以制备具有通过聚集一次粒子而形成的二次粒子的形式的过渡金属氢氧化物，其中所述共沉淀反应是在满足下式1的条件下进行的。
[0022][式1][0023]25<1.8
×
X+0.2
×
Y+20
×
Z<30
[0024]在式1中，
[0025]X为在含铵阳离子的络合物形成剂中所包含的铵阳离子的摩尔数对含过渡金属的溶液中所包含的过渡金属的总摩尔数之比，
[0026]Y为共沉淀反应的温度，
[0027]Z为在含过渡金属的溶液中所包含的镍的摩尔数对过渡金属的总摩尔数之比。
[0028]本专利技术的另一个方面提供一种正极活性材料前体，所述正极活性材料前体包含具有通过聚集一次粒子而形成的二次粒子的形式的过渡金属氢氧化物，其中所述正极活性材料前体的晶粒的长径比为1.5～6.0，所述长径比为长轴的长度(a)对短轴的长度(c)的比例(a/c)，并且是在将通过对正极活性材料前体进行XRD分析而得到的X射线衍射(XRD)数据中显示的全部峰的半峰全宽应用到下式3之后通过最小二乘近似法得到的。
[0029][式3][0030][0031]在式3中，d
(hkl)
是相应峰的半峰全宽，h、k和l是相应峰的晶面的米勒(Miller)指数，K是谢乐(Scherrer)常数，θ是布拉格(Bragg)角，λ是X射线波长，a是晶粒的长轴的长度，
并且c是晶粒的短轴的长度。
[0032]本专利技术的又一方面提供一种使用上述正极活性材料前体制备的正极活性材料。
[0033]本专利技术的又一方面提供一种锂二次电池用正极，所述正极包含上述正极活性材料。
[0034]本专利技术的又一方面提供一种锂二次电池，所述锂二次电池包含上述锂二次电池用正极。
[0035]有益效果
[0036]根据本专利技术的制备正极活性材料前体的方法，能够容易地控制晶粒的长径比。因此，能够提供晶粒具有受控的结构、具体是受控的长径比的正极活性材料前体。
[0037]因此，能够提供一种满足期望的电化学性能的正极活性材料前体。
附图说明
[0038]图1是使用根据本专利技术实施例1的正极活性材料前体制备的正极活性材料的横截面的扫描电子显微镜(SEM)照片。
[0039]图2是使用根据本专利技术实施例2的正极活性材料前体制备的正极活性材料的横截面的SEM照片。
[0040]图3是使用根据本专利技术比较例1的正极活性材料前体制备的正极活性材料的横截面的SEM照片。
[0041]图4是使用根据本专利技术比较例2的正极活性材料前体制备的正极活性材料的横截面的SEM照片。
[0042]图5是使用根据本专利技术比较例3的正极活性材料前体制备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制备正极活性材料前体的方法，所述方法包括如下步骤：提供含过渡金属的溶液，所述溶液包含镍、钴和锰；以及将所述含过渡金属的溶液引入反应器中，添加碱性水溶液和含铵阳离子的络合物形成剂，并进行共沉淀反应以制备具有通过聚集一次粒子而形成的二次粒子的形式的过渡金属氢氧化物，其中所述共沉淀反应是在满足下式1的条件下进行的：[式1]25<1.8
×
X+0.2
×
Y+20
×
Z<30在式1中，X为在所述含铵阳离子的络合物形成剂中所包含的铵阳离子的摩尔数对所述含过渡金属的溶液中所包含的过渡金属的总摩尔数之比，Y为所述共沉淀反应的温度，Z为在所述含过渡金属的溶液中所包含的镍的摩尔数对过渡金属的总摩尔数之比。2.根据权利要求1所述的方法，其中相对于所述过渡金属的总摩尔数，所述含过渡金属的溶液包含80mol％以上的镍。3.根据权利要求1所述的方法，其中添加所述含铵阳离子的络合物形成剂，使得在所述含铵阳离子的络合物形成剂中所包含的铵阳离子的摩尔数对所述含过渡金属的溶液中所包含的过渡金属的总摩尔数的比例为0.2～2.0。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述共沉淀反应的温度为40℃～60℃。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述共沉淀反应的pH为pH 10～pH 12。6.一种正极活性材料前体，所述正极活性材料前体包含：具有通过聚集一次粒子而形成的二次粒子的形式的过渡金属氢氧化物，其中所述正极活性材料前体的晶粒的长径比...

【专利技术属性】
技术研发人员：李应周，郑志勋，李峻远，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：