生产用于电池组的高镍锂化金属氧化物的方法技术

一种制备高镍锂化金属氧化物的方法，包括：选择一种或多种镍前体；至少一种非腐蚀性锂盐；以及多种金属氧化物或氢氧化物前体。将金属前体和锂盐混合在一起以形成包含式(F

【技术实现步骤摘要】
生产用于电池组的高镍锂化金属氧化物的方法


[0001]本公开涉及一种制造用于电化学电池如电池组(battery)的阴极活性材料的方法。更具体地，本公开描述了一种用于生产高镍或富镍锂化金属氧化物的方法。

技术介绍

[0002]本节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，不构成现有技术。
[0003]在制造锂离子电池组的常规工艺中，高镍阴极材料，例如Li
x
Ni
y
Co
z
M
(1
‑
y
‑
z)
O2，其中，M是铝(Al)和/或锰(Mn)，x≥0.8，y≤0.15，需要使用氢氧化锂(LiOH)作为锂源在高温(例如≥700℃)下的氧气(O2)环境中生产。在典型的生产工艺中，将硫酸镍(II)、硫酸钴(II)、硫酸铝(III)和/或硫酸锰(II)溶于水，再加入氢氧化钠和氢氧化铵的混合物共沉淀。然后将沉淀的氢氧化物洗涤、干燥并与LiOH*H2O共混。所得共混物或混合物在750℃下的氧气环境中烧结形成锂化高镍金属氧化物。
[0004]在此工艺中，氧气是必需的，因为锂化金属氧化物中的镍需处于高氧化态(例如Ni
3+
)，而起始的硫酸镍(II)前体包括具有Ni
2+
氧化态的镍。Ni
2+
在高温下难以氧化为Ni
3+
，因此在烧结过程中需要高分压的氧气。这也是选择使用LiOH而不是其他锂前体如Li2CO3的主要原因之一。如果使用Li2CO3，在烧结过程中会释放CO2，从而降低氧气分压，导致生成的金属氧化物中混杂的Ni
2+
和Li
+
离子的含量增加。
[0005]LiOH因其熔点低(即，约462℃)常被使用。熔化的LiOH通过增加锂盐和混合金属氧化物颗粒之间的接触面积促进锂化反应，所以使用LiOH的工艺能够在相对低的温度(700℃
‑
800℃)下形成完全锂化的金属氧化物。相比之下，Li2CO3的熔点为723℃，如果使用碳酸锂作为锂盐，则需>800℃的烧结温度。
[0006]此外，由于高镍锂化金属氧化物的热稳定性较差，该工艺的烧结温度不能保持在高水平。更具体地，高镍锂化金属氧化物会在高温下分解形成Li
(1
‑
x)
Ni
(1+x)
O2并释放氧气。因此，由于烧结温度较低且在烧结过程中不会产生CO2，常选择LiOH而非Li2CO3用于商业生产高镍锂化金属氧化物阴极材料。
[0007]不幸的是，在生产工艺中通常使用的烧结温度下，LiOH对熔炉和坩埚的金属部件具有高度腐蚀性。在生产过程中产生的腐蚀速率通常会导致生产成本的显著和不期望的增加。为提高效率并降低生产成本，期望用非腐蚀性盐代替LiOH。

技术实现思路

[0008]本公开一般涉及一种制造用于电化学电池如电池组的阴极活性材料的方法。更具体地，本公开描述了一种用于生产高镍或富镍锂化金属氧化物的方法。
[0009]用于制备高镍锂化金属氧化物的方法一般包括：
[0010]a.选择一种或多种镍前体；
[0011]b.提供至少一种非腐蚀性锂盐；
[0012]c.输送多种金属氧化物或氢氧化物前体；
[0013]d.混合所述一种或多种镍前体、所述至少一种非腐蚀性锂盐和所述多种金属氧化物或氢氧化物前体以形成包含下式的混合物：
[0014]Li
x
Ni
y
M
z
N
(1
‑
y
‑
z)
O
(2
‑
a)
F
a
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(F
‑
1)
[0015]其中，x＝1.0
‑
1.1，0.80≤y≤0.90，0.03<z≤0.15，0≤a≤0.05，M为Co或Fe；N为Al、Mn、Fe、Ca、Mg、Ti、Cr、Nb、Mo、W、B或其混合物，当M为Co时，N可以为Fe；
[0016]e.在第一烧结步骤中，混合物在温度≥750℃的空气环境中烧结以形成粉末；
[0017]f.在第二烧结步骤中，粉末在温度≤750℃的氧气环境中烧结以形成高镍锂化金属氧化物。
[0018]根据本公开的另一方面，用于电池组的阴极活性材料包括根据上述方法形成并在本文中进一步定义的材料，其组成根据式(F
‑
1)进行描述。
[0019]根据本公开的又一方面，提供一种锂离子或锂电池组，其包含具有根据式(F
‑
1)的组成的阴极活性材料。
[0020]基于本文提供的描述，进一步的适用领域将变得显而易见。应当理解，此处的描述及具体示例仅旨在用作说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。
附图说明
[0021]为使本公开更易理解，现将参考附图描述其通过实施例给出的多种形式。每个附图中的部件不必按比例绘制，主要强调说明本公开的原理。
[0022]图1是示出根据本公开的教导的用于生产高镍或富镍锂化金属氧化物的两步烧结方法的流程图。
[0023]图2A和图2B示出了根据本公开的教导制备的并在不同条件下烧结的NCA80(图2A)和NCA90(图2B)的X射线衍射(XRD)图谱。
[0024]图3示出了在暴露于和不暴露于氧气环境中的第二烧结步骤(750℃)的情况下在空气环境中使用第一烧结步骤(800℃)烧结的NCA80的另外的X射线衍射(XRD)图谱。
[0025]图4示出了在暴露于和不暴露于氧气环境中的第二烧结步骤(750℃)的情况下在空气环境中使用第一烧结步骤(800℃)烧结的NCMA90的另一X射线衍射(XRD)图谱。
[0026]本文的附图仅用于说明目的，不旨在以任何方式限制本公开的范围。应当理解，在所有描述和附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部分和特征。
具体实施方案
[0027]以下描述本质上仅是示例性描述并不旨在限制本公开或其应用或用途。例如，根据本文包含的教导制备和使用的高镍或富镍锂化金属氧化物在本公开中被描述为与电池组一同使用的阴极活性材料，以便更充分地说明其结构要素和用途。这种高镍锂化金属氧化物在其他应用中的结合和使用，包括但不限于作为其他电化学电池中电极的至少一部分，被认为在本公开的范围内。
[0028]就本公开的目的而言，本文中的术语“约”和“基本上”用于修饰与本领域技术人员已知的预期变化(例如，测量的局限性和可变性)相关的可测量值和范围。
[0029]就本公开的目的而言，本文中的术语“至少一个”和“一个或多个”要素可互换使用且具有相同的含义。这些术语，其指包括单个要素或多个要素，也可以由要素末尾的后缀
“
(s)”表示。例如，“至少一种金属”、“一种或多种金属”和“金属(s)”可互换使用且具有相同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于制备高镍锂化金属氧化物的方法，所述方法包括：a.选择一种或多种镍前体；b.提供至少一种非腐蚀性锂盐；c.输送多种金属氧化物或氢氧化物前体；d.将所述一种或多种镍前体、所述至少一种非腐蚀性锂盐和所述多种金属氧化物或氢氧化物前体以形成包含下式的混合物：Li
x
Ni
y
M
z
N
(1
‑
y
‑
z)
O
(2
‑
a)
F
a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(F
‑
1)其中，x＝1.0
‑
1.1，0.80≤y≤0.90，0.03<z≤0.15，0≤a≤0.05，M为Co或Fe；N为Al、Mn、Fe、Ca、Mg、Ti、Cr、Nb、Mo、W、B或其混合物，当M为Co时，N为Fe；e.在第一烧结步骤中，在温度≥750℃的空气环境中烧结所述混合物以形成粉末；以及f.在第二烧结步骤中，在温度≤750℃的氧气环境中烧结所述粉末以形成高镍锂化金属氧化物。2.根据权利要求1所述的方法，其中，式(F
‑
1)中的M为钴。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，式(F
‑
1)中的y为0.80≤y≤0.87。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，式(F
‑
1)中的y为0.80≤y≤0.85。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，式(F
‑
1)中的N为Al。6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，式(F
‑
1)中的N为Mn。7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，式(F
‑
1)中的N为Al和Mn，其中Al/Mn的摩尔比的范围为0.99/0.01至0.01/0.99。8.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，式(F
‑
1)中的N为Al、Mn、和Fe或Mo，其中Al/Mn/(Fe
‑
Mo)的摩尔比的范围为0.99/0.05/0.05至0.05/0.99/0.05至0.05/0.05/0.99。9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述第二烧结步骤中的氧气环境为纯氧。10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述第一烧结步骤中的温度为≥750℃且≤1000℃。11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，所述第一烧结步骤中的温度为≥800℃且≤950℃。12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，所述第一烧结步骤中的温...

【专利技术属性】
技术研发人员：B，
申请(专利权)人：太平洋工业发展公司，
类型：发明
国别省市：