制备正极活性材料的方法技术

本发明专利技术涉及一种制备正极活性材料的方法，所述方法包括以下步骤：通过混合镍含量为70atm％以上的过渡金属前体和锂原料并进行一次烧结来形成预烧结产物，以及通过对所述预烧结产物进行二次烧结来形成锂复合过渡金属氧化物，其中进行所述一次烧结以使得所述预烧结产物的尖晶石相比率在7％至16％的范围内。产物的尖晶石相比率在7％至16％的范围内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制备正极活性材料的方法


[0001]本申请要求2020年8月18日提交的韩国专利申请第10
‑
2020
‑
0103341号的优先权，该韩国专利申请的公开内容通过引用并入本文。
[0002]本专利技术涉及一种制备正极活性材料的方法，更具体来说，涉及一种制备具有优异的容量保持率和电阻特性的富镍正极活性材料的方法。

技术介绍

[0003]最近，随着对于移动装置和电动车辆的技术发展和需求增加，对作为能源的二次电池的需求显著增加。在这些二次电池中，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且被广泛使用。
[0004]已经将锂过渡金属复合氧化物用作锂二次电池的正极活性材料，而且在这些氧化物中，主要使用具有高工作电压和优异容量特性的锂钴复合金属氧化物，诸如LiCoO2。然而，由于脱锂引起晶体结构不稳定，LiCoO2具有不良的热性能。此外，由于LiCoO2较为昂贵，因此在使用大量LiCoO2作为诸如电动车辆等应用的电源时存在限制。
[0005]已经开发了锂锰复合金属氧化物(LiMnO2或LiMn2O4)、锂铁磷酸盐化合物(LiFePO4等)或锂镍复合金属氧化物(LiNiO2等)作为替代LiCoO2的材料。在这些材料中，更积极地进行由于约200mAh/g的高可逆容量而可以容易地实现大容量电池的锂镍复合金属氧化物的研究和开发。然而，LiNiO2的局限在于LiNiO2的热稳定性比LiCoO2差，在充电状态下由于外部压力而发生内部短路时，正极活性材料自身分解，从而导致电池破裂和起火。因此，作为一种在保持LiNiO2的优异可逆容量的同时改善低热稳定性的方法，已经开发了锂过渡金属氧化物，其中镍(Ni)的一部分被钴(Co)、锰(Mn)或铝(Al)置换。
[0006]对于使用锂过渡金属氧化物，特别是富镍锂过渡金属氧化物作为正极活性材料的锂离子电池，由于在相同电压范围内镍氧化量因高镍含量而增加，因此锂离子移动量增加，结果因正极稳定性降低和二次电池寿命特性劣化而存在限制。
[0007]因此，需要开发一种具有优异寿命特性的富Ni正极活性材料。

技术实现思路

[0008]技术问题
[0009]本专利技术的一个方面提供了一种制备富镍正极活性材料的方法，所述方法可以通过控制所述富镍正极活性材料的制备过程中的烧结条件来改进寿命特性。
[0010]技术方案
[0011]根据本专利技术的一个方面，提供了一种制备正极活性材料的方法，所述方法包括以下步骤：
[0012]通过混合镍含量为70atm％以上的过渡金属前体和锂原料并进行一次烧结来形成预烧结产物；以及
[0013]通过对所述预烧结产物进行二次烧结来形成锂复合过渡金属氧化物，
[0014]其中进行所述一次烧结以使得所述预烧结产物的尖晶石相比率在7％至16％的范围内。
[0015]如有必要，在形成预烧结产物之后，所述方法还可以包括测量所述预烧结产物的晶相信息的步骤和/或对所述预烧结产物进行粉碎或分级的步骤。
[0016]所述过渡金属前体和所述锂原料可以按使锂:过渡金属的摩尔比在1.04:1至1.1:1的范围内的量混合。
[0017]优选地，所述过渡金属前体可以是由以下式1或式2表示的化合物，并且所述锂原料可以是LiOH
·
H2O。
[0018][式1][0019]Ni
a
Co
b
Mn
c
(OH)2[0020][式2][0021]Ni
a
Co
b
Mn
c
OOH
[0022]在式1和式2中，0.7≤a<1，0.01≤b<0.3，0.01≤c<0.3。
[0023]所述一次烧结可以在580℃至680℃的温度范围内进行，而所述二次烧结可以在700℃至850℃的温度范围内进行。
[0024]可以在所述一次烧结过程中进一步混合M1原料(其中M1是选自铝(Al)、硅(Si)、硼(B)、钨(W)、钼(Mo)、镁(Mg)、钒(V)、钛(Ti)、锌(Zn)、镓(Ga)、铟(In)、钌(Ru)、铌(Nb)、钽(Ta)、锡(Sn)、锶(Sr)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)和锆(Zr)中的至少一种)，并且在这种情况下，所述M1原料可以是氢氧化铝。
[0025]根据本专利技术的制备方法制备的锂复合过渡金属氧化物可以是由以下式3表示的化合物。
[0026][式3][0027]Li
1+x
[Ni
a
Co
b
Mn
c
M
1d
]O2[0028]在式3中，0≤x≤0.1，0.7≤a<1，0.01≤b<0.3，0.01≤c<0.3，0≤d<0.3，a+b+c+d＝1，
[0029]M1是选自Al、Si、B、W、Mo、Mg、V、Ti、Zn、Ga、In、Ru、Nb、Ta、Sn、Sr、La、Ce、Pr和Zr中的至少一种。
[0030]有益效果
[0031]由于根据本专利技术的制备正极活性材料的方法通过调节一次烧结条件使预烧结产物的尖晶石相含量在特定范围内，因此所述方法提高了锂和过渡金属前体的反应性和最终产物的结晶度，由此所述方法能够制备具有优异寿命特性的富镍正极活性材料。
[0032]另外，根据本专利技术的制备正极活性材料的方法，由于是在一次烧结过程中去除了水分和不必要的气体之后进行二次烧结，因此所述正极活性材料的密度有所增加，并且可以获得提高结晶度的效果。
具体实施方式
[0033]基于专利技术人可以适当地定义所述词语或术语的含义以最好地解释专利技术的原则，应当理解，说明书和权利要求书中使用的词语或术语不应当被解释为常用词典中定义的含义，而且还应当理解，所述词语或术语应当被解释为具有与它们在相关技术背景下的含义
和本专利技术的技术构思一致的含义。
[0034]由于为了提高富镍(Ni)正极活性材料的初始容量和寿命特性进行了大量研究之故，本专利技术人已经发现，在富Ni正极活性材料制备过程中通过一次烧结形成预烧结产物之后进行二次烧结，但进行一次烧结使得所述预烧结产物的晶相中的尖晶石相比率满足特定范围的情况下，可以提高富Ni正极活性材料的初始容量和寿命特性，从而完成本专利技术。
[0035]在下文中，将更详细地描述本专利技术。
[0036]根据本专利技术的制备正极活性材料的方法包括以下步骤：(1)通过混合镍含量为70atm％以上的过渡金属前体和锂原料并进行一次烧结来形成预烧结产物；以及(2)通过对所述预烧结产物进行二次烧结来形成锂复合过渡金属氧化物，而且在这种情况下，进行所述一次烧结以使得所述预烧结产物的尖晶石相比率在7％至16％的范围内。在形成所述预烧结产物之后，如有必要，所述方法还可以包括测量所述预烧结产物的晶相信息的本文档来自技高网...

【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的方法，所述方法包括如下步骤：通过混合镍含量为70atm％以上的过渡金属前体和锂原料并进行一次烧结来形成预烧结产物；以及通过对所述预烧结产物进行二次烧结来形成锂复合过渡金属氧化物，其中进行所述一次烧结以使得所述预烧结产物的尖晶石相比率在7％至16％的范围内。2.根据权利要求1所述的方法，在形成所述预烧结产物之后，所述方法还包括测量所述预烧结产物的晶相信息的步骤。3.根据权利要求1所述的方法，在形成所述预烧结产物之后，所述方法还包括对所述预烧结产物进行粉碎或分级的步骤。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述过渡金属前体和所述锂原料以使得锂:过渡金属的摩尔比在1.04:1至1.1:1范围内的量混合。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述过渡金属前体是由式1或式2表示的化合物：[式1]Ni
a
Co
b
Mn
c
(OH)2[式2]Ni
a
Co
b
Mn
c
OOH其中，在式1和式2中，0.7≤a<1，0.01≤b<0.3，0.01≤c<0.3。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述锂原料是LiOH
·
H2O。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：李优榄，金娜丽，姜东怜，崔相洵，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：