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，所述方法可以降低正极活性材料的结块强度和强度随时间的变化，所述方法包括：第一步骤：将具有特定组成的正极活性材料前体、含锂原料和含硼原料混合，然后烧结混合物，从而制备包含在表面上形成有硼酸锂化合物的锂过渡金属氧化物的结块；以及第二步骤：通过研磨所述结块并洗涤经研磨的结块，制备已去除所述硼酸锂化合物的锂过渡金属氧化物。合物的锂过渡金属氧化物。

【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]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2020年8月21日提交的韩国专利申请第10
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2020
‑
0105291号的优先权，所述专利申请的公开内容通过引用并入本文中。

[0003][0004]本专利技术涉及一种制备正极活性材料的方法。

技术介绍

[0005]随着移动装置的技术发展和需求增加，对作为能源的二次电池的需求已显著增加。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广泛使用。
[0006]锂过渡金属氧化物已被用作锂二次电池的正极活性材料，并且在这些氧化物中，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LiCoO2。然而，由于LiCoO2因锂脱嵌导致晶体结构不稳定而具有非常差的热性能并且价格昂贵，因此在使用大量LiCoO2作为例如电动车辆的应用的电源方面存在限制。
[0007]锂锰复合金属氧化物(LiMnO2或LiMn2O4)、磷酸铁锂化合物(LiFePO4等)或锂镍复合金属氧化物(LiNiO2等)已被开发为替代LiCoO2的材料。在这些材料中，已经更积极地进行了锂镍复合金属氧化物的研究和开发，在所述锂镍复合金属氧化物中由于约200mAh/g的高可逆容量而可以容易地实现大容量电池。然而，LiNiO2的局限性在于，LiNiO2的热稳定性比LiCoO2更加差，并且当在充电状态下由于外部压力而发生内部短路时，正极活性材料本身分解而造成电池破裂和着火。
[0008]因此，作为一种在保持LiNiO2的优异可逆容量的同时改进低热稳定性的方法，已经开发了镍钴锰基锂复合过渡金属氧化物，其中一部分镍(Ni)被锰(Mn)和钴(Co)置换，或镍钴铝基锂复合过渡金属氧化物，其中一部分Ni被Mn和铝(Al)置换。
[0009]在所述锂复合过渡金属氧化物的表面上，存在锂副产物，例如制备过程期间未反应的LiOH和Li2CO3，以及烧结期间在高温下制备的Li2O。这些锂副产物增加了包括所述锂复合过渡金属氧化物的结块的强度。具体来说，随着温度降低，在高温下制备的Li2O暴露于空气，转变为Li2CO3或LiOH，其中，由于LiOH和Li2CO3作为锂复合过渡金属氧化物粒子之间的粘接剂，因此所述锂复合过渡金属氧化物粒子之间的强度增加。因此，包括所述锂复合过渡金属氧化物的结块的强度可能会增加，并且在例如研磨和筛分的后处理中可能会出现问题。此外，由于随着研磨条件变强，所述锂复合过渡金属氧化物可能会破裂，因此电池性能也可能下降。
[0010]因此，需要一种制备正极活性材料的方法，所述方法可以通过使可能留在锂复合过渡金属氧化物的表面上的残留锂最小化，例如通过改变所述残留锂的化学组成，来降低包括所述锂复合过渡金属氧化物的结块的强度。

技术实现思路

[0011]技术问题
[0012]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，所述方法可以通过在锂过渡金属氧化物的制备期间经由另外将能够与残留锂反应的含硼原料与正极活性材料前体和含锂原料一起混合、然后烧结混合物来制备包括在表面上形成有硼酸锂化合物的所述锂过渡金属氧化物的结块，来降低结块强度和所述强度随时间的变化。
[0013]技术方案
[0014]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：
[0015]第一步骤：通过将具有由式1或式2表示的组成的正极活性材料前体、含锂原料和含硼原料混合并烧结混合物，制备包括在表面上形成有硼酸锂化合物的锂过渡金属氧化物的结块；以及
[0016]第二步骤：通过研磨所述结块并洗涤经研磨的结块，制备已去除所述硼酸锂化合物的锂过渡金属氧化物，
[0017][式1][0018][Ni
a
Co
b
M
1c
M
2d
](OH)2[0019][式2][0020][Ni
a
Co
b
M
1c
M
2d
]O
·
OH
[0021]在式1和式2中，
[0022]M1是选自锰(Mn)和铝(Al)中的至少一种，
[0023]M2是选自硼(B)、镁(Mg)、钙(Ca)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、铁(Fe)、锌(Zn)、镓(Ga)、钇(Y)、锆(Zr)、铌(Nb)、钼(Mo)、钽(Ta)和钨(W)中的至少一种，并且
[0024]0.6≤a<1，0<b≤0.4，0<c≤0.4，0≤d≤0.1，a+b+c+d＝1。
[0025]有益效果
[0026]根据本专利技术的制备正极活性材料的方法，通过在锂过渡金属氧化物的制备期间经由另外将能够与残留锂反应的含硼原料与正极活性材料前体和含锂原料一起混合、然后烧结混合物来制备包括在表面上形成有硼酸锂化合物的锂过渡金属氧化物的结块，可以降低结块强度和所述强度随时间的变化。因此，由于可以容易地进行所述结块的研磨工序，因此不仅可以提高生产率，而且还可以提供具有优异品质的正极活性材料。
[0027]此外，由于所述硼酸锂化合物可以经由洗涤容易地去除，因此当通过根据本专利技术的方法制备的正极活性材料被用于电池中时，可以提高二次电池的性能。
具体实施方式
[0028]应当理解，本说明书和权利要求书中使用的词语或术语不应被解释为在常用词典中定义的含义，并且应进一步理解，所述词语或术语应当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本专利技术的原则被解释为具有与它们在本专利技术的相关领域和技术构思的背景下的含义相符的含义。
[0029]应进一步理解，本说明书中的术语“包括”、“包含”或“具有”指定所述特征、数量、步骤、要素或其组合的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、数量、步骤、要素或其组合。
[0030]在下文中，将更详细地描述本专利技术。
[0031]制备正极活性材料的方法
[0032]根据本专利技术的制备正极活性材料的方法包括：
[0033]第一步骤：通过将具有由式1或式2表示的组成的正极活性材料前体、含锂原料和含硼原料混合并烧结混合物，制备包括在表面上形成有硼酸锂化合物的锂过渡金属氧化物的结块；以及
[0034]第二步骤：通过研磨所述结块和洗涤经研磨的结块，制备已去除所述硼酸锂化合物的锂过渡金属氧化物，
[0035][式1][0036][Ni
a
Co
b
M
1c
M
2d
](OH)2[0037][式2][0038][Ni
a
Co
b
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]O
·
OH
[0039]在式1和式2中，
[0040]M1是选自锰(Mn)和铝(Al)中的至少一本文档来自技高网...

【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：第一步骤：通过将具有由式1或式2表示的组成的正极活性材料前体、含锂原料和含硼原料混合并烧结混合物，制备包括在表面上形成有硼酸锂化合物的锂过渡金属氧化物的结块；以及第二步骤：通过研磨所述结块并洗涤经研磨的结块，制备已去除所述硼酸锂化合物的锂过渡金属氧化物，[式1][Ni
a
Co
b
M
1c
M
2d
](OH)2[式2][Ni
a
Co
b
M
1c
M
2d
]O
·
OH其中，在式1和式2中，M1是选自Mn和Al中的至少一种，M2是选自B、Mg、Ca、Ti、V、Cr、Fe、Zn、Ga、Y、Zr、Nb、Mo、Ta和W中的至少一种，并且0.6≤a<1，0<b≤0.4，0<c≤0.4，0≤d≤0.1，a+b+c+d＝1。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述含硼原料是选自硼酸锂、氧化硼、硼酸、硼的含氧酸和硼的含氧酸盐中的至少一种。3.根据权利要求1所述的方法，其中相对于100重量份的所述正极活性材料前体，所述含硼原料的混合量为0.01重量份至5重量份。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述正极活性材料前体和所述含锂原料以1:0.9至1:1...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑元植，尹汝俊，李康炫，李泰荣，郑茸兆，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：