[发明专利]高度结晶性的锂过渡金属氧化物

说明书

技术领域

本发明涉及粉末状锂过渡金属氧化物，其在可充电锂电池中用作活性阴极材料。更具体地，在Li(Mn-Ni-Co)O₂类型的化合物中，较高的结晶性通过最优化选择烧结温度而获得。

背景技术

LiCoO₂仍然是可充电电池最广泛使用的阴极材料。然而，由于特别的原因存在用其它材料代替它的强大压力。现在，钴的稀少的资源和对于高价格的担心加速了这个趋势。除都具有低得多的能量密度的LiFePO₄和Li-Mn-尖晶石之外，基于LiNiO₂的层状阴极材料和基于Li(Mn-Ni-Co)O₂的层状阴极材料在商业电池应用中是代替LiCoO₂的最可能的候选者。今天基本已知在四元体系Li[Li_1/3Mn_2/3]O₂-LiCoO₂-LiNiO₂-LiNi_0.5Mn_0.5O₂中M＝Mn、Ni、Co的任何组成Li[Li_xM_1-x]O₂以层状相存在，并且在大多数情况下是电化学活性的。

可以概括的是，在90年代中期，现有技术是在LiCoO₂-LiMn_1/2Ni_1/2O₂-{Li_1-xNi_x}NiO₂之间的固态溶液的富含Ni的位置中的组成，其包括其它的掺杂物(如Al)。同样已知其它位置的LiCoO₂和LiNi_1/2Mn_1/2O₂。

在90年代，很少有人关注Li的化学计量。所以以上专利仅要求保护LiMO₂，或一定范围的Li化学计量，但是Li∶M比例通常尚未被理解为需要优化的重要变量。Li₁M₁一般被看作希望的化学计量，其中该化学计量只有在使用小的过量锂时才能获得。

在90年代后期，过量锂的功能慢慢得到理解。

结论性地表示增加的锂可以被掺杂到LiMO₂中的第一份文献是JP2000-200607，其要求保护其中M是平均价态为3的至少两种金属的Li[Co_1-xM_x]O₂和Li[Ni_1-xM_x]O₂。金属M包括锂、Mn、Co、Ni。不令人惊奇地，在以后的几年中发表了另外几篇关于富含锂(＝Li[Li_xM_1-xO₂])的阴极材料的出版物。就本发明的发明人所知，JP11-307097第一次公开了在LiMO₂(M＝Mn、Ni、Co)晶体结构中掺杂过量锂的可能性，其请求保护Li_(1-a)Ni_1-b-c-dMn_bCo_cM_dO₂，其中-0.15＜a＜0.1，0.02＜b＜0.45，0＜c＜0.5和0≤d＜0.2。乍看权利要求1的分子式Li_xMO₂(如果x＝1.05，为Li_1.05MO₂)与现在认为的最好写为Li_1.025M_0.975O₂的观点相抵触，即在氧的化学计量之间有小的差异，第一个分子式有略低的(Li+M)∶O比例。两个分子式描述了相同的材料，此外，没有一个分子式完全准确地描述了该材料，这仅仅因为任何“实际的”材料可能具有一定数量的其它无序度，例如氧或阴离子空缺或空隙，表面上的组成不同，等。

因此-1998的现有技术可以定义为在三元体系LiNiO₂-LiCoO₂-LiNi_1/2Mn_1/2O₂-Li[Li_1/3Mn_2/3]O₂中的所有固态溶液。