[发明专利]用于制备锂过渡金属氧化物的前体

说明书

本发明提供一种制备锂过渡金属氧化物的前体，其通过与一种含锂化合物的反应用于制备锂二次电池中作为阴极活性材料的锂过渡金属氧化物，其中所述前体含有两种或更多种过渡金属，且所述前体还含有来自用于制备前体的过渡金属盐的、含硫酸根离子(SO₄)的盐离子，该离子的含量基于所述前体的总重量计为0.1至0.7重量％。

本申请是2009年4月3日提交的名称为“用于制备锂过渡金属氧化物的前体”的发明专利申请200980100467.0的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于制备锂过渡金属氧化物的前体。更具体地，本发明涉及一种用于制备锂过渡金属氧化物的前体，其用于通过与一种含锂化合物反应来制备锂二次电池中作为阴极活性材料的锂过渡金属氧化物，其中所述前体含有两种或更多种过渡金属，且所述前体还含有来自用于制备所述前体的过渡金属盐的、含硫酸根离子(SO₄)的盐离子，该盐离子的含量基于所述前体的总重量计为0.1至0.7重量％。

背景技术

随着对移动设备的技术开发和需求的增加，对作为能源的二次电池的需求快速增长。其中，具有高能量密度和电压、长的循环使用周期和低自放电速率的锂二次电池已被商用化并广泛使用。

大量使用含锂的钴氧化物(LiCoO₂)作为锂二次电池的阴极活性材料。此外，还考虑使用含锂的锰氧化物，如具有层状晶体结构的LiMnO₂和具有针状晶体结构的LiMn₂O₄，以及含锂的镍氧化物(LiNiO₂)。

上文提及的阴极活性材料中，LiCoO₂由于其优越的总体性能(如出色的循环特性)目前被广泛使用，但也受到不利的问题的影响，例如低安全性、由于原料钴的有限来源之故较昂贵等。锂锰氧化物，如LiMnO₂和LiMn₂O₄是具有大量来源的材料，并且有利的采用了环境友好的锰，因此作为能够替代LiCoO₂的阴极活性材料受到大量的关注。但是，这些锂锰氧化物的缺点为例如低容量和不佳的循环特性。

然而，锂/镍基氧化物，如LiNiO₂相对于钴基氧化物较低廉，且在充电至4.25V时具有高放电容量。掺杂的LiNiO₂的可逆容量约为200mAh/g，超过了LiCoO₂的容量(约153mAh/g)。因此，尽管LiNiO₂的平均放电电压和体积密度较低，但含有LiNiO₂作为阴极活性材料的商用化电池具有提高的能量密度。为此，已针对应用这些镍基阴极活性材料以改进高容量电池的可行性活跃地进行了大量深入的研究。

许多现有技术关注提高LiNiO₂基阴极活性材料的性能以及LiNiO₂的制造方法。例如，已提出一种锂过渡金属氧化物，其中一部分镍被其它过渡金属元素，如Co、Mn等代替。但是，LiNiO₂基阴极活性材料仍受到一些仍未完全解决的缺点的不利影响，如高生产成本、制作出的电池中由于产生气体而膨胀、不佳的化学稳定性、高pH值等。

同时，锂过渡金属氧化物通常通过将一种锂前体与一种过渡金属前体混合并在高温下烧结所述混合物而制备。此情况下，过渡金属氧化物或过渡金属氢氧化物被大量用作上述过渡金属前体。此外，当含有两种或多种过渡金属时，单独的过渡金属材料被加入，或者它们以复合过渡金属氧化物的形式或复合过渡金属氢氧化物的形式使用。

在这类过渡金属前体的制造过程中，为制备当其用作阴极活性材料时具有出色的放电容量、寿命特性和速率特性的锂过渡金属氧化物，以前将研究集中在通过控制粒径或通过球化而优化颗粒形状来防止堆积密度降低上。

尽管已如上作出多种尝试，但本领域中仍对开发一种具有令人满意的性能的锂过渡金属氧化物以及一种用于其制备的过渡金属前体有强烈的需求。