[发明专利]颗粒、其生产方法及其用途

说明书

本发明涉及包含通式(I)的混合氧化物的颗粒：

Li_1+aNi_bCo_cMn_dO_z                (I)

其中各变量各自如下所定义：

b为0.25-0.45的数，

c为0.15-0.25的数，

d＝1-b-c，

1.8+a≤z≤2.2+a，

(1+a)为1.05-1.20，

所述颗粒完全或部分被一种或多种氟化物涂敷。

本发明进一步涉及一种生产本发明颗粒的方法。本发明进一步涉及本发明颗粒的用途。

在最大工作电压下具有高存储容量的电化学电池越来越重要。使用基于含水体系工作的电化学电池通常不能获得所需容量。

在锂离子电池组中，电荷传输不是由呈或多或少水合形式的质子确保，而是由非水溶剂或非水溶剂体系中的锂离子确保。电极材料起特定作用。对阴极材料具有特别高的要求。

在许多情况下，必须在高电压下，即例如在4.3V或更高下工作的那些阴极是有问题的。在这些情况下，电解质存在氧化的危险，通常伴有其聚合。然而，在阴极上的聚合物层在最不利的情况下可以起绝缘体的作用并且因此导致电池组的效率明显降低。此外，发现许多阴极材料在该类电压下缺乏循环稳定性，因为太多的锂在放电过程中从结构中除(脱锂)且相应阴极材料的结构可能坍塌。

因此，本发明的目的是要提供适合生产甚至在高电压下，即例如在4.3V或更高下且尤其是在多重显著脱锂的情况下也具有长寿命的阴极的材料。本发明的另一目的是要提供一种借此可以制造可以进一步加工成相应阴极的材料的方法。本发明的另一目的是要提供甚至在高电压下且尤其是在多重显著脱锂的情况下也具有长寿命的电极和电化学电池。

因此，发现了开头所定义的颗粒，其在本发明上下文中也称为本发明颗粒。

在本发明上下文中，“循环”是指电池组或电化学电池的充电和再次放电。

本发明颗粒包含至少一种通式(I)的混合氧化物：

Li_1+aNi_bCo_cMn_dO_z               (I)

其中各变量各自如下所定义：

b为0.25-0.45的数，优选0.37-0.42，

c为0.15-0.25的数，优选0.17-0.22，

d＝1-b-c，

(1+a)为1.05-1.20，优选1.10-1.15，

1.8+a≤z≤2.2+a，

所述颗粒完全或优选部分被一种或多种氟化物涂敷。

在本发明的一个实施方案中，本发明颗粒包含至少两种通式(I)的混合氧化物。在本发明的另一实施方案中，本发明颗粒正好包含一种通式(I)的混合氧化物。

在本发明的一个实施方案中，本发明颗粒除了通式(I)的混合氧化物外不包含任何其他含Mn、Co或Ni的氧化化合物。在本发明的另一实施方案中，本发明颗粒可以包含Li₂MnO₃，例如基于通式(I)的化合物为5-22mol％。

在本发明的一个实施方案中，本发明颗粒具有的氟化物与通式(I)的混合氧化物中过渡金属总和的摩尔比为0.02-0.15。

在本发明的一个实施方案中，本发明材料具有基本层状结构，即为层状氧化物。相应晶格的结构可以通过本身已知的方法，例如X射线衍射或电子衍射，尤其是X射线粉末衍射法测定。

在本发明的一个实施方案中，本发明颗粒可以具有0.1-5m²/g的BET表面积，这例如通过氮气吸附例如根据DIN ISO 9277:2003-05测定。

在本发明的一个实施方案中，本发明材料可以用基于总化合物(I)总共至多为2重量％，优选总共至多1重量％的金属离子掺杂，该金属离子选自Na、K、Rb、Cs、碱土金属、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Ag、Zn、B、Al、Zr、Mo、W、Nb、Si、Ga和Ge的阳离子。在本发明的优选实施方案中，本发明材料不用其他金属离子掺杂。