[发明专利]用于制备锂复合过渡金属氧化物的前体

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制备锂复合过渡金属氧化物的前体。更特别地，本发明涉及用于制备锂过渡金属氧化物的过渡金属前体，其中所述过渡金属前体包含特定的复合过渡金属化合物。

背景技术

随着移动装置技术的继续发展和对此需求的继续增加，对作为能源的二次电池的需求急剧增加。在这些二次电池中，许多研究集中于具有高能量密度和放电电压的锂二次电池。这种电池可商购获得并被广泛使用。

通常，作为锂二次电池用正极活性材料，主要使用含锂的钴氧化物如LiCoO₂。除此之外，也在考虑使用含锂的锰氧化物如具有层状晶体结构的LiMnO₂、具有尖晶石晶体结构的LiMn₂O₄等以及含锂的镍氧化物如LiNiO₂。

在正极活性材料中，LiCoO₂因优异的总体物理性质如优异的循环性能等而被广泛使用。然而，LiCoO₂的安全性低且由于作为原料的钴的资源限制而昂贵。锂镍基氧化物如LiNiO₂比LiCoO₂便宜且在充电至4.25V的电压时显示高放电容量。然而，锂镍基氧化物具有诸如高制造成本、由电池中的气体产生造成的溶胀、低化学稳定性、高pH等的问题。

另外，锂锰氧化物如LiMnO₂、LiMn₂O₄等的优势在于它们包含丰富且环境友好的原料Mn，因此作为能够替代LiCoO₂的正极活性材料引起了许多注意。特别地，在锂锰氧化物中，LiMn₂O₄具有诸如价格相对低廉、输出高等的优点。另一方面，当与LiCoO₂和基于三成分的活性材料相比时，LiMn₂O₄具有更低的能量密度。

为了克服这些缺点，用Ni置换LiMn₂O₄的一部分Mn并从而LiMn₂O₄具有比原始运行电位(约4V)更高的电位(约4.7V)。由于高电位，具有Li₁+_aNi_xMn_2-xO_4-z(0≤a≤0.1，0.4≤x≤0.5且0≤z≤0.1)组成的尖晶石材料非常适合用作EV以及需要高能量和高输出性能的中大型锂离子电池的正极活性材料。然而，由于高充放电电压电位，存在各种必须解决的问题如由正极活性材料的Mn溶解和电解质的副反应造成的电池性能下降。

同时，在如上所述包含两种以上材料如Ni、Mn等的锂过渡金属活性材料的情况下，不易通过简单的固相反应合成锂过渡金属活性材料。因此，作为用于制备锂过渡金属活性材料的前体，使用利用共沉淀法等制备的过渡金属前体是已知的。

为了通过经由均匀沉淀等控制这种过渡金属前体的粒度等，防止振实密度下降和优化粒子形状如球状等从而解决上述问题并显示期望的性能，正在进行对锂过渡金属氧化物的研究。

可以合成通过控制粒度和粒子分布而具有高振实密度的前体，并可以对粒子形状如球状进行优化。此外，如上所述的锂复合过渡金属氧化物可以显示优异的作为正极活性材料的性能。

然而，尽管进行了这样的各种尝试，仍未开发出用于制备具有令人满意的性能的锂复合过渡金属氧化物的前体和由其获得的锂复合过渡金属氧化物。

发明内容

技术问题

本发明旨在解决相关领域的上述问题并实现长久以来追求的技术目标。

作为各种广泛而深入的研究和实验的结果，本发明的发明人开发了一种包含特定的复合过渡金属化合物的过渡金属前体，并且确认，基于使用所述前体制备的锂复合过渡金属氧化物的二次电池显示优异的高速充电特性、优异的寿命特性以及高充放电效率，由此完成了本发明。

技术方案

根据本发明的一方面，提供一种用于制备锂复合过渡金属氧化物的前体，所述前体包含由下式1表示的复合过渡金属化合物：

Ni_aM_bMn_1-(a+b)(OH_1-x)₂      (1)

其中M是选自如下的至少一种：Ti，Co，Al，Cu，Fe，Mg，B，Cr，Zr，Zn和第II周期过渡金属；以及