[发明专利]用于制备锂化过渡金属氧化物的方法

说明书

本发明涉及一种用于制备锂化过渡金属氧化物的方法，所述方法包括以下步骤：(a)提供选自镍和至少一种选自锰和钴的过渡金属的混合氧化物、氢氧化物、羟基氧化物和碳酸盐的前体，其中所述前体的至少45摩尔％的阳离子是Ni阳离子，(b)将所述前体与至少一种选自LiOH、Li₂O、Li₂CO₃和LiNO₃的锂盐混合，由此得到混合物，(c)将至少一种通式(I)X_yH_3‑yPO₄(I)的磷化合物加入步骤(b)中得到的混合物，其中X选自NH₄和Li，y为1或2，其中步骤(b)和(c)可以连续或同时进行，在650‑950℃的温度下处理由此得到的混合物。

本发明涉及制备锂化过渡金属氧化物的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)提供选自镍和至少一种选自锰和钴的过渡金属的混合氧化物、混合氢氧化物、混合羟基氧化物和混合碳酸盐的前体，其中前体的至少45摩尔％的阳离子是Ni阳离子，

(b)将所述前体与至少一种选自LiOH、Li₂O、Li₂CO₃和LiNO₃的锂盐混合，由此得到混合物，

(c)将至少一种通式(I)的磷化合物加入步骤(b)中得到的混合物，

X_yH_3-yPO₄ (I)

其中

X选自NH₄和Li，

y为1或2，

其中步骤(b)和(c)可以连续或同时进行，

(d)在650-950℃的温度下处理由此得到的混合物。

存储能源一直是兴趣渐增的主题。电化学电池，例如二次电池组或蓄电池可用于存储电能。最近，锂离子电池组已经受到特别的关注。它们在几个技术方面优于传统电池组。例如，它们可用于产生利用基于含水电解质的电池组不能得到的电压。

在锂离子电池组中，制造电极的材料，更特别地制造阴极的材料起重要作用。

在许多情况下，使用含锂的混合过渡金属氧化物，尤其是含锂的镍-钴-锰氧化物作为活性材料。在用于制备锂离子电池组的阴极材料的通常方法中，首先通过将过渡金属以碳酸盐、氧化物或优选氢氧化物形式(其可以是或不是碱性的)共沉淀而形成所谓的前体。然后将前体与锂盐(例如但不限于LiOH、Li₂O、LiNO₃或者尤其是Li₂CO₃)混合，并在高温下煅烧(烧制)。锂盐可作为水合物或以脱水形式使用。热处理可以在800-1000℃的温度下进行。

在许多情况下，期望实现混合过渡金属氧化物的高镍含量，因为这些材料具有高容量和高能量密度。然而，在许多情况下，富含镍的材料具有降低的热稳定性。此外，数种相对于总过渡金属含量具有45摩尔％和更高的镍含量的锂化过渡金属氧化物通常会有残留的碳酸盐含量。这样的残留碳酸盐常常导致在多个循环步骤之后锂离子电池组的容量劣化。其他该类不希望化合物是氧化锂和氢氧化锂。锂化过渡金属氧化物中的痕量碳酸锂可源自未反应的碳酸锂，其作为常用原料用于将锂引入相应前体。虽然建议用氢氧化锂或一些除碳酸锂以外的其他锂化合物代替碳酸锂，但价格合理和易于处理仍然驱使许多制造商使用它。特别地，相对于总过渡金属含量包含45摩尔％或更多的Ni的带有锂盐的前体转化可能缓慢，导致未反应的锂盐。该类未反应的锂盐可以在空气中储存或处理期间转化为碳酸锂。Li₂CO₃可能与电池组充电或放电期间形成的痕量的任何路易斯酸反应。在这种反应中，将形成可能在操作期间破坏电池组的CO₂。因此，在大多数情况下，不能接受的残留的碳酸盐含量为0.5％。