[发明专利]用于制备可充电蓄电池的基于Ni的Li过渡金属氧化物阴极的前体及方法

说明书

本发明描述一种结晶前体化合物，其用于制造基于锂过渡金属的氧化物粉末，该基于锂过渡金属的氧化物粉末可用作锂离子蓄电池中的活性正电极材料，该前体具有通式Li_1‑a((Ni_z(Ni_1/2Mn_1/2)_yCo_x)_1‑kA_k)_1+aO₂，其中x+y+z＝1，0.1≤x≤0.4，0.25≤z≤0.55，A为掺杂物，0≤k≤0.1，并且0.04≤a≤0.50，其中该前体具有以nm表示的结晶尺寸L，其中77‑(67*z)≤L≤97‑(67*z)。本发明还描述一种用于制造正电极材料的方法，该正电极材料具有通式Li_1‑a’((Ni_z(Ni_1/2Mn_1/2)_yCo_x)_1‑kA_k)_1+a’O₂，其中x+y+z＝1，0.1≤x≤0.4，0.25≤z≤0.55，A为掺杂物，0≤k≤0.1，并且0.01≤a’≤0.10，该正电极材料是通过在介于800℃与1000℃之间的温度T下在氧化气氛中将该结晶前体化合物烧结介于6h与36h之间的时间T来制造的。

技术领域及背景技术

本发明涉及一种以大规模且以低成本制备高Ni“NMC”阴极粉末状材料的前体及方法。我们通过“NMC”指代锂-镍-锰-钴-氧化物。高Ni NMC粉末可用作可充电的Li离子蓄电池(batteries)中的阴极活性材料。含有本发明的阴极材料的蓄电池产生较好的性能，诸如较高的循环稳定性和低的可溶性碱的含量。

目前，可充电的Li离子蓄电池开始进入“大型(large)”可充电的蓄电池市场。在此，“大型蓄电池(large battery)”是指诸如汽车用蓄电池的应用，以及固定式发电站。这些大型固定式蓄电池或汽车用蓄电池比先前占主导地位的用于携带式应用的蓄电池大得多，此类携带式应用的蓄电池为如笔记本电脑的圆筒形电池或智能型手机的聚合物电池。因此，对于“大型蓄电池”阴极材料而言存在基本上不同的需要，不仅是在性能方面，而且是从资源匮乏的观点来看。先前，大多数可充电的锂蓄电池使用LiCoO₂(LCO)作为阴极材料。LiCoO₂由于有限的钴资源而对于大型蓄电池而言是不可持续的，因为根据钴发展协会(Cobalt Development Institute)，现今地球上可供使用的钴已有约30％用于蓄电池。这种情况对于所谓的NMC阴极材料而言不太重要。示例为“442”和“532”阴极材料；442通常是指Li_1+xM_1-xO₂，其中x＝0.05并且M＝Ni_0.4Mn_0.4Co_0.2；而532通常是指LiMO₂，其中M＝Ni_0.5Mn_0.3Co_0.2。NMC阴极材料含有较少的钴，因为镍和锰取代了钴。因为镍和锰比钴价廉且相对更丰富，所以在大型蓄电池中NMC具有取代LiCoO₂的潜力。其他候选材料如橄榄石(LiFePO₄)的竞争力较小，因为相较于NMC，其能量密度低得多。