[发明专利]用于可充电蓄电池的锂过渡金属氧化物阴极材料的前体

说明书

本发明提供了一种用于制造锂过渡金属(M)‑氧化物粉末的颗粒前体化合物，该锂过渡金属(M)‑氧化物粉末用作锂离子蓄电池中的活性正电极材料，其中(M)为Ni_xMn_yCo_zA_v，A为掺杂物，其中0.33≤x≤0.60，0.20≤y≤0.33，并且0.20≤z≤0.33，v≤0.05，并且x+y+z+v＝1，该前体包含摩尔比为x:y:z的Ni、Mn和Co，并且具有以m²/g表示的比表面积BET以及以wt％表示的硫含量S，其中式(I)。

技术领域与背景技术

本发明涉及用于可充电蓄电池(battery)的锂过渡金属氧化物的前体，其具有独特的特性组合，为诸如汽车应用的严苛技术提供优异蓄电池材料。更具体地，该前体可为具有物理和化学特性(如硫含量和比表面积，其与前体Ni含量具有数学公式关系)的氢氧化物或氧基氢氧化物化合物。

由于可充电的锂和锂离子蓄电池的高能量密度，其可用于多种携带式电子应用中，诸如移动电话、笔记本电脑、数字相机、以及摄影机。可商购的锂离子蓄电池一般由基于石墨的阳极和基于LiCoO₂的阴极材料组成。然而，基于LiCoO₂的阴极材料昂贵且一般具有大约150mAh/g的相对低电容量。

基于LiCoO₂的阴极材料的替代物包括LNMCO型阴极材料。LNMCO意指锂-镍-锰-钴-氧化物。其组成为LiMO₂或Li_{1+x’M1-x’}M_1-x’O₂，其中M＝Ni_xCo_yMn_zA_m(其更常称为“NMC”，A为一种或多种掺杂物)。LNMCO具有类似LiCoO₂(空间基团r-3m)的层状结晶结构。LNMCO阴极的优点在于组成M的原料价格远低于纯Co。添加Ni可以提高放电容量，但随Ni含量上升而受到热稳定性下降的限制。为了补偿此问题，添加Mn作为结构稳定元素，但同时还损失一些电容量。一般阴极材料包括具有如下式的组合物：Li_1+x(Ni_0.51Mn_0.29Co_0.20)_1-xO₂(例如，x＝0.00-0.03，称为NMC532)、Li_1+x(Ni_0.38Mn_0.29Co_0.33)_1-xO₂(例如，x＝0.08-0.10，称为NMC433)、Li_1+x(Ni_0.6Mn_0.2Co_0.2)_1-xO₂(x＝0.02-0.04，称为NMC622)或Li_1+x(Ni_0.35Mn_0.32Co_0.33)_1-xO₂(例如，x＝0.06-0.08，称为NMC111)。

目标含锂复合物氧化物一般由以下合成：将作为前体材料(其具有与最终阴极材料所具有的相同金属组成)的镍-钴-锰复合物(氧基-)氢氧化物与锂化合物混合并烧制，并且可通过以其他金属元素取代一部分镍、钴和锰来改良电池特性。其他金属元素例示为Al、Mg、Zr、Ti、Sn和Fe。合适的取代量为占镍、钴与锰原子总量的0.1至10％。