[发明专利]锂正极活性材料

说明书

本发明涉及一种用于高压二次电池的锂正极活性材料，其中所述锂正极活性材料包含尖晶石，且所述尖晶石具有Li_xNi_yMn_2‑yO₄的化学组成，其中：0.955≤x≤1.05；且0.43≤y≤0.47。所述锂正极活性材料由以Li:Ni:Mn：X:Y:2‑Y的比例含有Li、Ni和Mn的前体合成，其中：0.95≤X≤1.05；且0.42≤Y0.5。本发明还涉及制备锂正极活性材料的方法以及包含该锂正极活性材料的二次电池。

发明领域

本发明涉及一种用于高压锂二次电池的锂正极活性材料。特别地，本发明涉及具有高容量、相对于Li/Li⁺参考的高电压和低退化(degradation)的这种材料。此外，本发明涉及用于制备这种材料的方法。

背景技术

锂正极活性材料的特征可以在于式Li_xNi_yMn_2-yO_4-δ，其中0.9≤x≤1.1，0.4≤y≤0.5且0≤δ≤0.1。这样的材料可以用于例如：便携设备(US8,404,381B2)；电动汽车、储能系统、辅助动力单元和不间断电源。锂正极活性材料被看作目前的锂二次电池正极材料例如LiCoO₂和LiMn₂O₄的未来继任者。

锂正极活性材料可以由通过共沉淀法获得的一种或多种前体制备。由于共沉淀法，前体和产物是球形的。Electrochimica Acta(2014),pp 290-296公开了一种由前体制备的材料，该前体是通过共沉淀方法，然后相继地在500℃随后在800℃下进行烧结(热处理)而获得的。所获得的产物是高度结晶的，并且在第一热处理步骤(500℃)之后具有尖晶石结构。观察到产物具有均匀的形态、2.03g cm^-3的振实密度和5.6μm的均匀次级粒径。Electrochimica Acta(2004)pp 939-948指出，由于其较大的流动性和易于包装，均匀分布的球形颗粒表现出比不规则颗粒更高的振实密度。据推测，LiNi_0.5Mn_1.5O₄的所获得的分层形态和大的次级粒径提高了振实密度。

如US 8,404,381 B2和US 7,754,384 B2中所公开的，锂正极活性材料也可以由通过将起始物质机械混合以形成均匀混合物而获得的前体来制备。将前体在600℃下加热，在700至950℃退火，并在含氧介质中冷却。公开了需要600℃的热处理步骤，以确保将锂很好地掺入至混合的镍和锰氧化物前体中。还公开了退火步骤通常在大于800℃的温度下进行，以引起氧损失，同时产生期望的尖晶石形态。还公开了随后在含氧介质中冷却能实现氧的部分返回。US 7,754,384 B2没有提及材料的振实密度。还公开了使用1至5摩尔％过量的锂来制备前体。

J.Electrochem.Soc.(1997)144,pp 205-213也公开了由通过将起始物质机械混合以获得均匀混合物而制备的前体来制备尖晶石LiNi_0.5Mn_1.5O₄。将前体在750℃下在空气中加热三次，并在800℃下加热一次。公开了当被加热到650℃以上时，LiNi_0.5Mn_1.5O₄失去氧并歧化；然而，通过在含氧气氛中缓慢的冷却速率，LiNi_0.5Mn_1.5O₄化学计量被恢复。没有公开粒径和振实密度。还公开了通过将起始物质机械混合以获得均匀混合物来制备尖晶石相材料是困难的，并且通过溶胶-凝胶法制备的前体是优选的。