[发明专利]用作可再充电锂离子蓄电池的正电极材料的前体的钴氧化物

说明书

本发明描述了用于制备正电极活性材料的钴氧化物前体粉末及其制备方法。该前体粉末包含具有Fd‑3m结构和式Co1_‑yA_yO_x的颗粒，其中1x≤4/3，0≤y≤0.05，其中A包含由Ni、Mn、Al、Mg、Ti和Zr组成的组中的至少一种元素。该颗粒具有D50≥15μm和至少100MPa且至多170MPa的压缩强度。

技术领域和背景技术

本文描述了用于基于可再充电层状锂钴氧化物的蓄电池中的正电极活性材料的钴氧化物前体粉末。所述钴氧化物前体粉末包含具有相对较高机械强度以及相对较大平均粒度的颗粒，这可有利于为具有由该钴氧化物前体粉末制备的正电极活性材料的蓄电池产生高能量密度和循环能力。该钴氧化物前体粉末可通过在第一干燥非氧化气氛和第二干燥氧化气氛下的连续加热工艺步骤来制备。

基于层状锂钴氧化物的可再充电蓄电池作为一种(可再充电)锂离子蓄电池(LIB)由于其高体积和重量能量密度以及长循环寿命，目前被用于膝上型电脑、移动电话、相机和多种其它便携式电子设备。此外，层状LiCoO₂材料(掺杂或不掺杂，在下文中称为“LCO”)由于其高理论容量和良好的热稳定性而优选用作LIB的正电极材料。

此外，为了满足对便携式应用日益增长的需求，需要具有较高能量密度的蓄电池。

为了制备LCO，通常使用基于钴的前体，诸如例如碳酸钴(CoCO₃)、氢氧化钴(Co(OH)₂)、羟基氧化钴(CoOOH)或氧化钴(Co₃O₄)。碳酸钴(CoCO₃)、氢氧化钴(Co(OH)₂)和羟基氧化钴(CoOOH)在本文中统称为钴盐或钴盐前体。

在一般制备过程中，将钴前体与诸如例如碳酸锂(Li₂CO₃)或氢氧化锂(LiOH)的锂源前体以及一种或多种掺杂物(诸如Al、Mg或Ti)混合。将混合物置于陶瓷匣钵(或托盘)上并在高温(例如，1000℃)中加热若干小时以产生烧结的凝聚LCO化合物。使用研磨设备研磨该烧结的凝聚LCO化合物以获得最终LCO化合物。

便携式应用的一个重要蓄电池特性在于蓄电池的能量密度。能量密度确定储存电能的蓄电池尺寸。存在两种类型的能量密度：重量能量密度和体积能量密度。蓄电池中正电极材料的类型决定蓄电池中的能量密度。由于消费者对较小电子设备的需求，体积能量密度在便携式应用中尤其重要。因此，用于便携式电子设备中的蓄电池包含具有较高体积粉末密度的正电极材料是有利的。可以通过向正电极材料施加压力来增加体积能量密度。然而，向正电极材料施加过大的压力可对放置材料的蓄电池的循环寿命产生有害影响。因此，期望一种用于改善体积能量密度的可行的替代选择。

本文所述的钴前体可解决上述问题，而从现有技术例如从US2017/062807(下文称为“US'807”)、US2016/322633(“US'633”)、US2012/134914(“US'914”)、US2007/099087(“US'087”)、WO2018/162165(“WO'165”)和WO2018/052210(WO'210)中已知的钴前体则反之。例如，由所述钴前体粉末制备的正电极材料可具有高体积密度以及更长的循环寿命，同时易于制造，这意味着由所述钴前体粉末制备的正电极材料可在标准烧结条件下获得。

发明内容

本发明涉及以下实施方案：