[发明专利]阴极材料和方法

说明书

本发明涉及可用作锂二次电池组中的阴极材料的改善的颗粒状锂镍氧化物材料，以及改善它们的安全性的方法。

技术领域

本发明涉及可用作锂二次电池组中的阴极材料的改善的颗粒状锂镍氧化物材料，以及改善它们的安全性的方法。

背景技术

具有式LiMO₂的锂过渡金属氧化物材料可用作锂离子电池组中的阴极材料，其中M通常包括一种或多种过渡金属。实例包括LiNiO₂和LiCoO₂。

US 6921609 B2描述了适合用作锂电池组的阴极材料的组合物，所述组合物包括具有经验式Li_xM’_zNi_1-yM”_yO₂的芯组合物和具有比芯更大的Co与Ni比率的芯上的涂层。

WO 2013/025328 A1描述了包括多个微晶的颗粒，所述微晶包括具有层状α-NaFeO₂型结构的第一组合物。颗粒包括相邻微晶之间的晶界，并且晶界中的钴浓度大于微晶中的钴浓度。钴富集通过用LiNO₃和Co(NO₃)₂的溶液处理颗粒，然后进行喷雾干燥和煅烧来实现。

US10,501,335描述了以富集的晶界为特征的电化学活性次级颗粒，其中所述晶界富含Al。

仍然需要改善的锂过渡金属氧化物材料以及它们的制造方法。具体而言，当锂过渡金属氧化物材料用作锂二次电池组中的阴极材料时，仍然需要改善它们的热稳定性，以及它们的安全性特征。

发明内容

本发明人已经发现，通过用含有铝离子和任选地锂离子的溶液处理材料可以提高锂镍氧化物阴极材料的差示扫描量热法(DSC)起始温度。提高DSC起始温度很重要，因为这表明材料具有更高的热稳定性，所以材料在掺入锂离子电池组中时更安全。DSC起始温度是材料在开始释放氧之前稳定的最高温度，当材料被用于电池组时，该温度会导致火灾风险。

具体而言，如下文的实施例中所展示，本发明人已经发现，用含有铝离子和任选地锂离子的处理溶液处理材料会产生富集的锂镍氧化物阴极材料，所述富集的锂镍氧化物阴极材料包含(i)芯，其包含多个晶粒和(ii)富集区，其处于所述芯的表面处和所述芯内的晶界处，其中所述富集区包含的铝浓度高于所述芯。本发明人还发现，增加处理步骤中添加的铝的量会导致DSC起始温度的增加。当处理溶液提供基于待处理的锂镍氧化物阴极材料中的不包括锂的金属的重量计至多5.5重量％的铝时，良好的电化学性能得以保持。

因此，在第一优选方面中，本发明提供了一种提高锂镍氧化物阴极材料的差示扫描量热法起始温度的方法，所述方法包括

(a)使颗粒状锂镍氧化物阴极材料与包含铝离子和任选地锂离子的处理溶液接触以提供处理浆液；

(b)干燥所述处理浆液以提供中间体处理的材料；以及

(c)煅烧所述中间体处理的材料以提供富集的锂镍氧化物阴极材料，所述富集的锂镍氧化物阴极材料包含(i)芯，其包含多个晶粒和(ii)富集区，其处于所述芯的表面处和所述芯内的晶界处，所述富集区包含的铝浓度高于所述芯，

其中选择所述处理溶液中包含的铝离子的量以提供基于待处理的锂镍氧化物阴极材料中的不包括锂的金属的重量计0.8至5.5重量％的铝。

通常，富集的锂镍氧化物阴极材料的差示扫描量热法(DSC)起始温度为至少210℃，例如至少215℃。通常，富集的锂镍氧化物阴极材料的差示扫描量热法(DSC)峰值温度为至少230℃。

根据第二优选方面，本发明提供了包含铝离子和任选地锂离子的处理溶液用于提高锂镍氧化物阴极材料的差示扫描量热法起始温度的用途。所述用途可以包括根据第一方面所述的方法。