[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，以及处理它们的方法。

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，以及处理它们的方法。

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。

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。

发明内容

已经发现在锂镍氧化物材料的表面处和晶界中进行钴富集是有利的。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。

然而，出于成本、环境和伦理方面的原因，降低此类材料中的钴含量在行业中也是所期望的。本发明人出乎意料地发现，可以通过使锂镍氧化物材料与包含铝离子的处理溶液接触来实现钴富集。

因此，在本发明的第一优选方面中，提供了包含浓度在0.05mol/L至1.5mol/L的范围内的铝离子的处理溶液在增加颗粒状锂镍氧化物材料的表面处和颗粒状镍氧化物材料内的晶界处的钴浓度中的用途。

在第二优选方面，本发明提供了一种处理颗粒状锂镍氧化物阴极材料的方法，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和钴浓度高于所述芯，

其中处理液中铝离子的浓度在0.05mol/L到1.5mol/L的范围内。

第一方面的用途通常包括根据第二方面的方法。

在另一个优选方面中，本发明提供了一种富集的颗粒状锂镍氧化物阴极材料，所述富集的颗粒状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和钴浓度高于所述芯。所述材料可以通过本发明的方法来获得或者是可通过本发明的方法获得的。

在其他方面，本发明提供了包含根据本发明的富集的颗粒状锂镍氧化物阴极材料的阴极，以及包括所述阴极的锂二次电池或电池组(例如，二次锂离子电池组)。所述电池组通常还包括阳极和电解质。

附图说明

图1显示了实施例中使用的未经处理的锂镍氧化物材料的区域的FIB-TEM图，该图显示了钴的分布。

图2和图3显示了FIB-TEM图，该图突出显示了实施例中制备的样品1的两个区域中的铝分布。