本發(fā)明專利技術(shù)涉及混合金屬氧化氫氧化物前體以及制備這樣的混合金屬前體的方法，所述前體可用于制備用于二次鋰離子電池的鋰混合金屬氧化物陰極材料。所述前體是在兩個順序反應(yīng)器中以共沉淀反應(yīng)制備的具有不同金屬摩爾比的鎳、鈷和錳的混合金屬氧化氫氧化物粒子。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及。更具體而言，本專利技術(shù)涉及含有具有不同金屬摩爾比的多價金屬的混合金屬氧化氫氧化物粒子。甚至更具體而言，本專利技術(shù)涉及在兩個順序反應(yīng)器中以共沉淀反應(yīng)制備的具有不同金屬摩爾比的鎳、鈷和錳的混合金屬氧化氫氧化物粒子。
技術(shù)介紹
鋰混合金屬氧化物L(fēng)iNinyCoxMnyO2 (LNCMO)被認(rèn)為是二次鋰離子電池中陰極材料鋰鈷氧化物L(fēng)iCoO2(LCO)的合適替代品。利用LNCMO的一些原因包括:與LCO相比，其金屬價格較低、金屬原材料的可用性增加以及LNCMO的電化學(xué)性質(zhì)的可修整性。然而LNCMO的制備比LCO的制備更具挑戰(zhàn)性，因?yàn)橛休^高的概率形成電化學(xué)非活性相。陰極材料的質(zhì)量和均一性是極其重要的，因?yàn)樗苯佑绊戨姵匦阅堋Ｒ延^察到，與LCO的前體的情況相比，LNCMO的性質(zhì)及電池性能更依賴于混合金屬(NCM)前體的性質(zhì)。例如，LNCMO粒子的金屬組成、物理性質(zhì)(例如粒徑分布、振實(shí)密度)和形態(tài)強(qiáng)烈地源自于所制造的前體粒子。因此，NCM前體的制備是制備高品質(zhì)LNCMO中的關(guān)鍵步驟。目前，NCM氫氧化物(Ni1^C0xMny (OH)2)被用作LNCMO的前體。在制備用作LNCMO的前體的混合金屬氫氧化物中，主要挑戰(zhàn)在于獲得高密度粒子。NCM氫氧化物的制備通常是通過用堿性氫氧化物和氨從水性含金屬溶液中沉淀出所述氫氧化物。堿性氫氧化物被用來控制PH和粒徑。氨通常被作為絡(luò)合劑用于抑制粒子的生長速率以及提高最終的粒子密度。使用在沉淀期間防止金屬氧化的還原劑，實(shí)現(xiàn)了高密度粒子生產(chǎn)中的進(jìn)一步改善。還已知的是，NCM羥基氧化物(NinyCoxMnyOOH)被用作用于制備LNCMO的前體。在這種方法中，使沉淀的前體經(jīng)受單獨(dú)的步`驟，所述單獨(dú)的步驟在鋰化之前將金屬氧化成羥基氧化物態(tài)。該單獨(dú)的氧化步驟可以通過添加氧化劑以化學(xué)方式來完成，或者用后續(xù)熱處理以熱學(xué)方式來完成。通常不優(yōu)選直接沉淀羥基氧化物，因?yàn)橛捎诳赡艹霈F(xiàn)的晶格膨脹和雙鹽沉淀物，雜質(zhì)例如鈉的量增加。因此，優(yōu)選的方法是在氫氧化物沉淀后進(jìn)行額外的氧化步驟，以獲得最佳的陰極材料前體。也曾提議用部分氧化的NCM氫氧化物作為前體。當(dāng)從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)考慮制備NCM氫氧化物和羥基氧化物時，在沉淀步驟中添加還原劑或額外的氧化步驟都不是優(yōu)選的。盡管有本文中描述的現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)，但仍然需要對混合金屬氧化氫氧化物前體材料以及這類材料的生產(chǎn)作進(jìn)一步改善，所述生產(chǎn)無需使用額外的還原劑或氧化步驟就能產(chǎn)生高純度的致密粒子。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
一般而言，在本專利技術(shù)的一種實(shí)施方案中，提供了混合金屬氧化氫氧化物前體材料。所述混合金屬氧化氫氧化物前體材料由以下化學(xué)式表示:權(quán)利要求1.由以下化學(xué)式表示的混合金屬氧化氫氧化物前體材料:2.權(quán)利要求1的前體材料，其中3.權(quán)利要求1的前體材料，其中所述前體材料包含具有表面及內(nèi)部的球形粒子和非球形粒子。4.權(quán)利要求3的前體材料，其中所述粒子具有梯度結(jié)構(gòu)，其中與Co和Mn相比，Ni的摩爾比在表面處占多數(shù)，并且所述粒子具有從所述粒子的表面向內(nèi)部變化的金屬摩爾比組成。5.權(quán)利要求4的前體材料。其中所述粒子的表面具有約8:1:1的N1:Co:Mn比率。6.權(quán)利要求3的前體材料，其中所述粒子摻雜有至少一種選自Mg、Al、Zr、T1、N1、Co和Mn的金屬離子。7.權(quán)利要求1的前體材料，其中所述前體材料的平均粒徑(D50)在3-30微米的范圍內(nèi)。8.權(quán)利要求7的前體材料，其中所述前體材料的平均粒徑(D50)在7-13微米的范圍內(nèi)。9.權(quán)利要求1的前體材料，其中所述前體材料的振實(shí)密度在0.8-2.8g/cm3的范圍內(nèi)。10.權(quán)利要求9的前體材料，其中所述前體材料的振實(shí)密度在1.8-2.3g/cm3的范圍內(nèi)。11.權(quán)利要求1的前體材料，其中所述前體材料的表面積在2-20m2/g的范圍內(nèi)。12.權(quán)利要求11的前體材料，其中所述前體材料的表面積在2-8m2/g的范圍內(nèi)。13.權(quán)利要求1的前體材料，其中所述前體材料內(nèi)的鈉水平低于500ppm。14.權(quán)利要求13的前體材料，其中所述前體材料內(nèi)的鈉水平低于300ppm。15.用權(quán)利要求1的前體材料制備的用于鋰離子電池的鋰化陰極活性材料。16.制備混合金屬氧化氫氧化物前體材料的方法，所述方法包括以下步驟: 用堿性氫氧化物溶液和氨來共沉淀包含多種金屬鹽的溶液以形成沉淀物，其中所述金屬鹽的金屬選自鎳、鈷、錳及其組合； 過濾所述沉淀物； 洗滌所述沉淀物；以及 干燥所述沉淀物以形成混合金屬氧化氫氧化物前體材料，其中所述前體材料由以下化學(xué)式表不:17.權(quán)利要求16的方法，其中18.權(quán)利要求16的方法，其中通過在第一順序反應(yīng)器和第二順序反應(yīng)器中沉淀來執(zhí)行所述方法。19.權(quán)利要求18的方法，其中在第一反應(yīng)器中使至少90%、但低于100%的金屬沉淀。20.權(quán)利要求18的方法，其中在第一順序反應(yīng)器中添加至少一種選自Mg、Al、Zr和Ti的金屬離子和/或在第二順序反應(yīng)器中添加至少一種選自Mg、Al、Zr、T1、N1、Co和Mn的金屬離子以改變所述沉淀物的組成。21.權(quán)利要求16的方法，其中所述堿性氫氧化物將溶液的pH維持在約11-13的范圍內(nèi)。22.權(quán)利要求16的方法，其中所述前體材料包含具有表面及內(nèi)部的球形粒子和非球形粒子。23.權(quán)利要求22的方法，其中所述粒子具有梯度結(jié)構(gòu)，其中與Co和Mn相比，Ni的摩爾比在表面處占多數(shù)，并且所述粒子具有從所述粒子的表面向內(nèi)部變化的金屬摩爾比組成。24.權(quán)利要求23的方法，其中所述粒子的表面具有約8:1:1的N1:Co:Mn比率。25.權(quán)利要求22的方法，其中所述氨是穩(wěn)定粒子生長的絡(luò)合劑。26.權(quán)利要求16的方法，其中溶液的氨:金屬摩爾比在約0.1-3.0的范圍內(nèi)。27.權(quán)利要求26的方法，其中溶液的氨:金屬摩爾比在約0.5-1.5的范圍內(nèi)。28.權(quán)利要求16的方法，其中在反應(yīng)器中在約50-70°C范圍內(nèi)的溫度下執(zhí)行共沉淀。29.權(quán)利要求16的方法，其中所述前體材料的平均粒徑(D50)在3-30微米的范圍內(nèi)。30.權(quán)利要求27的方法，其中所述前體材料的平均粒徑(D50)在7-13微米的范圍內(nèi)。31.權(quán)利要求16的方法，其中所述前體材料的振實(shí)密度在0.8-2.8g/cm3的范圍內(nèi)。32.權(quán)利要求31的方法，其中所述前體材料的振實(shí)密度在1.8-2.3g/cm3的范圍內(nèi)。33.權(quán)利要求16的方法，其中所述前體材料的表面積在2-20m2/g的范圍內(nèi)。34.權(quán)利要求33的方法，其中所述前體材料的表面積在2-8m2/g的范圍內(nèi)。35.權(quán)利要求16的方法，其中所述前體材料內(nèi)的鈉水平低于500ppm。36.權(quán)利要求35的方法，其中所述前體材料內(nèi)的鈉水平低于300ppm。37.用前體材料制備的用于鋰離子電池的鋰化陰極活性材料，所述前體材料是根據(jù)權(quán)利要求16的方法制備的。全文摘要本專利技術(shù)涉及混合金屬氧化氫氧化物前體以及制備這樣的混合金屬前體的方法，所述前體可用于制備用于二次鋰離子電池的鋰混合金屬氧化物陰極材料。所述前體是在兩個順序反應(yīng)器中以共沉淀反應(yīng)制備的具有不同金屬摩爾比的鎳、鈷和錳的混合金屬氧化氫氧化物粒子。文檔編號C01G53/00GK103108833SQ201080069068 公開日2013年5月15日 申請日期2010年9月2本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
由以下化學(xué)式表示的混合金屬氧化氫氧化物前體材料：(1?z)(NiaCobMnc(OH)2(a+b+c)·Cob’Mnc’(OOH)b’+c’·Mnc”O(jiān)2c”)·z(NidCoeMnf(OH)2(d+e+f)·Coe’Mnf’(OOH)e’+f’·Mnf”O(jiān)2f”)。
【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：簡恩·尼迪克斯基，馬爾滕·埃里克松，
申請(專利權(quán))人：OMG科科拉化學(xué)公司，
類型：發(fā)明
國別省市：芬蘭;FI
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