制备二次电池用正极活性材料的方法技术

本发明专利技术涉及一种制备二次电池用正极活性材料的方法，所述方法包括如下步骤：准备相对于全部金属含有至少60摩尔％的镍(Ni)的正极活性材料前体；将所述正极活性材料前体与锂原料混合，并在氧化气氛中进行一次预烧结以形成预烧结产物；以及在空气气氛中对所述预烧结产物进行二次主烧结以形成锂过渡金属氧化物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制备二次电池用正极活性材料的方法
相关申请的交叉引用本申请要求于2019年1月21日提交的韩国专利申请10-2019-0007296号的优先权，通过引用将其公开内容并入本文中。本专利技术涉及一种制备二次电池用正极活性材料的方法。
技术介绍
近来，随着使用电池的电子设备如移动电话、笔记本计算机和电动车辆的快速普及，对容量相对高并且尺寸小且重量轻的二次电池的需求急剧增加。特别地，因为锂二次电池重量轻并且具有高能量密度，所以锂二次电池作为便携式设备的驱动电源而成为了焦点。因此，已经积极地对改善锂二次电池的性能进行了研究和开发尝试。在处于其中有机电解液或聚合物电解液填充在正极与负极(所述正极和负极分别由能够嵌入并脱嵌锂离子的活性材料形成)之间的状态下的锂二次电池中，通过在锂离子嵌入到正极和负极中或从其脱嵌时的氧化和还原反应来产生电能。作为锂二次电池的正极活性材料，已经使用了锂钴氧化物(LiCoO2)、锂镍氧化物(LiNiO2)、锂锰氧化物(LiMnO2或LiMn2O4等)或锂铁磷酸盐化合物(LiFePO4)。此外，作为在保持LiNiO2的优异可逆容量的同时改善低热稳定性的方法，已经开发了其中用钴(Co)或锰(Mn)/铝(Al)置换一部分镍(Ni)的锂复合金属氧化物(下文中，简称为“NCM基锂过渡金属氧化物”或“NCA基锂过渡金属氧化物”)。然而，因为常规开发的NCM基/NCA基锂过渡金属氧化物的容量特性不足，所以NCM基/NCA基锂过渡金属氧化物的应用受到限制。因此，为了改善容量特性，已经进行了研究以增加NCM基/NCA基锂过渡金属氧化物中镍(Ni)的含量。然而，对于镍含量高的高Ni正极活性材料，与组成不同的层状结构正极活性材料相比，它可以实现更高的容量，但是因为其表面不稳定且易受潮，所以性能会随水分含量而迅速劣化。另外，在使用高Ni正极活性材料时，存在多种电池性能劣化问题，例如初始电阻高、高温寿命缩短和电阻急剧上升。此外，对于高Ni正极活性材料，因为镍的平均氧化数应该比低Ni正极活性材料的更接近3，所以在这种情况下消耗更多的氧。因此，当在比空气气氛更高的氧气分压下烧结时，反应进行得更加均匀和迅速。由此，典型地，因为高Ni正极活性材料是在氧化气氛中制备的，所以存在消耗的高浓度氧气的量大且制造成本增加的局限性。因此，仍然需要开发一种高Ni正极活性材料，通过减少制备过程中消耗的氧气量，在降低制造成本的同时，所述高Ni正极活性材料可以具有优异的结晶度，可以改善稳定性，并且可以改善二次电池的电阻特性和寿命特性。
技术实现思路
技术问题本专利技术的一个方面提供一种制备方法，在高Ni锂过渡金属氧化物的正极活性材料的制备过程中，所述制备方法通过减少制备过程中消耗的氧气量，在降低制造成本的同时，可以制备具有优异的结晶度和改善的结构稳定性的高Ni正极活性材料。技术方案根据本专利技术的一个方面，提供一种制备二次电池用正极活性材料的方法，所述方法包括如下步骤：准备相对于全部金属含有60摩尔％以上的镍(Ni)的正极活性材料前体；将所述正极活性材料前体与锂原料混合，并在氧化气氛中进行一次预烧结以形成预烧结产物；以及在空气气氛中对所述预烧结产物进行二次主烧结以形成锂过渡金属氧化物。有益效果根据本专利技术，在高Ni锂过渡金属氧化物的正极活性材料的制备过程中，可以通过减少制备过程中消耗的氧气量来降低制造成本。此外，因为正极活性材料前体与锂原料发生均匀反应，所以根据本专利技术的制备方法制备的高Ni正极活性材料可以具有优异的结晶度和改善的结构稳定性。此外，当使用根据本专利技术的制备方法制备的高Ni正极活性材料时，可以降低锂二次电池的初始电阻，可以改善高温寿命特性，并且可以抑制电阻的增加。具体实施方式下文中，将更详细地描述本专利技术以使得更清楚地理解本专利技术。在此情况下，应理解，说明书和权利要求书中使用的词语或术语不应被解释为常用字典中定义的含义，且应进一步理解，应在专利技术人可以适当定义所述词语或术语的含义以对本专利技术进行最佳解释的原则的基础上，将所述词语或术语解释为具有与其在本专利技术的相关
背景和技术理念中的含义相一致的含义。<制备正极活性材料的方法>本专利技术的正极活性材料通过包括如下步骤的方法来制备：准备相对于全部金属含有60摩尔％以上的镍(Ni)的正极活性材料前体；将所述正极活性材料前体与锂原料混合，并在氧化气氛中进行一次预烧结以形成预烧结产物；以及在空气气氛中对所述预烧结产物进行二次主烧结以形成锂过渡金属氧化物。将针对各个步骤来详细描述制备正极活性材料的方法。首先，准备相对于全部金属含有60摩尔％以上的镍(Ni)的正极活性材料前体。正极活性材料前体可以是包含镍(Ni)、钴(Co)和锰(Mn)的化合物或包含镍(Ni)、钴(Co)和铝(Al)的化合物。高Ni锂过渡金属氧化物可以通过使用其中镍(Ni)的量为60摩尔％以上的正极活性材料前体来制备，并且镍(Ni)的量相对于全部金属可以优选为70摩尔％以上，并且可以更优选为80摩尔％以上。如上所述，通过使用相对于全部金属含有60摩尔％以上的镍(Ni)的正极活性材料前体而制备的锂过渡金属氧化物可以确保高容量。所述正极活性材料前体可以通过购买市售的正极活性材料前体来使用，或者可以根据本领域中公知的制备正极活性材料前体的方法来制备。例如，可以将含铵阳离子的络合剂和碱性化合物添加到包含含镍原料、含钴原料和含锰原料的过渡金属溶液中，以通过共沉淀反应来制备包含镍(Ni)、钴(Co)和锰(Mn)的正极活性材料前体。含镍原料例如可以包括含镍的乙酸盐、硝酸盐、硫酸盐、卤化物、硫化物、氢氧化物、氧化物或羟基氧化物，并且可以具体地包括Ni(OH)2、NiO、NiOOH、NiCO3·2Ni(OH)2·4H2O、NiC2O2·2H2O、Ni(NO3)2·6H2O、NiSO4、NiSO4·6H2O、脂肪酸镍盐、卤化镍或其组合，但本专利技术不限于此。含钴原料可以包括含钴的乙酸盐、硝酸盐、硫酸盐、卤化物、硫化物、氢氧化物、氧化物或羟基氧化物，并且可以具体地包括Co(OH)2、CoOOH、Co(OCOCH3)2·4H2O、Co(NO3)2·6H2O、Co(SO4)2、Co(SO4)2·7H2O或其组合，但本专利技术不限于此。含锰原料例如可以包括含锰的乙酸盐、硝酸盐、硫酸盐、卤化物、硫化物、氢氧化物、氧化物、羟基氧化物或其组合，并且可以具体地包括：锰氧化物如Mn2O3、MnO2和Mn3O4；锰盐如MnCO3、Mn(NO3)2、MnSO4、乙酸锰、二羧酸锰、柠檬酸锰和脂肪酸锰盐；羟基氧化锰、氯化锰或其组合，但本专利技术不限于此。所述过渡金属溶液可以通过如下来制备：将含镍原料、含钴原料和含锰原料添加到溶剂中来制备所述过渡金属溶液，所述溶剂具体而言是水、或水和可以与水均匀混合的有机溶剂(例如醇等)的混合物；或者可以通过如下来制备：将含镍原料的水溶液、含钴原料的水溶液和含锰原料的水溶液混合。含铵阳离子的络本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备二次电池用正极活性材料的方法，所述方法包括如下步骤：/n准备相对于全部金属含有60摩尔％以上的镍(Ni)的正极活性材料前体；/n将所述正极活性材料前体与锂原料混合，并在氧化气氛中进行一次预烧结以形成预烧结产物；以及/n在空气气氛中对所述预烧结产物进行二次主烧结以形成锂过渡金属氧化物。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190121 KR 10-2019-00072961.一种制备二次电池用正极活性材料的方法，所述方法包括如下步骤：
准备相对于全部金属含有60摩尔％以上的镍(Ni)的正极活性材料前体；
将所述正极活性材料前体与锂原料混合，并在氧化气氛中进行一次预烧结以形成预烧结产物；以及
在空气气氛中对所述预烧结产物进行二次主烧结以形成锂过渡金属氧化物。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述一次预烧结的烧结温度在400℃～700℃的范围内。


3.根据权利要求1所述的方法，其中所述二次主烧结的烧结温度在700℃～1000℃的范围内。


4.根据权利要求1所述的方法，其中在供应氧气的同时进行所述一次预烧结。


5.根据权利要求1所述的方法，其中在达到烧结温度之后，进行所述一次预烧结并持续3小时～7小时。


6.根据权利要求1所述的方法，其中在停止供应氧气之后进行所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李炅录，慎志娥，柳玟圭，崔相洵，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR