制备用于可再充电锂离子蓄电池的正电极活性材料的方法技术

本发明专利技术提供了一种用于锂离子二次蓄电池的粉末状正电极活性材料，所述用于锂离子二次蓄电池的粉末状正电极活性材料具有包含Li、M和O的颗粒，所述颗粒具有高于或等于0.98且低于或等于1.10的Li/M摩尔比，所述粉末状正电极活性材料的特征在于，当所述粉末具有至少4.0μm且至多6.0μm的D50时，所述粉末具有至少0.10且至多0.30的流动指数，或者当所述粉末具有高于6.0μm且至多10.0μm的D50时，所述粉末具有至少0.10且至多0.20的流动指数，其中所述D50为所述粉末的中值粒度。D50为所述粉末的中值粒度。D50为所述粉末的中值粒度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制备用于可再充电锂离子蓄电池的正电极活性材料的方法
[0001]
和
技术介绍

[0002]本专利技术涉及一种制备用于锂离子二次蓄电池的粉末状正电极活性材料的方法。所述粉末状正电极活性材料具有包含Li、M和O的颗粒，其中M由以下组成：
[0003]‑
含量x高于或等于5.0摩尔％且低于或等于40.00摩尔％的Co，
[0004]‑
含量y高于或等于5.0摩尔％且低于或等于40.00摩尔％的Mn，
[0005]‑
含量c高于或等于0.01摩尔％且低于或等于2.00摩尔％的A，其中A包括由至少一种以下元素组成的组中的至少一种元素：W、Al和Si，
[0006]‑
含量z高于或等于0摩尔％且低于或等于2.00摩尔％的D，其中D包括由以下组成的组中的至少一种元素：Mg、Al、Nb、Zr、B、W和Ti，以及
[0007]‑
含量为(100
‑
x
‑
y
‑
c
‑
z)摩尔％的Ni，
[0008]所述颗粒具有高于或等于0.98且低于或等于1.10的Li/M摩尔比。
[0009]具体地说，所述粉末状正电极活性材料包含具有通式：Li
a
Ni1‑
x
‑
y
‑
c
‑
z
CO
x
Mn
y
D
z
O
d
并且含有至少一种A的氧化物的颗粒，A以高于或等于0.01摩尔％且低于或等于2.00摩尔％的含量存在于所述粉末中，其中0.98≤a≤1.10，0.05≤x≤0.40，0.00≤y≤0.40，0.00≤z≤0.02，并且1.80≤d≤2.20。
[0010]所述方法包括以下步骤：
[0011]‑
制备第一粉末混合物，所述第一粉末混合物包含锂来源、镍来源、钴来源、锰来源、以及任选地，D的来源，
[0012]‑
在至少300℃且至多1000℃的温度下烧制所述粉末混合物以获得聚结的烧制体，
[0013]‑
碾磨所述聚结的烧制体，以便获得上述粉末状正电极活性材料。
[0014]在本专利技术的框架中，应用通过热处理工艺烧制粉末的步骤以产生聚结的烧制体。因此，聚结的烧制体是由前述烧制工艺产生的产物，并且具有包含颗粒的聚结形状，所述颗粒组装在一起以形成具有预定中值大小的颗粒的簇的(集合)。上述簇可以在具有比聚结的烧制体更低的中值大小的粉末中分解。
[0015]制备这种粉末状正电极活性材料的这种方法已经例如从文档WO2019185349(下文称为WO'349)已知。
[0016]根据WO'349的方法的缺点是碾磨聚结的烧制体以获得粉末状正电极活性材料的步骤具有低通量。这种碾磨步骤是必需的，因为它允许将聚结的烧制体转化为粉末状正电极活性材料作为中间产物，所述中间产物被进一步处理以便获得最终的粉末状正电极活性材料产物，或分解构成粉末状正电极活性材料最终产物的颗粒的聚结簇，以便满足其靶向粒度和特定分布。此外，最终粉末状正电极活性材料产物在阴极中的集成需要铸造步骤，如果粉末在浆液分散体中没有聚结，则优化铸造步骤。
[0017]这种与粉末状正电极活性材料的低流动性相关的低通量，最终导致低生产速率(即，所产生的粉末状正电极活性材料的量与产生其所费时间的比值低)。
[0018]应当注意的是，通常可以通过更集约的碾碎来改善流动性。相反的情况是，较细的粉末通常具有的流动性比粗粉末的流动性更差，而不是其他类似的粉末。
[0019]实际上，造成瓶颈效应的低流动性导致所述正电极材料的整个制造工艺的容量降低。在制造工艺中具有瓶颈的结果在生产、供应过量和来自客户的压力下停滞。
[0020]目前，因此需要设计具有改善的受控流动性的粉末状正电极活性材料，从而实现以较高通量制造所述粉末状正电极活性材料的方法。
[0021]对于具有改善的流动性的粉末状正电极活性材料，必须理解的是具有流动指数FI的粉末状正电极活性材料，例如根据第1.4节中所描述的方法测量，所述FI为：当4.0μm≤D50≤6.0μm时，0.10≤FI≤0.30，或者当6.0μm<D50≤10.0μm时，0.10≤FI≤0.225，其中D50被定义为所述粉末状正电极活性材料的中值粒度(并且以μm表示)。
[0022]正电极活性材料被定义为在正电极中具有电化学活性的材料。对于活性材料，必须理解材料在预定时间段内经受电压变化时能够捕获和释放锂离子。
[0023]在本文档中，流动指数被定义为由最小二乘法拟合到如在直径为6英寸并且容积为230cm3的环形剪切单元中测量的、在几个主要固结应力下测量的无限制失效强度的实验结果的直线的斜率。
[0024]使用由制造商提供的标准软件并使用该软件中的标准设定(1转每小时的扭转速度以及1mm/sec的轴向速度)来在Brookfield PFT粉末流动测试仪上测量流动指数，所述测试仪是用于测量粉末流动指数的熟知且主要的设备。

技术实现思路

[0025]通过提供根据权利要求1所述的方法满足了设计一种粉末状正电极活性材料的目标，所述粉末状正电极活性材料具有流动性指数FI：当4.0μm≤D50≤6.0μm时，0.10≤FI≤0.30，或者当6.0μm<D50≤10.0μm时，0.10≤FI≤0.20，其中D50被定义为所述粉末状正电极活性材料的中值粒度。根据权利要求1所述的方法允许控制通过该方法制造的粉末状正电极活性材料的流动性指数。
[0026]确实观察到，对于从根据EX1、EX2和EX3.1的方法获得的粉末状正电极活性材料，实现了改善的流动性指数，如表9中的结果所示。根据EX1.1、EX1.2、EX2.1、EX2.2、EX3.1和EX3.2的粉末状正电极活性材料确实显示出：当4.0μm≤D50≤6.0μm时流动指数值≤0.30，并且当6.0μm<D50≤10.0μm时流动指数值≤0.20。
[0027]本专利技术涉及以下实施方案：
[0028]实施方案1
[0029]在第一方面，本专利技术涉及一种产生用于锂离子二次蓄电池的粉末状正电极活性材料的方法，所述用于锂离子二次蓄电池的粉末状正电极活性材料具有包含Li、M和O的颗粒，其中M由以下组成：
[0030]‑
含量x高于或等于5.0摩尔％且低于或等于40.00摩尔％的Co，
[0031]‑
含量y高于或等于5.0摩尔％且低于或等于40.00摩尔％的Mn，
[0032]‑
含量c高于或等于0.01摩尔％且低于或等于2.00摩尔％的A，其中A包括由至少一种以下元素组成的组中的至少一种元素：W、Al和Si，
[0033]‑
含量z高于或等于0摩尔％且低于或等于2.00摩尔％的D，其中D包括由以下组成的组中的至少一种元素：Mg本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种产生用于锂离子蓄电池的粉末状正电极活性材料的方法，所述用于锂离子蓄电池的粉末状正电极活性材料具有包含Li、M和O的颗粒，其中M由以下组成：
‑
含量x高于或等于5.0摩尔％且低于或等于40.00摩尔％的Co，
‑
含量y高于或等于5.0摩尔％且低于或等于40.00摩尔％的Mn，
‑
含量c高于或等于0.01摩尔％且低于或等于2.00摩尔％的A，其中A包括由至少一种以下元素组成的组中的至少一种元素：W、Al和Si，
‑
含量z高于或等于0摩尔％且低于或等于2.00摩尔％的D，其中D包括以下中的至少一种元素：Mg、Nb、Zr、B和Ti，以及
‑
含量为(100
‑
x
‑
y
‑
c
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z)摩尔％的Ni，所述颗粒具有高于或等于0.98且低于或等于1.10的Li/M摩尔比，所述方法包括以下步骤：
‑
制备粉末混合物，所述粉末混合物包含锂来源、镍来源、钴来源、锰来源、以及任选地，D的来源，
‑
在至少300℃且至多1000℃的温度下烧制所述粉末混合物以获得聚结的烧制体，
‑
碾磨所述聚结的烧制体以便获得粉碎粉末，所述方法的特征在于，将至少一种以下元素的来源与所述聚结的烧制体一起碾磨：W、Al和Si。2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述碾磨聚结的烧制体的步骤中获得的所述粉碎粉末具有至少4.0μm且至多10.0μm的中值粒度D50。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在空气分级磨中执行所述碾磨聚结的烧制体的步骤。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一种以下元素的来源为纳米级大小的氧化物粉末：W、Al和Si，所述纳米级大小的氧化物粉末是在获得所述聚结的烧制体的所述烧制步骤之后添加的。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中A包括Al，并且所述Al的来源为Al2O3。6.根据权利要求5所述的方法，其中在所述碾磨步骤中以相当于Al的摩尔含量的量添加所述Al的来源，相对于所述聚结的烧制体中Ni、Mn和Co的摩尔含量的总和，所述Al的摩尔含量高于或等于0.08摩尔％且低于或等于1.50摩尔％。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中A包括Si，并且所述Si的来源为SiO2。8.根据权利要求7所述的方法，其中在所述碾磨步骤中以相当于Si的摩尔含量的量添加所述Si的来源，相对于所述聚结的烧制体中Ni、Mn和Co的总摩尔含量，所述Si的摩尔含量高于或等于0.36摩尔％且低于或等于1.45摩尔％。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中A包括W，并且所述W的来源为WO3。10.根据权利要求9所述的方法，其中在所述碾磨步骤中以相当于W的摩尔含量的量添加所述W的来源，相对于所述聚结的烧制体中Ni、Mn和Co的摩尔含量的总和，所述W的摩尔含量高于或等于0.20摩尔％且低于或等于0.35摩尔％。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述锂来源为选自以下中的至少一种化合物：Li2CO3、Li2CO3·
H2O、LiOH、LiOH
·
H2O或Li2O。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述粉碎粉末为所述粉末状正电极
活性材料。13....

【专利技术属性】
技术研发人员：卢权善，李升焕，马克西姆，
申请(专利权)人：尤米科尔公司，
类型：发明
国别省市：