[发明专利]具有优选形态的含杂质阴极材料及自含杂质金属碳酸盐的制备方法

说明书

一种用于制造可在锂离子电池中用作活性正极材料的锂金属(M)氧化物粉末的碳酸盐前驱物化合物，M包括20至90mol％Ni、10至70mol％Mn及10至40mol％Co，该前驱物还包括钠及硫杂质，其中该钠对硫的摩尔比(Na/S)为0.4<Na/S<2。该锂金属(M)氧化物粉末具有10μm≤D50≤20μm的粒径分布、0.9≤BET≤5的比表面，该BET以g/cm2表示，该粉末还包括钠及硫杂质，其中以重量％表示的钠(Na_重量)及硫(S_重量)含量的总和(2*Na_重量)+S_重量超过0.4重量％且小于1.6重量％，并且其中该钠对硫的摩尔比(Na/S)为0.4<Na/S<2。

背景技术

本发明涉及用于可充电锂电池的阴极材料的前驱物及生产这些前驱物的方法。此类阴极材料为所谓的NMC阴极材料，其中NMC代表镍锰钴。更特定而言，本发明着重在供应用于NMC阴极材料的前驱物，并且目标在于最终NMC阴极材料具有大表面积，因而特别适用于对电力有高度需求的应用，像是混合动力电动车的电池。

NMC阴极材料一般通过固态反应制备，其中锂源(例如Li₂CO₃)与含Ni-Mn-Co的前驱物共混，然后将混合物在含氧氛围(例如空气)中烧制，以产生最终锂过渡金属氧化物粉末。一般而言，NMC具有的化学计量约略为LiMO₂，其中M为主要由Ni、Mn及Co所组成的过渡金属。其晶体结构为有序的岩盐结构，其中阳离子会依序排成2维Li和M层。其空间群为R-3M。有许多不同的可能组成，通常依其镍、锰及钴的含量来分类及命名。典型NMC基材料为“111”(其中M＝Ni_1/3Mn_1/3Co_1/3)、“552”(其中M＝Ni_0.423Mn_0.423Co_0.167)、“532”(其中M＝Ni_0.5Mn_0.3Co_0.2)、“622”(其中M＝Ni_0.6Mn_0.2Co_0.2)、“261”(其中M＝Ni_0.222Mn_0.667Co_0.111)等。在本文件中为简洁起见，通常使用这些编号来指称金属组成，例如我们会将M＝Ni_0.423Mn_0.423Co_0.167称为M＝NMC552。

附加掺杂是可能的，典型元素包括Al、Mg等。一般而言，Li对M的化学计量比接近一，但通常不会刚好为一。如果Li:M增加，则Li会取代M层位点的M，其结构可以简化方式写成Li₁[M_1-xLi_x]O₂或Li_1+xM_1-xO₂，其中Li:M＝(1+x)/(1-x)。“111”及“442”的典型Li:M为约1.10，而“622”的典型Li:M为1.02。提高Li:M化学计量比的一个效果是阳离子混合改变。所谓阳离子混合指的是实际晶体结构并非恰好是LiMO₂或Li₁[M_1-xLi_x]O₂，而是{Li_1-xM_x}[M_1-yLi_y]O₂，其中“x”是指Li层位点上的M原子，其因而进行了“阳离子混合”。