[发明专利]用于锂离子电池组的混合过渡金属氧化物

说明书

描述了一种生产颗粒形式的混合氧化物的方法，所述混合氧化物包含锂的阳离子以及选自镍、钴、锰、钛、钒、铬和铁的过渡金属中至少两种的阳离子，以及由该方法生产的混合氧化物。

本发明涉及一种生产颗粒形式的混合氧化物的方法，该混合氧化物包含锂的阳离子以及选自镍、钴、锰、钛、钒、铬和铁的过渡金属中至少两种的阳离子(下文也称混合锂-过渡金属氧化物)，还涉及由该方法生产的混合氧化物及其在生产锂离子电池组用阴极中的用途或者作为锂离子电池组的阴极用活性材料的用途。

电化学电池，例如电池组或蓄电池，用于储存电能。最近所谓的锂离子电池组已经成为特别令人感兴趣的主题。它们在几个技术方面优于传统电池组。例如，它们可以用来产生使用基于含水电解质的电池组不能得到的电压。

在锂离子电池组中，形成电极的材料以及尤其是阴极的电化学活性材料起着重要作用。在许多情况下，所用电化学活性材料(也称“活性材料”)是含锂的混合过渡金属氧化物，尤其是含锂的混合镍-钴-锰氧化物。

锂离子电池组需要改善循环稳定性，尤其是在升高温度下的循环稳定性，例如在35-60℃下的循环稳定性，以及在对电池组的机械损害情况下或者在过度热应力情况下的寿命和安全性，尤其是短路。另一问题是放出气体，这尤其在富镍阴极材料的情况下可能导致电池组的快速故障。尚无明确解决方案的另一问题是电流耐久性(放电效能)。

已经有人提议通过使用所谓的梯度材料或核/壳材料作为活性材料解决该类问题。例如，Y.-K.Sun等在J.Mater.Sci.2011，21，10108中提出具有非常高镍含量的材料，其中颗粒具有的镍含量为83mol％且核具有的镍含量为90mol％。

因此，所提出的问题是提供一种生产锂离子电池组的阴极用活性材料的方法，所述活性材料允许改善的放电效能和循环稳定性，尤其是在相对高的操作温度(35-60℃)下，但无需接受比容量以及因此能量密度的下降。另一所提出的问题是提供一种生产锂离子电池组用阴极材料的方法，所述阴极材料具有改善的放电效能和循环稳定性，尤其是在相对高的操作温度(35-60℃)下，无需接受能量密度的下降。

该问题由如下所述的本发明方法解决。本发明生产颗粒形式的混合氧化物—包含锂的阳离子以及选自镍、钴、锰、钛、钒、铬和铁的过渡金属中至少两种的阳离子—的方法包括如下步骤：

-生产或提供至少一种选自各自包含选自镍、钴、锰、钛、钒、铬和铁的过渡金属中至少两种的阳离子的过渡金属碳酸盐、过渡金属氢氧化物和过渡金属碳酸盐氢氧化物的化合物的球形颗粒，其中在每种情况下在球形颗粒的半径上描绘的球形颗粒中至少一种过渡金属阳离子的浓度具有至少一个既不在所述颗粒的中央也不在其边缘的相对极值，

-通过将所生产或提供的球形颗粒和至少一种选自Li₂O、LiOH、LiNO₃、Li₂SO₄、LiCl或Li₂CO₃的锂化合物混合而生产一种混合物，

-任选地使所生产的混合物进行进一步处理，

-使已经生产且已经任选进行进一步处理的混合物进行在800-950℃的温度下的处理，以形成颗粒形式的混合氧化物，其包含锂的阳离子以及选自镍、钴、锰、钛、钒、铬和铁的过渡金属中至少两种的阳离子，其中在该混合氧化物的颗粒中，

在每种情况下在所述颗粒的半径上描绘的至少一种过渡金属阳离子的浓度具有的浓度梯度在从所述颗粒的半径的0-80％的点直到所述颗粒的半径的80-100％的点的范围内，其中这两个点相互间隔所述颗粒的半径的至少5％，

以及在每种情况下在所述颗粒的半径上描绘的锂阳离子的浓度基本恒定。

已经发现在用作活性材料的混合锂-过渡金属氧化物的前体与用作锂离子源的锂化合物的反应中该前体和工艺方案二者均对混合锂-过渡金属氧化物的性能具有决定性影响。