[发明专利]电极活性材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种平均颗粒直径(D50)在2至20μm的范围内的具有通式Li_1+xTM_1‑xO₂的颗粒电极活性材料，其中TM是Ni、Co和Al以及任选地至少一种多种选自Mg、Ti、Zr、Nb、Ta、Mo、Mn和W的金属的组合，其中TM的至少80mol％是Ni并且其中x在0至0.2的范围内，其中次级颗粒的外表面处的Co含量比次级颗粒的中心处的Co含量高至至多5倍或高相对于TM为至多30mol％。

本发明涉及一种平均颗粒直径(D50)在2至20μm的范围内的具有通式Li_1+xTM_1-xO₂的颗粒电极活性材料，其中TM是Ni、Co和Al以及任选地至少一种多种选自Mg、Ti、Zr、Nb、Ta、Mo、Mn和W的金属的组合，其中TM的至少80mol％是Ni并且其中x在0至0.2的范围内，其中次级颗粒的外表面处的Co含量比次级颗粒的中心处的Co含量高至至多5倍或高相对于TM为至多30mol％。

大多数锂离子电池组含有基于一种或多种可燃的有机溶剂的电解质。阴极活性材料与电解质的反应具有关键意义，特别是需要研究放热反应。研究阴极活性材料与电解质的潜在反应的一个常用测试是通过在电化学电池或其关键组件，特别是其阴极活性材料上进行差示扫描量热法(DSC)测定起始温度。一个较高的起始温度以及低放热性是期望的。

现有的锂离子电池组仍具有改进的潜力，特别是在安全问题方面如过低的起始温度以及高循环稳定性如低容量衰减。在循环稳定性方面，已经开发了许多理论。例如，造成重复循环后的开裂。

在US 2016/012548中，公开某些梯度材料。它们的镍含量相对低且其容量仍有改进空间。

本发明的目的是提供一种制备用于具有高的体积和重量能量密度和优异循环稳定性以及良好安全行为的锂离子电池组的电极活性材料的前体的方法。因此，更特别地，本发明的一个目的是提供用于电池组的起始材料，其适用于生产具有优异循环稳定性和良好安全行为的锂离子电池组。本发明的另一目的是提供一种可以通过其制备适用于锂离子电池组的起始材料的方法。

在不希望受任何理论束缚下，可以假设锂化过程取决于元素的分布。

在US 2019/0044142中，描述了阴极活性材料，其中锰和镍的含量在颗粒的位置上不同。

因此，已经找到了开始所定义的电极活性材料，下文中还称为本发明电极活性材料或根据本发明的电极活性材料。本发明电极活性材料将在下文中更详细地描述。

在本发明的一个实施方案中，本发明电极活性材料具有在3至20μm，优选4至16μm的范围内的平均颗粒直径(D50)。可例如通过光散射或激光衍射或电声光谱法测定平均颗粒直径。颗粒通常包含初级颗粒的附聚物，并且上述颗粒直径是指次级颗粒直径。

本发明电极活性材料具有通式Li_1+xTM_1-xO₂，其中TM是Ni、Co和Al以及任选地至少一种多种选自Mg、Ti、Zr、Nb、Ta、Mo、Mn和W的金属的组合，其中TM的至少80摩尔％是Ni。优选地，TM是根据通式(I)的金属组合：

(Ni_aCo_bAl_c)_1-dM_d (I)

其中

a在0.80至0.95，优选0.83至0.92的范围内，

b在0.03至0.15，优选0.03至0.12的范围内，

c在0.02至0.12，优选0.03至0.12的范围内，和

d在0至0.1，优选0至0.05的范围内，

M选自Mn、Mg、Ti、Zr、Nb、Ta、Mo和W，以及