[发明专利]生产用于电池组的高镍锂化金属氧化物的方法

说明书

一种制备高镍锂化金属氧化物的方法，包括：选择一种或多种镍前体；至少一种非腐蚀性锂盐；以及多种金属氧化物或氢氧化物前体。将金属前体和锂盐混合在一起以形成包含式(F‑1)：Li_xNi_yM_zN_(1‑y‑z)O_(2‑a)F_a的混合物，其中，x＝1.0‑1.1，0.80≤y≤0.90，0.03z≤0.15，0≤a≤0.05；M为Co或Fe；N为Al、Mn、Fe、Ca、Mg、Ti、Cr、Nb、Mo、W、B或其混合物，当M为Co时，N可以为Fe。混合物在≥750℃的空气中经历烧结(第一步)以形成粉末。该粉末在≤750℃的氧气中经历第二烧结步骤以形成高镍锂化金属氧化物。

技术领域

本公开涉及一种制造用于电化学电池如电池组(battery)的阴极活性材料的方法。更具体地，本公开描述了一种用于生产高镍或富镍锂化金属氧化物的方法。

背景技术

本节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，不构成现有技术。

在制造锂离子电池组的常规工艺中，高镍阴极材料，例如Li_xNi_yCo_zM_(1-y-z)O₂，其中，M是铝(Al)和/或锰(Mn)，x≥0.8，y≤0.15，需要使用氢氧化锂(LiOH)作为锂源在高温(例如≥700℃)下的氧气(O₂)环境中生产。在典型的生产工艺中，将硫酸镍(II)、硫酸钴(II)、硫酸铝(III)和/或硫酸锰(II)溶于水，再加入氢氧化钠和氢氧化铵的混合物共沉淀。然后将沉淀的氢氧化物洗涤、干燥并与LiOH*H₂O共混。所得共混物或混合物在750℃下的氧气环境中烧结形成锂化高镍金属氧化物。

在此工艺中，氧气是必需的，因为锂化金属氧化物中的镍需处于高氧化态(例如Ni³⁺)，而起始的硫酸镍(II)前体包括具有Ni²⁺氧化态的镍。Ni²⁺在高温下难以氧化为Ni³⁺，因此在烧结过程中需要高分压的氧气。这也是选择使用LiOH而不是其他锂前体如Li₂CO₃的主要原因之一。如果使用Li₂CO₃，在烧结过程中会释放CO₂，从而降低氧气分压，导致生成的金属氧化物中混杂的Ni²⁺和Li⁺离子的含量增加。

LiOH因其熔点低(即，约462℃)常被使用。熔化的LiOH通过增加锂盐和混合金属氧化物颗粒之间的接触面积促进锂化反应，所以使用LiOH的工艺能够在相对低的温度(700℃-800℃)下形成完全锂化的金属氧化物。相比之下，Li₂CO₃的熔点为723℃，如果使用碳酸锂作为锂盐，则需800℃的烧结温度。

此外，由于高镍锂化金属氧化物的热稳定性较差，该工艺的烧结温度不能保持在高水平。更具体地，高镍锂化金属氧化物会在高温下分解形成Li_(1-x)Ni_(1+x)O₂并释放氧气。因此，由于烧结温度较低且在烧结过程中不会产生CO₂，常选择LiOH而非Li₂CO₃用于商业生产高镍锂化金属氧化物阴极材料。

不幸的是，在生产工艺中通常使用的烧结温度下，LiOH对熔炉和坩埚的金属部件具有高度腐蚀性。在生产过程中产生的腐蚀速率通常会导致生产成本的显著和不期望的增加。为提高效率并降低生产成本，期望用非腐蚀性盐代替LiOH。

发明内容

本公开一般涉及一种制造用于电化学电池如电池组的阴极活性材料的方法。更具体地，本公开描述了一种用于生产高镍或富镍锂化金属氧化物的方法。

用于制备高镍锂化金属氧化物的方法一般包括：