本發(fā)明的領(lǐng)域是制備單晶陰極活性材料的方法。

背景技術(shù)：

1、用于鋰離子電池的單晶陰極活性材料(cam)可以比常規(guī)層狀氧化物陰極活性材料具有優(yōu)勢(shì)。例如，與多晶二級(jí)團(tuán)聚陰極活性材料相比，單晶陰極活性材料(有時(shí)稱為單晶整體(monolithic，單片)陰極活性材料)可以具有高機(jī)械強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和長(zhǎng)循環(huán)壽命中的一種或多種。

2、制備單晶cam的先前嘗試包括共沉淀，隨后是多個(gè)煅燒或退火步驟。參見例如wo2020/082019。粒徑(particle?size，粒度)控制可能是具有挑戰(zhàn)性的。因此，共沉淀方法有時(shí)可以涉及研磨初始煅燒的顆粒，隨后進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)進(jìn)一步的退火步驟。參見例如wo2022/026014。其他方法包括使用熔融鹽、溶膠-凝膠加工和水熱反應(yīng)。

3、提供具有期望粒徑的單分散單晶顆粒的簡(jiǎn)化方法將是技術(shù)的進(jìn)步。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本文公開了一種制備單晶陰極活性材料的方法，該方法包括：提供包含鎳、鈷、錳、鋁、或它們的組合的金屬鹽溶液；將金屬鹽溶液與堿性溶液組合，其中，將金屬鹽溶液與堿性溶液的組合保持在不大于10的ph下，以形成金屬氫氧化物前體；將鋰化合物添加至金屬氫氧化物前體以形成金屬氫氧化物前體混合物；以及對(duì)金屬氫氧化物前體混合物進(jìn)行熱處理以形成單晶陰極活性材料。

2、本文還公開了一種制備單分散單晶陰極活性材料的方法，該方法包括：提供包含鎳、鈷、錳、鋁、或它們的組合的金屬氫氧化物前體，其中，該金屬氫氧化物前體的特征為半結(jié)晶的并且包含β相以及中間相，該β相的特征在于，當(dāng)使用cu?kα輻射通過x射線衍射分析時(shí)，在17至23度2θ處的峰，該中間相的特征在于，將h2o、roh、rcooh、陰離子、或它們的組合結(jié)合(incorporate)至中間相的結(jié)構(gòu)中，其中，r是1至3個(gè)碳原子的烷基；將鋰化合物添加至金屬氫氧化物前體以形成混合物；以及在一步煅燒(one-step?calcination)中加熱混合物以形成單分散單晶陰極活性材料，單分散單晶陰極活性材料具有單峰粒徑分布(particlesize?distribution，粒度分布)以及100納米(nm)至5微米(μm)的d50粒徑分布或1至10μm的d90粒徑分布。

3、此外，本文公開了一種金屬氫氧化物組合物，其包含：金屬氫氧化物，該金屬氫氧化物包含鎳、鈷、錳、鋁、或它們的組合，其中，該金屬氫氧化物的特征為半結(jié)晶的并且包含β相以及中間相，β相的特征在于，當(dāng)使用cu?kα輻射通過x射線衍射分析時(shí)，在17至23度2θ處的峰，并且具有式m(oh)2，其中，m是ni、co、mn、al、或它們的組合，中間相的特征在于，將h2o、roh、rcooh、陰離子、或它們的組合結(jié)合至該中間相的結(jié)構(gòu)中，其中，r是1至3個(gè)碳原子的烷基。

4、還公開了單晶陰極活性材料，具有式lixmo2，其中，m是ni、co、mn、al、或它們的組合，并且0<x≤1.2，并且其特征在于，單峰粒徑分布和100nm至5μm的d50粒徑分布，或1至10μm的d90粒徑分布，并且存在li2so4。

技術(shù)特征：

1.一種制備單晶陰極活性材料的方法，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述ph為至少7、優(yōu)選至少8。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述金屬氫氧化物前體混合物是半結(jié)晶的并且包含β相(b)和中間相(i)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述鎳、鈷、錳、鋁、或它們的組合以大于0至1:大于0至1:大于0至1、優(yōu)選1:0.125:0.125、最優(yōu)選1:0.18:0.18的ni:co:mn的摩爾比包含鎳、鈷和錳。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述金屬氫氧化物前體包含至少0.1wt％至小于3wt％、優(yōu)選0.1至小于2.5wt％、更優(yōu)選0.1至小于2wt％的殘留s含量，各自基于所述金屬氫氧化物前體的總重量。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述鋰化合物包括氫氧化鋰、碳酸鋰、氧化鋰、草酸鋰、或它們的組合。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述熱處理包括在600至1100℃、優(yōu)選800至1000℃并且更優(yōu)選850至950℃的溫度下熱處理2至24小時(shí)。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，僅有一個(gè)熱處理步驟。

11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述鋰化合物與所述金屬氫氧化物前體的摩爾比為1至1.2、優(yōu)選1.02至1.15、更優(yōu)選1.05至1.10。

12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述陰極活性材料具有式lixmo2，其中，m是ni、co、mn、al、或它們的組合，并且0<x≤1.2。

13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述陰極活性材料具有式lixniycozmnvo2，其中，0<x≤1.2并且0.8≤(y+z+v)≤1.1，優(yōu)選地，其中，y是0.1至1，z是0.01至0.1，并且v是0.01至0.1，更優(yōu)選地具有式lini0.88co0.06mn0.06o2。

14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述熱處理期間形成的所述陰極活性材料包含具有單峰粒徑分布的單分散單晶。

15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述陰極活性材料包含單晶，所述單晶具有：

16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，基于陰極活性材料的總重量，在所述陰極活性材料的表面上所述陰極活性材料包含小于10wt％、優(yōu)選小于7wt％的殘留氫氧化鋰、碳酸鋰、氧化鋰、草酸鋰、硫酸鋰、或它們的組合。

17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述陰極活性材料的特征在于，對(duì)于半電池在c/3的放電倍率下經(jīng)過100次循環(huán)，平均放電容量大于200mah/g。

18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述金屬鹽溶液包含從回收原料獲得的金屬，優(yōu)選從工業(yè)后回收原料、消費(fèi)后回收原料、或它們的組合獲得的金屬。

19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，經(jīng)受熱處理步驟的所述混合物包含0.1至5wt％的碳酸鋰。

20.一種制備單分散單晶陰極活性材料的方法，所述方法包括：

21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述β相具有式m(oh)2，其中，m是ni、co、mn、al、或它們的組合。

22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述鎳、鈷、錳、鋁、或它們的組合包含鎳、鈷和錳，并且ni:co:mn的摩爾比為大于0至1:大于0至1:大于0至1、優(yōu)選1:0.125:0.125、最優(yōu)選1:0.18:0.18。

23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述鋰化合物包括氫氧化鋰、碳酸鋰、氧化鋰、草酸鋰、或它們的組合。

24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，熱處理包括在600至1100℃、優(yōu)選800至1000℃、或更優(yōu)選850至950℃的溫度下加熱2至24小時(shí)。

25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述鋰化合物與所述金屬氫氧化物前體的摩爾比為1至1.2、優(yōu)選1.02至1.15、更優(yōu)選1.05至1.10。

26.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述陰極活性材料具有式lixmo2，其中，m是ni、co、mn、al、或它們的組合，并且0<x≤1.2，優(yōu)選地，其中，所述陰極活性材料具有式lixniycozmnvo2，其中，0<x≤1.2并且0.8≤(y+z+v)≤1.1，優(yōu)選地，其中，y是0.1至1，z是0.01至0.1，并且v是0.01至0.1，更優(yōu)選地具有式lini0.88co0.06mn0.06o2。

27.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，基于陰極活性材料的總重量，在所述陰極活性材料的表面上所述陰極活性材料包含小于10wt％的殘留氫氧化鋰、碳酸鋰、氧化鋰、草酸鋰、硫酸鋰、或它們的組合。

28.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述陰極活性材料的特征在于，對(duì)于半電池在c/3的放電倍率下經(jīng)過100次循環(huán)，平均放電容量大于200mah/g。

29.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，經(jīng)受熱處理的所述混合物包含0.1至5wt％的碳酸鋰。

30.一種金屬氫氧化物組合物，包含：

31.一種單晶陰極活性材料，具有式lixmo2，其中，m是ni、co、mn、al、或它們的組合，并且0<x≤1.2，其特征在于，

技術(shù)總結(jié)
一種方法，包括：提供包含鎳、鈷、錳、鋁、或它們的組合的金屬鹽溶液；將金屬鹽溶液與堿性溶液組合，其中，將金屬鹽溶液與堿性溶液的組合保持在不大于10的pH下以形成金屬氫氧化物前體。為了形成陰極活性材料，該方法進(jìn)一步包括將鋰化合物添加至金屬氫氧化物前體以形成金屬氫氧化物前體混合物；以及對(duì)金屬氫氧化物前體混合物進(jìn)行熱處理以形成單晶陰極活性材料。

技術(shù)研發(fā)人員：高玉樺,張方福,韋斯利·盧克,愛德華·馬蒂奧斯,古魯達(dá)亞爾·辛哈爾,艾倫·納爾遜
受保護(hù)的技術(shù)使用者：紅木材料公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/10