用于制备阴极活性材料的方法及其获得的阴极活性材料与流程
本发明涉及一种用于制备阴极活性材料的方法，更具体地涉及一种用于制备具有八面体结构的单晶的阴极活性材料的方法。
背景技术：
1、锂离子电池广泛用于各种领域，从小型设备如移动电话和笔记本电脑到汽车电池和其他电动汽车用电池。作为电池的主要部分的电极、电解质和隔膜一起决定电池的性能。其中，阴极活性材料(cam)占电池制造总成本的约30％，从而在锂离子电池技术中起关键作用。并且常用的阴极活性材料包括磷酸铁锂、锂钴氧化物和锂化的镍-钴-锰氧化物(“ncm”)。
2、ncm是优选的选择，因为li离子具有更高的扩散速率和电子迁移率，并且因此达到更高的能量密度。并且开发了高ni ncm，即ni含量为基于ni、co和mn的总摩尔数按摩尔计至少80％的ncm，以满足电动车辆(ev)的要求。高ni ncm的实例包括lini0.80co0.10mn0.10o2(ni80)、lini0.83co0.12mn0.05o2(ni83)、lini0.88co0.06mn0.06o2(ni88)、lini0.90co0.05mn0.05o2(ni90)和lini0.92co0.04mn0.04o2(ni92)。
3、同时，单晶体cam(scm)还由于与多晶体材料相比更少的相边界和暴露表面而变得越来越有吸引力，这些更少的相边界和暴露表面可以有效地减少结构劣化、电解质副反应和气体产生并且进一步改善阴极活性材料的循环稳定性和安全性。然而，市场上的scm显示出不规则且不成形的本体形态，这显然不符合scm的定义，即具有不同边缘的规则多面体形状。
4、据报道，在生产scm的煅烧步骤期间添加na2so4和nacl作为焊剂可以形成形状良好的scm，然而，需要洗涤步骤来移除残余的na2so4和nacl，这带来额外的成本并且还使得该方法更复杂，尤其是当将该制备从实验室放大到大批量生产时。
5、因此，仍然需要提供一种生产适用于工业规模的形状良好的scm的方法。
技术实现思路
1、在一个方面，本发明提供了一种用于制备具有式(i)的阴极活性材料的方法，该方法包括以下步骤
2、linixcoymnzo2(i)
3、i).制备ni、co和mn的氢氧化物或碳酸盐的前体；
4、ii).将从步骤i)获得的该前体与li源混合；以及
5、iii).煅烧从步骤ii)获得的混合物，其中所述步骤iii)包括多步骤煅烧，其中x在0.80至0.95并且优选0.80至0.92的范围内，y在0.01至0.15并且优选0.01至0.12的范围内，并且z在0.01至0.15并且优选0.01至0.12的范围内，并且x、y和z的总和是1。
6、在另一个方面，本发明提供了一种呈八面体结构的单晶的具有式(i)的阴极活性材料
7、linixcoymnzo2(i)
8、其中x在0.80至0.95并且优选0.80至0.02的范围内，y在0.01至0.15和0.01至0.12的范围内，并且z在0.01至0.15并且优选0.01至0.12的范围内，并且a、b和c的总和是1；其中晶格参数a、b、c分别是和其中该单晶具有根据psd(粒度分布)测量的3.5um至4.5um的平均粒度、通过由三菱化学分析技术有限公司(mitsubishi mitsubishi chemical analytech co.,ltd.)提供的粉末电阻率测量单元mcp-pd51测试的3.0g/ml至4.0g/ml的压制密度和根据jis k7194/jis r 1637的0.004s/m至0.08s/m的电导率。
9、在另一个方面，本发明提供了一种阴极，其包含
10、(a)按重量计50％至98.99％的由本发明方法获得的阴极活性材料，
11、(b)按重量计1％至5％的呈导电状态的碳，
12、(c)按重量计0.01％至5％的粘合剂，以及
13、(d)按重量计0％至50％的固体电解质，基于组分(a)、(b)、(c)和(d)的总重量。
技术特征：
1.一种用于制备具有式(i)的阴极活性材料的方法，该方法包括以下步骤
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多步骤煅烧包括瞬时热处理(ttt)至在1000℃至1400℃、优选1000℃至1200℃范围内的温度的步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，将所述ttt的温度保持1min至1小时、优选1min至30min并且更优选5min至20min的时间段。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述多步骤煅烧包括在300℃至600℃并且优选400℃至600℃范围内的温度下加热的步骤a。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述步骤a具有1小时至7小时并且优选3小时至5小时的时间段。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述多步骤煅烧包括在步骤a之后在750℃至900℃并且优选750℃至850℃范围内的温度下加热的步骤b。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述步骤b具有6小时至16小时并且优选8小时至14小时的时间段。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的方法，其中，所述ttt在从步骤b的开始至结束的任何时间进行，优选地，所述ttt在步骤b的整个周期的1/10至9/10、更优选1/5至4/5并且甚至更优选2/5至4/5的时间点开始。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，该li源是至少一种选自li2o、lioh和li2co3的化合物。
10.一种阴极活性材料，其通过根据权利要求1至9中任一项所述的方法生产。
11.根据权利要求10所述的阴极活性材料，其包含八面体结构的单晶，其中晶格参数a、b、c分别是和
12.根据权利要求11所述的阴极活性材料，其中，所述单晶具有根据psd(粒度分布)测量的3.5um至4.5um的平均粒度。
13.根据权利要求11至12中任一项所述的阴极活性材料，其中，所述单晶具有通过由三菱化学分析技术有限公司提供的粉末电阻率测量单元mcp-pd51测试的3.0g/ml至4.0g/ml的压制密度。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的阴极活性材料，其中，所述单晶具有根据jisk7194/jis r 1637的0.004s/m至0.08s/m的电导率。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的阴极活性材料，其包含选自由以下组成的组的至少一种：lini0.80co0.10mn0.10o2(ni80)、lini0.83co0.12mn0.05o2(ni83)、lini0.88co0.06mn0.06o2(ni88)、lini0.90co0.05mn0.05o2(ni90)和lini0.92co0.04mn0.04o2(ni92)。
16.一种呈八面体结构的单晶的具有式(i)的阴极活性材料
17.根据权利要求16所述的阴极活性材料，其包含选自由以下组成的组的至少一种：lini0.80co0.10mn0.10o2(ni80)、lini0.83co0.12mn0.05o2(ni83)、lini0.88co0.06mn0.06o2(ni88)、lini0.90co0.05mn0.05o2(ni90)和lini0.92co0.04mn0.04o2(ni92)。
18.一种阴极，其包含
19.一种电化学电池单元，其包括根据权利要求18所述的阴极、阳极和电解质。
技术总结
本发明提供了一种用于制备具有式(I)LiNixCoyMnzO2的阴极活性材料的方法，该方法包括以下步骤：i).制备Ni、Co和Mn的氢氧化物或碳酸盐的前体；ii).将从步骤i)获得的该前体与Li源混合；以及iii).煅烧从步骤ii)获得的混合物，其中所述步骤iii)包括多步骤煅烧，其中x在0.80至0.95并且优选0.80至0.92的范围内，y在0.01至0.15并且优选0.01至0.12的范围内，并且z在0.01至0.15并且优选0.01至0.12的范围内，并且x、y和z的总和是1。
技术研发人员：张浩轩,张宇晗,刘晓航,陈锋,严俊卿,黄浩,周伟东
受保护的技术使用者：巴斯夫欧洲公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5