[发明专利]制备二次电池用正极活性材料的方法和设备

说明书

本发明提供一种制备二次电池用正极活性材料的方法，所述方法包括如下步骤：1)在将反应溶液添加到分批式反应器的同时形成正极活性材料前体粒子，所述反应溶液包含含有过渡金属阳离子的含过渡金属的溶液、碱性水溶液和含铵离子的溶液；2)当反应器充满时将反应器中的一部分反应浆料排出，以将所述一部分反应浆料引入水力旋流器中；3)通过离心力将被引入水力旋流器中的反应浆料分离成上清液和含有正极活性材料前体粒子的浓缩反应浆料；以及4)将上清液排出到外部，并将浓缩反应浆料再引入反应器中，以再生长正极活性材料前体粒子。

技术领域

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年2月28日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请10-2018-0024859号的权益，其公开内容通过引用被整体并入本文中。技术领域

本发明涉及制备二次电池用正极活性材料的方法和设备。

背景技术

随着对移动设备的技术发展和需求的增加，对作为能源的二次电池的需求已经显著增加。在这些二次电池中，具有高能量密度、高电压、长循环寿命和低自放电率的锂二次电池已经被商品化并被广泛使用。

已经使用锂过渡金属氧化物作为锂二次电池的正极活性材料，并且在这些氧化物中，主要使用具有高工作电压和优异容量特性的锂钴氧化物LiCoO₂。然而，因为LiCoO₂由于因锂脱嵌引起的不稳定的晶体结构而具有非常差的热性能并且昂贵，所以在使用大量的LiCoO₂作为用于诸如电动车辆的应用的电源方面存在限制。

已经开发了锂锰氧化物(LiMnO₂或LiMn₂O₄)、锂铁磷酸盐化合物(LiFePO₄等)或锂镍氧化物(LiNiO₂等)作为替代LiCoO₂的材料。在这些材料中，已经较积极地对由于约200mAh/g的高可逆容量而可以容易实现大容量电池的锂镍氧化物进行了研究和开发。然而，LiNiO₂的限制在于，与LiCoO₂相比，LiNiO₂具有较差的热稳定性，并且当由于外部压力而在充电状态下发生内部短路时，正极活性材料自身分解，从而引起电池的破裂和着火。

因此，作为在保持LiNiO₂的优异可逆容量的同时改善低的热稳定性的方法，已经开发了一部分镍被钴置换的LiNi_1-αCo_αO₂(α＝0.1至0.3)或一部分镍被锰(Mn)和钴(Co)置换的镍钴锰类锂复合金属氧化物(下文中简称为“NCM类锂氧化物”)。此外，为了在具有优异的输出特性的同时解决由于金属元素的溶出而造成的安全问题，还已经提出了具有金属组成浓度梯度的锂过渡金属氧化物。

通常，制备正极活性材料的方法可以包括使用连续搅拌釜反应器(CSTR)制备正极活性材料前体的方法和使用分批式反应器制备正极活性材料前体的方法。连续搅拌釜反应器(CSTR)在添加原料并使原料共沉淀的同时排出由粒子构成的前体，并且对于分批式反应器，根据反应器的容积来添加原料并使原料反应预定时间，并且在反应完成之后排出前体。

通常，CSTR方法的优点在于容易控制金属组成比，但是CSTR方法的局限在于，因为同时且连续地进行原料输入和产物排出，所以形成在反应器中的正极活性材料的保留时间和反应时间可能会有变化，并且所得粒子的尺寸和组成可能是不均匀的。

由此，存在的趋势是采用能够有助于粒度控制并制备具有均匀粒度的正极活性材料前体的分批式方法，但是即使使用分批式反应器也难以制备具有均匀粒度分布的正极活性材料前体，并且与CSTR法相比，生产率可能会显著降低。

发明内容

技术问题