用于制造正极活性材料前体的设备和方法

技术领域

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求于2018年11月5日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请10-2018-0134627号的优先权，其公开内容通过引用被整体并入本文中。

技术领域

本发明涉及用于制造正极活性材料前体的设备和方法。

背景技术

随着移动装置的技术发展和需求的增加，对作为能源的二次电池的需求迅速增加。在这些二次电池中，具有高的能量密度和电压、长循环寿命和低自放电率的锂二次电池已经被商业化并被广泛使用。

作为锂二次电池的正极活性材料，使用了锂过渡金属氧化物，并且其中，主要使用具有高工作电压和优异容量特性的锂钴氧化物LiCoO

作为替代LiCoO

因此，作为在维持LiNiO

作为制造正极活性材料的方法，可以代表性地列出：通过使用连续反应器(连续搅拌釜式反应器，CSTR)来制造正极活性材料前体、然后将该正极活性材料前体与锂原料进行焙烧来制造正极活性材料的方法；以及通过使用分批式反应器来制造正极活性材料前体、然后将该正极活性材料前体与锂原料进行焙烧来制备正极活性材料的方法。连续反应器(CSTR)以如下方式来运行：在将形成为粒子的前体排出的同时，引入并共沉淀原料，并且分批式反应器以如下方式来运行：在一定时间段内引入与反应器容积相匹配的原料，使原料发生反应，并将完成反应的前体排出。

通常，使用连续反应器(CSTR)制造的正极活性材料前体可以通过在排出前体的同时引入并共沉淀原料来提高正极活性材料前体的生产率，但是因为原料引入和产物排出是同时连续进行的，所以在反应器中制造的正极活性材料前体在反应器中的滞留时间和反应时间可能会出现偏差，因此，所制造的正极活性材料的尺寸和粒度是不均匀的。

另外，使用分批式反应器制造的正极活性材料前体具有均匀的粒度和颗粒度(granularity)，但是与使用连续反应器(CSTR)制造的正极活性材料前体相比，其生产率降低。

因此，需要开发一种用于改善前体的质量均匀性和生产率的用于制造正极活性材料前体的设备。

韩国专利未决公开10-2012-0049227号公开了一种锂二次电池用正极活性材料、其制造方法和锂二次电池。

相关技术文献

[专利文献]

韩国专利未决公开10-2012-0049227号

发明内容

[技术问题]

本发明的一个方面提供一种用于制造正极活性材料前体的设备，所述设备包含过滤器和挡板被一体化的过滤器型挡板，以允许连续过滤反应溶液并充分确保过滤流量以提高生产率。

本发明的另一个方面提供一种用于制造正极活性材料前体的设备，所述设备允许制造具有均匀的粒度、粒子形状和粒度分布的正极活性材料前体。

本发明的又一个方面提供一种使用上述用于制造正极活性材料前体的设备来制造正极活性材料前体的方法。

[技术方案]

根据本发明的一个示例性实施方案，一种用于制造正极活性材料前体的设备包含：反应器，其中反应溶液被引入所述反应器中；搅拌器，所述搅拌器插入所述反应器中并且搅拌所述反应溶液；和过滤器型挡板，所述过滤器型挡板插入所述反应器中并且包含过滤器。

根据本发明的另一个示例性实施方案，一种用于制造正极活性材料前体的方法包括如下步骤：在将包含含过渡金属的溶液、含铵离子的溶液和碱性水溶液的反应溶液引入上述用于制造正极活性材料前体的设备中的同时，形成正极活性材料前体；以及在运行所述过滤器以将制造设备内的所述反应溶液的一部分连续排出到制造设备外部的同时，进行将附加反应溶液引入制造设备中的连续浓缩步骤。

[有益效果]

本发明的用于制造正极活性材料前体的设备包含过滤器和挡板被一体化以同时充当过滤器和挡板的过滤器型挡板。过滤器型挡板被安装在制造设备的内部，并且进行反应溶液的引入和过滤，以允许制造具有均匀的粒度、形状和分布的正极活性材料前体。

另外，本发明的用于制造正极活性材料前体的设备包含过滤器型挡板，以允许连续过滤反应溶液。另外，因为过滤器型挡板可以同时充当过滤器和挡板，所以解决了当分别安装过滤器和挡板时的空间限制，从而充分确保了制造设备的过滤流量，这对于提高生产率是优选的。

附图说明

图1是示意性描述根据本发明的示例性实施方案的用于制造正极活性材料前体的设备的前视图。

图2是示意性描述根据本发明的示例性实施方案的用于制造正极活性材料前体的设备的平面图。

图3是表示通过根据实施例1和2以及比较例1和2的用于制造正极活性材料前体的设备而制造的正极活性材料前体的粒度分布的图。

图4是表示通过根据实施例1和2以及比较例1和2的用于制造正极活性材料前体的设备而制造的正极活性材料前体的固体含量随反应时间的变化的图。

图5是通过根据实施例1的用于制造正极活性材料前体的设备而制造的正极活性材料前体的SEM照片。

图6是通过根据实施例2的用于制造正极活性材料前体的设备而制造的正极活性材料前体的SEM照片。

图7是通过根据比较例1的用于制造正极活性材料前体的设备而制造的正极活性材料前体的SEM照片。

图8是通过根据比较例2的用于制造正极活性材料前体的设备而制造的正极活性材料前体的SEM照片。

具体实施方式

本说明书和权利要求书中所使用的术语和词语不应被解释为普通或字典的含义，而是在发明人能够适当定义术语的概念以对他们自己的发明以最佳模式进行描述的原则的基础上，将所述术语和词语解释为与本发明的技术思想相一致的含义和概念。

使用本说明书中所使用的术语仅是为了描述示例性实施方案，而不是限制本发明。除非上下文另外指出，否则单数形式旨在包括复数形式。

将进一步理解，本说明书中所使用的术语“包含”、“提供”或“具有”明确所述特征、步骤、操作、部件、部分或其组合的存在，但不排除一种或多种其它特征、数字、步骤、操作、部件、部分或其组合的存在或添加。

在本说明书中，平均粒径(D

在下文中，将详细描述本发明。

本发明涉及一种用于制造正极活性材料前体的设备，具体是涉及一种用于制造可以用作锂二次电池用正极活性材料的前体的正极活性材料前体的设备。

本发明的用于制造正极活性材料前体的设备包含过滤器型挡板，在该过滤器型挡板中，过滤器和挡板被一体化以同时充当过滤器和挡板。过滤器型挡板被安装在制造设备的内部，并且可以同时进行反应溶液的引入和过滤，以制造正极活性材料前体。因此，通过连续浓缩步骤，可以制造具有均匀的粒度、形状和分布的正极活性材料前体。

另外，本发明的用于制造正极活性材料前体的设备包含过滤器型挡板，以允许连续过滤反应溶液并连续浓缩正极活性材料前体。另外，因为过滤器型挡板可以同时充当过滤器和挡板，所以解决了当分别安装过滤器和挡板时的空间限制，从而充分确保了制造设备的过滤流量，因此能够制造出生产效率高且质量改善的正极活性材料前体。

在下文中，将参考附图详细描述本发明的用于制造正极活性材料前体的设备。当为每一个附图的部件赋予附图标记时，即使相同的部件在不同的附图中示出，该相同的部件也将由相同的附图标记表示。此外，在描述本发明的示例性实施方案时，可以不详细地描述熟知的功能或构造，因为它们可能会不必要地对本发明的理解造成模糊。

图1和图2是示意性描述根据本发明的示例性实施方案的用于制造正极活性材料前体的设备的前视图和平面图。

参考图1和图2，本发明的用于制造正极活性材料前体的设备包含：反应器10；搅拌器20；和过滤器型挡板30a、30b、30c和30d。

用于制造正极活性材料前体的设备用于制造正极活性材料前体，具体地，将反应溶液引入反应器10中，以制造正极活性材料前体，其中在将一部分反应溶液通过过滤器型挡板30a、30b、30c和30d排出到外部的同时将反应溶液连续地引入到反应器10中。因此，正极活性材料前体的固形物浓度升高，正极活性材料前体的核可以容易生长，因此可以提高正极活性材料前体的质量和生产率。

反应器10可以被设置在合成正极活性材料前体的反应位置中。可以将反应溶液引入反应器10。

反应溶液可以包含含过渡金属的溶液、含铵离子的溶液和碱性水溶液。用于制造正极活性材料前体的设备可以包含多个反应溶液引入管线80a、80b、80c和80d，并且含过渡金属的溶液、含铵离子的溶液和碱性水溶液可以通过所述多个反应溶液引入管线80a、80b、80c和80d而被分别引入。

搅拌器20插入反应器10中并且可以搅拌反应溶液。

反应器10和搅拌器20不受特别限制，并且可以不受限制地使用本领域中通常使用的反应器和搅拌器。

过滤器型挡板30a、30b、30c和30d插入反应器10中，并且包含过滤器31a、31b、31c和31d。因为过滤器型挡板30a、30b、30c和30d包含过滤器31a、31b、31c和31d，所以可以仅将用过的反应溶液排出到反应器10的外部，而可以不将由该制造设备制造的正极活性材料前体排出到反应器10的外部。

过滤器型挡板30a、30b、30c和30d可以充当反应器10中的挡板和过滤器。具体地，过滤器型挡板30a、30b、30c和30d充当反应器10中的挡板，从而转换反应溶液的流动方向，因此可以改善反应溶液中的反应成分的反应性，并且可以改善所制造的前体的均匀性。另外，因为过滤器型挡板30a、30b、30c和30d允许通过其中所包含的过滤器31a、31b、31c和31d来过滤并排出反应溶液，所以可以将所制造的前体连续浓缩，因此可以改善正极活性材料前体的颗粒度、形状和分布的均匀性。

另外，因为根据本发明的用于制造正极活性材料前体的设备使用过滤器和挡板被一体化的过滤器型挡板30a、30b、30c和30d，所以与将过滤器和挡板分开安装的情况相比，可以促进空间效率和前体生产率的提高。具体地，如图1和图2中所示，在用于制造正极活性材料前体的设备中，可以将搅拌器、各种反应溶液引入管线等插入反应器中，并且将这些部件通过反应器的上部插入。然而，常规上，由于因所插入的部件占据反应器内部而导致的空间限制，所以在充分插入过滤器和挡板方面存在限制。然而，因为根据本发明的用于制造正极活性材料前体的设备包含可以充当过滤器和挡板的过滤器型挡板30a、30b、30c和30d，所以可以解决反应器的空间限制，并且可以将前体的生产率提高到更优选的水平。

过滤器型挡板30a、30b、30c和30d的位置不受特别限制，并且可以根据搅拌器20中的反应溶液的搅拌流动来适当地确定。例如，如图1中所示，可以将过滤器型挡板30a和30b设置或附接在反应器10的外壁上，在这种情况下，可以提高反应器10的空间效率，因此这是优选的。

过滤器型挡板30a、30b、30c和30d的数量不受特别限制，并且可以根据反应器10的容积、面积等来适当地确定。例如，在进一步提高反应成分的搅拌程度和反应性的方面，过滤器型挡板30a、30b、30c和30d的数量可以为至少一个，优选可以为多个。具体地，如图2中所示，过滤器型挡板30a、30b、30c和30d的数量可以为四个，但不限于此。例如，过滤器型挡板30a和30b的数量为多个，并且多个过滤器型挡板30a、30b、30c和30d可以沿着外壁以预定间隔设置。

过滤器31a、31b、31c和31d可以由金属制成，具体地，可以包含选自不锈钢和碳钢中的至少一种，并且优选包含不锈钢。当过滤器31a、31b、31c和31d由金属制成时，可以提高过滤器的耐久性。

另外，当过滤器31a、31b、31c和31d由金属制成时，可以增加通过过滤器的每单位面积流量，从而可以将制造设备内的反应溶液在短时间内连续地排出到外部。因此，因为在将反应溶液引入到反应器10中的同时可以将反应溶液通过过滤器31a、31b、31c和31d排出到外部，所以可以连续过滤反应溶液。然而，当使用由无纺布制成的过滤器时，每单位面积流量不足，使得反应溶液的连续过滤可能不足，并且溶液的流动方向可能无法通过过滤器型挡板而充分转换。

过滤器31a、31b、31c和31d可以包含孔，并且所述孔可以小于所制造的正极活性材料前体的尺寸。因此，所制造的正极活性材料前体不能通过过滤器被过滤，而反应溶液通过过滤器被过滤。可以在考虑待制造的正极活性材料前体的大小的情况下将孔径调节至合适的水平，并且孔径可以具体是0.01μm至50μm，更具体是0.05μm至30μm，优选是0.07μm至10μm。

在考虑到反应溶液的流量、流动方向的转换等的情况下，可以将过滤器型挡板30a、30b、30c和30d的长度设计成适当的水平。具体地，过滤器型挡板30a、30b、30c和30d的长度可以是反应器10的高度的50％至95％，优选60％至85％，因此，可以更优选地实现过滤器型挡板的上述效果。

过滤器型挡板30a、30b、30c和30d可以包含彼此独立运行的多个过滤器，并且过滤器可以根据填充在反应器10中的反应溶液的液位来独立运行。因此，即使在反应器没有完全充满溶液并且将过滤器的过滤面积和过滤流量调节至各种水平的情况下，本发明的制造设备也可以部分地且独立地运行多个过滤器，由此在确保正极活性材料前体的高效生产率和均匀质量的方面是优选的。

具体地，如图1中所示，过滤器型挡板30a、30b、30c和30d可以包含彼此独立运行的上部过滤器32a、32b、32c和32d以及下部过滤器33a、33b、33c和33d。例如，当反应溶液到达反应器10的第一位置时，可以运行下部过滤器33a、33b、33c和33d以进行过滤，并且当反应溶液到达高于第一位置的第二位置时，可以进一步运行上部过滤器32a、32b、32c和32d以进行过滤。即，当将反应器10中的反应溶液填充到高达第一位置时，可以仅运行下部过滤器33a、33b、33c和33d以进行过滤，但是当反应器10中的反应溶液在第二位置处时，上部过滤器32a、32b、32c和32d也可以与下部过滤器33a、33b、33c和33d一起运行，以过滤反应溶液并将过滤出的反应溶液排出到外部。因此，因为可以从正极活性材料前体的初始生长阶段起连续地进行过滤，所以能够提高反应效率并且提高生产率。

第一位置可以与当下部过滤器33a、33b、33c和33d全部浸没在反应器10中的反应溶液中时反应器10中的反应溶液的位置相同或更高，并且第二位置可以与当上部过滤器32a、32b、32c和32d全部浸没在反应器10中的反应溶液中时反应器10中的反应溶液的位置相同或更高。

图1示出了过滤器型挡板30a、30b、30c和30d包含上部过滤器32a、32b、32c和32d以及下部过滤器33a、33b、33c和33d，但是过滤器的数量不限于此，并且在整体考虑到反应器的尺寸、反应溶液的流量等的情况下，在过滤器型挡板中可以包含两个以上的多个过滤器，并且这些过滤器可以彼此独立运行。

用于制造正极活性材料前体的设备可以包含用于排出反应溶液的反应溶液排出管线35a、35b、35c和35d。反应溶液排出管线35a、35b、35c和35d可以起到将在过滤器型挡板30a、30b、30c和30d中过滤出的反应溶液排出到外部的功能。具体地，如图1和图2中所示，反应溶液排出管线35a、35b、35c和35d可以连接到过滤器型挡板30a、30b、30c和30d，并且设置在反应器10的外部。例如，反应溶液排出管线35a、35b、35c和35d可以包含真空泵，并且过滤出的反应溶液可以通过该真空泵排出到外部。

用于制造正极活性材料前体的设备还可以包含附加过滤器34。具体地，可以将附加过滤器34插入反应器10中。附加过滤器34可以与上述过滤器型挡板30a、30b、30c和30d一起进行对反应溶液的连续过滤，因此可以促进提高另外的过滤流量并因此提高前体的生产率。另外，当在制造设备中包含附加过滤器34时，可以尽可能多地确保反应器10内部的空间效率，因此这是优选的，并且确保另外的过滤流量，使得可以进一步提高前体的生产率和质量均匀性。

所述附加过滤器34的数量、面积、尺寸等不受特别限制，只要其不影响搅拌器20、过滤器型挡板30a、30b、30c和30d等在反应器10中的安装即可，并且可以考虑必要部件在反应器10中所占据的空间来适当地确定所述附加过滤器34的数量、面积、尺寸等。

用于制造正极活性材料前体的设备还可以包含连接到附加过滤器34的附加反应溶液排出管线35e。如图1中所示，附加反应溶液排出管线35e连接到附加过滤器34，并且可以起到将过滤出的反应溶液排出到外部的功能。

用于制造正极活性材料前体的设备还可以包含前体出口40，并且该前体出口40可以将所制造的正极活性材料前体排出到外部。例如，在制造正极活性材料前体期间，关闭前体出口40，但是当通过进行连续过滤而完成了固形物浓度升高的正极活性材料前体的制造时，可以打开前体出口40，以从外部得到正极活性材料前体。

用于制造正极活性材料前体的设备还可以包含溢流管线50。溢流管线50可以被安装在反应器的上端上，并且当反应器中的反应溶液的量过多或反应器充满溶液时，溢流管线50可以起到将反应溶液排出到外部以调节反应器内部的反应溶液的量的作用。

用于制造正极活性材料前体的设备还可以包含在反应器10的上部上的传感器60a和60b。传感器60a和60b可以起到检测反应器内部的溶液体积、溶液pH等的功能。

用于制造正极活性材料前体的设备还可以包含在反应器10的上部上的视窗70。可以通过视窗70观察反应过程。

用于制造正极活性材料前体的设备还可以包含插入反应器10中的氮气引入管线90。氮气引入管线90是用于引入氮气的通道，并且可以通过氮气引入管线90将氮气吹扫到反应器10中，以除去溶解在溶液中的氧气并在反应器10内部产生非氧气气氛。

另外，本发明提供一种使用上述用于制造正极活性材料前体的设备来制造正极活性材料前体的方法。

具体地，根据本发明的用于制造正极活性材料前体的方法包括如下步骤：在将包含含过渡金属的溶液、含铵离子的溶液和碱性水溶液的反应溶液引入上述用于制造正极活性材料前体的设备中的同时，形成正极活性材料前体；以及在运行过滤器以将制造设备内的反应溶液的一部分连续排出到制造设备外部的同时，进行将附加反应溶液引入的连续浓缩步骤。

在根据本发明的用于制造正极活性材料前体的方法中，将反应溶液引入制造设备中以制造正极活性材料前体，并且在通过过滤器型挡板将反应溶液排出到外部的同时进行将附加反应溶液引入制造设备中的连续浓缩步骤。因此，可以以恒定的速度提高所制造的正极活性材料前体的固形物浓度，从而将正极活性材料前体的质量和生产率改善到优异水平。

另外，如上所述，因为本发明的用于制造正极活性材料前体的方法使用包含过滤器型挡板的制造设备，所以由于使用了过滤器和挡板被一体化的过滤器型挡板而可以确保反应器内部的空间，并且可以由此提高正极活性材料前体的生产率。

在下文中，将详细地描述根据本发明的用于制造正极活性材料前体的方法。

首先，在将包含含过渡金属的溶液、含铵离子的溶液和碱性水溶液的反应溶液引入上述用于制造正极活性材料前体的设备中的同时，形成正极活性材料前体。

含过渡金属的溶液、含铵离子的溶液和碱性水溶液可以被单独地引入或作为其混合物被一起引入上述反应溶液引入管线中。

在含过渡金属的溶液、含铵离子的溶液和碱性水溶液中，首先，可以将含铵离子的溶液和碱性水溶液引入反应器中至一定体积，以调节反应器的pH。

含过渡金属的溶液不受特别限制，只要其可以溶解在水中即可，并且可以包含例如选自如下中的至少一种：过渡金属的盐，例如过渡金属的乙酸盐、硝酸盐、硫酸盐；过渡金属的卤化物；过渡金属的硫化物；过渡金属的氢氧化物；过渡金属的氧化物；和过渡金属的羟基氧化物。

含过渡金属的溶液可以包含镍(Ni)、钴(Co)和锰(Mn)的盐。

镍(Ni)可以作为如下物质被包含在含过渡金属的溶液中：Ni(OH)

另外，钴(Co)可以作为如下物质被包含在含过渡金属的溶液中：Co(OH)

另外，锰(Mn)可以作为如下物质被包含在含过渡金属的溶液中：锰氧化物，如Mn

另外，含过渡金属的溶液还可以包含选自如下中的至少一种金属的盐：Al、Zr、B、W、Mo、Cr、Ta、Nb、Mg、Ce、Hf、Ta、La、Ti、Sr、Ba、Ce、F、P、S和Y。例如，含过渡金属的溶液可以包含选自如下中的至少一种的乙酸盐、硝酸盐、硫酸盐、卤化物、硫化物、氢氧化物、氧化物或羟基氧化物：Al、Zr、B、W、Mo、Cr、Ta、Nb、Mg、Ce、Hf、Ta、La、Ti、Sr、Ba、Ce、F、P、S和Y.

含铵离子的溶液可以包含选自如下中的至少一种：NH

碱性水溶液可以包含选自如下中的至少一种：NaOH、KOH和Ca(OH)

正极活性材料前体可以通过包括如下步骤来形成：在pH为11至13的反应器中进行共沉淀反应，以制造粒子核；以及在核的制造之后，将反应器中的pH变为pH 10至12，以进行共沉淀反应，从而生长粒子。

也就是说，在反应开始时引入含铵离子的溶液和碱性水溶液，以使反应器中的pH条件在pH 11至13的范围内，然后将含过渡金属的溶液引入反应器中，以制造粒子核。在此，随着通过引入含过渡金属的溶液来制造粒子核，反应器中的pH值变化，因此可以将含过渡金属的溶液、含铵离子的溶液和碱性水溶液一起引入，以控制pH维持为pH 11至13。当满足该pH范围时，优先发生粒子核的制造，并且几乎不发生粒子的生长。

当完成了粒子核的制造时，使得反应器中的pH在10至12的范围内，并且在引入含过渡金属的溶液的同时使所制造的粒子核生长。在此，如上所述，随着通过引入含过渡金属的溶液来生长粒子核，pH值变化，因此可以将含过渡金属的溶液、含铵离子的溶液和碱性水溶液一起引入，以控制pH维持为pH 10至12。当满足该pH范围时，几乎不产生新的粒子核，并且可以优先发生粒子的生长。

例如，可以以使得过渡金属的注入速度为0.15mol/L·小时至0.5mol/L·小时的方式注入含过渡金属的溶液。当在上述范围内注入过渡金属时，可以同时确保增加的正极活性材料前体的输出以及均匀的粒度分布。

另外，以使得在整个核制造过程和粒子生长过程中过渡金属的注入速度在一定范围内(0.15mol/L·小时至0.5mol/L·小时)的方式注入被引入到反应器中的含过渡金属的溶液，由此粒子的生长在一定速度下缓慢地发生，因此，取决于粒子生长的反应器中的固形物浓度也在一定速度下升高。

通过上述方法制造的正极活性材料前体可以是过渡金属氢氧化物的形式，例如可以是由如下化学式1表示的化合物：

[化学式1]

Ni

其中a+b+c+d＝1，0.5≤a<1，0

在化学式1的过渡金属氢氧化物中，可以以对应于a例如0.5≤a<1、具体是0.6≤a<1的含量包含Ni。当化学式1的过渡金属氢氧化物中的Ni含量具有0.5以上的组成时，确保了足够量的Ni，以在通过包含Ni而制造的正极活性材料中有助于充电和放电，由此促进电池的较高容量。

在化学式1的过渡金属氢氧化物中，可以以对应于b即0

在化学式1的过渡金属氢氧化物中，Mn可以确保寿命特性和结构稳定性。考虑到效果，可以以对应于c即0≤c≤0.5的量包含Mn。当化学式1的过渡金属氢氧化物中的c大于0.5时，电池的输出特性和充电/放电效率可能劣化，可以更具体地以0.05≤c≤0.3的含量包含Mn。

在化学式1的过渡金属氢氧化物中，M

另一方面，可以使用包含镍阳离子的第一含过渡金属的溶液和具有与第一含过渡金属的溶液不同浓度的过渡金属阳离子的第二含过渡金属的溶液作为含过渡金属的溶液，以制造在粒子中具有过渡金属组成的浓度梯度的前体。

例如，可以通过混合器将第一含过渡金属的溶液和具有与第一含过渡金属的溶液不同的过渡金属阳离子浓度的第二含过渡金属的溶液混合并引入到反应器中。

第一含过渡金属的溶液和第二含过渡金属的溶液可以包含例如选自如下中的至少一种阳离子：镍、锰和钴(过渡金属的金属盐)。

第一含过渡金属的溶液和第二含过渡金属的溶液可以具有彼此不同的过渡金属阳离子浓度，例如，第一含过渡金属的溶液可以具有比第二含过渡金属的溶液高的镍阳离子浓度。例如，第一含过渡金属的溶液可以具有80％以上的镍(Ni)盐与全部过渡金属盐的摩尔比，并且第二含过渡金属的溶液可以具有60％以下的镍(Ni)盐与全部过渡金属盐的摩尔比。

另外，与第二含过渡金属的溶液相比，第一含过渡金属的溶液可以具有更低的锰(Mn)和钴(Co)中的至少一种过渡金属的阳离子浓度。例如，第一含过渡金属的溶液可以具有20％以下的锰(Mn)盐和/或钴(Co)盐与全部过渡金属盐的摩尔比，并且第二含过渡金属的溶液可以具有30％以上的锰(Mn)和/或钴(Co)盐与全部过渡金属盐的摩尔比。

以此方式，可以调节具有不同阳离子浓度的第一含过渡金属的溶液和第二含过渡金属的溶液的引入速度，以形成在粒子中具有过渡金属组成的浓度梯度的前体。

例如，可以逐渐降低第一含过渡金属的溶液的引入速度，并且可以逐渐升高第二含过渡金属的溶液的引入速度，以形成浓度梯度。

接下来，在运行过滤器以将制造设备内的反应溶液的一部分连续排出到制造设备外部的同时，进行将附加反应溶液引入的连续浓缩步骤。

具体地，在使用制造设备中所包含的过滤器型挡板将完成反应的反应溶液连续排出到制造设备外部的同时，将包含含过渡金属的溶液、含铵离子的溶液和碱性水溶液的附加反应溶液引入制造设备内部，从而可以进一步生长正极活性材料前体的粒子核，并且可以连续地浓缩正极活性材料前体。附加反应溶液中所包含的含过渡金属的溶液、含铵离子的溶液和碱性水溶液是如上文针对反应溶液所述的那些。

随着正极活性材料前体的粒子的生长，反应器中的固形物浓度可以以恒定的速度升高。另外，随着正极活性材料前体的固形物浓度的升高，正极活性材料前体粒子的生长速度降低，使得可以制造具有窄的粒度分布和致密结构的正极活性材料前体粒子。另外，当在将完成反应的反应溶液排出到反应器外部的同时将反应溶液引入反应器中时，在相同的反应时间内可以发生较多的粒子生长，从而显著提高前体粒子的生产率。

反应溶液的排出流量和附加反应溶液的引入流量可以是相同的。例如，当附加反应溶液的引入流量高于反应溶液的排出流量时，由于反应器的液位升高而可能不能进行连续反应，而当附加反应溶液的引入流量低于反应溶液的排出流量时，由于反应器的液位降低而可能不能进行连续反应。

反应溶液的排出是使用过滤器型挡板仅将反应溶液排出到反应器的外部，并且通过过滤器型挡板，正极活性材料前体不被排出到反应器的外部，并且可以仅将反应溶液选择性地连续排出到制造设备的外部。

正极活性材料前体的固形物浓度可以通过连续浓缩步骤而恒定地升高，并且可以具体以每小时1.3％至4.5％、优选每小时2％至4％的速度升高。另外，在正极活性材料前体的制造中，反应可以在反应开始后连续进行2天至15天，并且优选的是在反应器中的固形物浓度为20％至140％、优选80％至120％时结束反应。

以此方式，在反应器中的固形物浓度以一定速度升高的同时在反应器中的固形物浓度为20％至140％时结束反应的情况下，提高了前体粒子的生产率，并且同时可以制造具有窄的粒度分布和致密结构的正极活性材料。具体地，当根据本发明来制造正极活性材料前体时，与使用具有相同尺寸的分批式反应器通过不进行排出以及进一步引入反应溶液的常规方法来制造正极活性材料前体的情况相比，可以显著提高前体的输出。

可以将通过该制造方法制造的正极活性材料前体与含锂原料混合并焙烧，以制造正极活性材料。

含锂原料不受特别限制，只要其是含有锂源的化合物即可，但是优选地，可以使用选自如下中的至少一种：碳酸锂(Li

可以将正极活性材料前体和含锂原料以1：1至1：1.15的摩尔比混合。当以小于所述范围的摩尔比混合含锂原料时，可能会降低所制造的正极活性材料的容量，并且当以大于所述范围的摩尔比混合含锂原料时，可能会在焙烧工序期间烧结粒子，使得可能难以制造正极活性材料，并且焙烧(引起正极活性材料的结合现象)之后可能发生正极活性材料粒子的容量降低和分离。

焙烧可以在700℃至1000℃的温度下进行。当焙烧温度低于700℃时，由于反应不足，所以原料可能残留在粒子中，从而使电池的高温稳定性劣化，并且体积密度和结晶度可能降低，从而使结构稳定性劣化。另一方面，当焙烧温度高于1000℃时，可能发生粒子的不均匀生长，并且由于过度增大的粒度而导致每单位面积所包含的粒子量减少，从而降低了电池的体积容量。另一方面，考虑到所制造的正极活性材料的粒度控制、容量和稳定性以及含锂副产物的减少，焙烧温度可以优选为700℃至950℃。

焙烧可以进行5小时至35小时。当焙烧时间小于5小时时，反应时间太短，使得可能难以得到具有高结晶度的正极活性材料，而当焙烧时间大于35小时时，粒度可能过度增大，并且生产效率可能降低。

另外，本发明提供一种锂二次电池用正极，所述正极包含通过上述方法制造的正极活性材料。具体地，提供一种二次电池用正极，其中所述二次电池用正极包含正极集电器和形成在所述正极集电器上的正极活性材料层，并且所述正极活性材料层包含根据本发明的正极活性材料。

除了使用上述正极活性材料以外，可以通过用于制造正极的普通方法来制造正极。

另外，本发明可以制造包含所述正极的电化学装置。所述电化学装置可以具体是电池或电容器，更具体是锂二次电池。

具体地，锂二次电池包含正极、面对正极设置的负极以及插置在正极与负极之间的隔膜以及电解质，并且所述正极可以是上述锂二次电池用正极。

另外，锂二次电池还可以选择性地包含：电池容器，所述电池容器用于储存正极、负极和隔膜的电极组件；和密封构件，所述密封构件用于密封所述电池容器。

锂二次电池可以用于：便携式装置，如移动电话、笔记本计算机和数码相机；电动车辆领域，如混合动力电动车辆(HEV)等。

在下文中，将详细地描述本发明的实施例，以便于本发明所属领域的普通技术人员容易地实施。然而，本发明可以以各种不同的形式来实现，并且不限于本说明书中所提供的实施方案。

实施例

实施例1：正极活性材料前体的制造

1.用于制造正极活性材料前体的设备的制造

制造图1和图2中所示的用于制造正极活性材料前体的设备。

具体地，在容积为70L的反应器中，将四个包含孔径为0.1μm的不锈钢过滤器的过滤器型挡板以恒定间隔安装在反应器的外壁上。过滤器型挡板中所包含的过滤器由可以独立运行的上部过滤器和下部过滤器构成。过滤器型挡板的长度为反应器的总高度的65％，并且下部过滤器被设置在反应器高度的15％至50％处，并且上部过滤器被设置在反应器高度的50％至85％处。另外，将孔径为5μm的由金属(不锈钢)制成的附加过滤器插入反应器中，并且连接用于将反应溶液排出到反应器外部的附加反应溶液排出管线。另外，安装搅拌器、反应溶液排出管线、前体出口、溢流管线、传感器、视窗、反应溶液引入管线和氮气引入管线。

2.正极活性材料前体的制造

将NiSO

准备所述含过渡金属的溶液、浓度为25重量％的NaOH水溶液和浓度为9重量％的NH

在将20L去离子水添加到反应器中之后，通过反应器的氮气引入管线以10L/分钟的速度吹扫氮气，以除去溶解在水中的氧气并在反应器内部产生非氧气气氛。其后，引入40mL浓度为25重量％的NaOH水溶液和870mL浓度为9重量％的NH

其后，分别以16mol/小时、32mol/小时和4.8mol/小时的速度引入含过渡金属的溶液、NaOH水溶液和NH

随后，以使得pH为11.6的方式引入含过渡金属的溶液、NaOH水溶液和NH

实施例2：正极活性材料前体的制造

1.用于制造正极活性材料前体的设备的制造

除了在实施例1的制造设备中未安装附加过滤器和附加反应溶液排出管线之外，以与实施例1中相同的方式制造实施例2的用于制造正极活性材料前体的设备。

2.正极活性材料前体的制造

将NiSO

准备所述含过渡金属的溶液、浓度为25重量％的NaOH水溶液和浓度为9重量％的NH

在将20L去离子水添加到反应器中之后，通过反应器的氮气引入管线以10L/分钟的速度吹扫氮气，以除去溶解在水中的氧气并在反应器内部产生非氧气气氛。其后，引入40mL浓度为25重量％的NaOH水溶液和870mL浓度为9重量％的NH

其后，分别以9.6mol/小时、19.1mol/小时和2.9mol/小时的速度引入含过渡金属的溶液、NaOH水溶液和NH

随后，以使得pH为11.6的方式引入含过渡金属的溶液、NaOH水溶液和NH

比较例1：正极活性材料前体的制造

1.用于制造正极活性材料前体的设备的制造

除了在实施例1的制造设备中的位置处使用具有与实施例1的过滤器型挡板相同尺寸的由不锈钢制成的挡板以代替实施例1的过滤器之外，以与实施例1中相同的方式制造比较例1的用于制造正极活性材料前体的设备。

2.正极活性材料前体的制造

将NiSO

准备所述含过渡金属的溶液、浓度为25重量％的NaOH水溶液和浓度为9重量％的NH

在将20L去离子水添加到反应器中之后，通过反应器的氮气引入管线以10L/分钟的速度吹扫氮气，以除去溶解在水中的氧气并在反应器内部产生非氧气气氛。其后，引入40mL浓度为25重量％的NaOH水溶液和870mL浓度为9重量％的NH

其后，分别以8mol/小时、16mol/小时和2.4mol/小时的速度引入含过渡金属的溶液、NaOH水溶液和NH

随后，以使得pH为11.6的方式引入含过渡金属的溶液、NaOH水溶液和NH

比较例2：正极活性材料前体的制造

1.用于制造正极活性材料前体的设备的制造

比较例2的用于制造正极活性材料前体的设备使用普通的连续搅拌釜式反应器(CSTR)。

2.正极活性材料前体的制造

将NiSO

实验例

实验例1：粒度分布的评价

为了确认在实施例1和2以及比较例1和2中制造的正极活性材料前体粒子的粒度分布，使用来自Microtrac的S-3500来测量在实施例1和2以及比较例1和2中制造的正极活性材料前体的颗粒度，并将结果示于下表1和图3中。

[表1]

参考表1和图3，确认了，与使用普通CSTR的比较例2相比，在实施例的制造设备中制造的正极活性材料前体具有更窄的粒度分布，并且具有优异的质量均匀性。

在比较例1中，正极活性材料前体具有与实施例类似水平的粒度分布。然而，确认了，通过进行两倍于实施例1的过滤(约76小时)而得到比较例1的前体的粒度分布。因此，在改善正极活性材料的质量均匀性和生产率这两方面，实施例的制造设备显著优于比较例的制造设备。

实验例2：反应器中的固体含量变化的评价

以10小时的间隔从实施例1和2以及比较例1和2的制造设备中提取50mL反应器内部的溶液，将其在减压下过滤，并在120℃下干燥，并且将回收到的前体量除以提取出的溶液量(50mL)，从而测量反应器中的固体含量变化。将测量结果示于图4中。

参考图4，当通过实施例的制造设备来制造正极活性材料前体时，确认了，与比较例相比，固体含量以更高的速度升高。因此确认，实施例的制造设备显著缩短了正极前体的制造时间，从而提高了前体的生产率。

实验例3：粒子特性的评价

通过扫描电子显微镜(SEM)来拍摄在实施例1和2以及比较例1和2中制造的正极活性材料前体，以确认正极活性材料前体的粒子特性。将由实施例1和2以及比较例1和2的制造设备制造的正极活性材料前体的SEM照片按顺序示于图5至图8中。

参考图5至图8，确认了，与由比较例2的制造设备制造的正极活性材料前体相比，通过由实施例的制造设备进行连续过滤而制造的正极活性材料前体具有更均匀的粒度分布和更优异的质量。

在比较例1中，正极活性材料前体具有与实施例类似水平的粒度分布。然而，确认了，在实施例1中，通过过滤约38小时可以实现优异的前体粒度分布，而与实施例1相比，通过实施两倍于实施例1的过滤(约76小时)而实现比较例1的前体的该粒度分布。因此，在改善正极活性材料的质量均匀性和生产率这两方面，实施例的制造设备显著优于比较例的制造设备。

实验例4：根据反应器中的固体含量变化的物理性质变化

在如实施例1和比较例1中的连续浓缩步骤期间，对于反应器中的镍钴锰复合金属氢氧化物粒子，测量了根据固体含量变化的物理性质变化。具体地，以10小时的间隔提取50mL反应器内部的溶液，将其在减压下过滤，在120℃下干燥，并将回收到的前体量除以提取出的溶液量(50mL)以进行计算，从而测量反应器中的固体含量变化。当固体含量分别为40％、60％和80％时，提取正极活性材料前体粒子并且测量其平均粒径和长宽比，并将结果示于下表2中。如表2中所示，当反应器中的固体含量以恒定的速度升高时，正极活性材料前体粒子的长宽比接近于1，因此确认，可以形成球形的均匀粒子。

[表2]

参考表2，确认了，由实施例1的制造设备制造的正极活性材料前体具有与比较例1类似水平的质量均匀性。然而，确认了，在实施例1中，通过过滤约38小时来实现该长宽比，而通过进行两倍于实施例1的过滤(约76小时)来实现比较例1的前体的该长宽比。因此，在改善正极活性材料的质量均匀性和生产率这两方面，实施例1的制造设备显著优于比较例1的制造设备。

[附图标记列表]

10：反应器

20：搅拌器

30a、30b、30c、30d：过滤器型挡板

31a、31b、31c、31d：过滤器

32a、32b、32c、32d：上部过滤器

33a、33b、33c、33d：下部过滤器

34：附加过滤器

35a、35b、35c、35d：反应溶液排出管线

35e：附加反应溶液排出管线

40：前体出口

50：溢出管线

60a、60b：传感器

70：视窗

80a、80b、80c、80d：溶液引入管线

90：氮气引入管线