本发明专利技术描述了可用于锂离子电池的化合物、粉末和阴极活性材料。还描述了制备此类化合物、粉末和阴极活性材料的方法。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于锂离子电池的阴极活性材料相关申请的交叉引用根据35U.S.C.§119(e)，本申请要求以下专利的权益：美国临时专利申请序列号62/307,956，名称为“Surface-ModifiedCathodeActiveMaterialsforLithium-IonBatteries”，提交于2016年3月14日；以及美国专利申请序列号62/307,964，名称为“CathodeActiveMaterialsforLithium-IonBatteries”，提交于2016年3月14日。每个专利申请的内容全文以引用方式并入本文。
本公开整体涉及电池，并且更具体地涉及用于锂离子电池的阴极活性材料。美国政府许可权本专利技术基于WFO提案No.85F59在美国政府的支持下进行。本专利技术基于AppleInc.与ArgonneNationalLaboratory(隶属于美国能源部)之间的CRADA1500801进行。美国政府拥有本专利技术的某些权利。
技术介绍
常用的可再充电电池类型是锂电池，诸如锂离子或锂聚合物电池。由于电池供电设备变得越来越小以及更强大，给这些设备供电的电池需要在更小的体积中存储更多的能量。因此，可通过能够改善装置中电池的体积能量密度的机制来促进电池驱动装置的使用。可在锂离子电池的阴极活性材料中使用锂过渡金属氧化物。这些化合物可包括锂钴氧化物或其衍生物。这些化合物可为粉末形式。
技术实现思路
在第一方面，本公开涉及根据式(III)的化合物：LiαCo1-xMxAlγOδ(III)其中M为B、Na、Mn、Ni、Mg、Ti、Ca、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Al、Sc、Y、Ga、Zr、Mo、Ru或它们的组合，0.95≤α≤1.10，0<x<0.50，0≤γ≤0.05，并且1.95≤δ≤2.60。在一些方面，M为Mn、Ni或它们的组合，0.95≤α≤1.10，0<x<0.50，0≤γ≤0.05，并且1.95≤δ≤2.60。在另一方面，本公开涉及包含颗粒的粉末。颗粒包含根据式(III)的化合物。在另一方面，本公开涉及包含具有芯和涂层的颗粒的粉末。涂层设置在芯的至少一部分上。芯包含选自式(I)、式(IIa)、式(IIb)和式(III)化合物的化合物：LiαMOδ(I)(x)[Li2M1O3]·(1-x)[LiM2O2](IIa)(x)[Li2M1O3]·(1-x)[Li1-yM2O2](IIb)LiαCo1-xMxAlγOδ(III)其中，当化合物为式(I)时，M选自Co、Mn、Ni以及它们的组合，0.95≤α≤2，并且1.95≤δ≤3；当化合物为式(IIa)时，0≤x≤1，M1选自Ti、Mn、Zr、Mo、Ru以及它们的组合，并且M2选自B、Na、Mg、Ti、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Sc、Y、Ga、Zr、Mo、Ru以及它们的组合；当所述化合物为式(IIb)时，0≤x≤1，0≤y≤1，M1选自Ti、Mn、Zr、Mo、Ru以及它们的组合，并且M2选自B、Na、Mg、Ti、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Sc、Y、Ga、Zr、Mo、Ru以及它们的组合；并且当所述化合物为式(III)时，0.95≤α≤1.10，M选自B、Na、Mn、Ni、Mg、Ti、Ca、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Al、Sc、Y、Ga、Zr、Mo、Ru以及它们的组合，0<x<0.50，0≤γ≤0.05，并且1.95≤δ≤2.60。在一些方面，化合物为式(I)，M选自Co、Mn、Ni以及它们的组合，1≤α≤2，并且2≤δ≤3。在一些方面，化合物为式(IIa)，0≤x≤1，M1选自Ti、Mn、Zr、Mo、Ru以及它们的组合，并且M2选自B、Na、Mg、Ti、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Sc、Y、Ga、Zr、Mo、Ru以及它们的组合。在一些方面，化合物为式(IIa)，并且0<x≤0.10。在一些方面，化合物为式(IIb)，0≤x≤1，0≤y≤1，M1选自Ti、Mn、Zr、Mo、Ru以及它们的组合，并且M2选自B、Na、Mg、Ti、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Sc、Y、Ga、Zr、Mo、Ru以及它们的组合。在一些方面，化合物为式(III)，并且0<x≤0.10。在一些方面，化合物为式(III)，0.95≤α≤1.10，M选自Mn、Ni以及它们的组合，0<x<0.50，0≤γ≤0.05，并且1.95≤δ≤2.60。涂层包含氧化物材料、氟化物材料或它们的组合。在一些方面，芯包含根据式(IIa)的化合物。在一些方面，芯包含根据式(IIb)的化合物。在一些方面，芯包含根据式(III)的化合物。在其它变型中，0.001≤γ≤0.03。在一个方面，本公开涉及由式(IV)表示的化合物：LiαCo1-xMnxOδ(IV)其中0.95≤α≤1.10，0≤x≤0.10，并且1.90≤δ≤2.20。在另一方面，0<x≤0.10。在另一方面，本公开涉及由式(IV)表示的化合物，其中0.98≤δα≤1.01。在另一方面，本公开涉及由式(IV)表示的化合物，其中1.00≤α≤1.05。在另一方面，0≤x≤0.10。在另一方面，本公开涉及由式(IV)表示的化合物，其中0.95≤α≤1.05并且0.02≤x≤0.05。在另一方面，本公开涉及由式(IV)表示的化合物，其中1.01≤α≤1.05并且0.02≤x≤0.05。在另一方面，本公开涉及由式(IV)表示的化合物，其中0.95≤α≤1.05并且x＝0.04。在另一方面，本公开涉及由式(IV)表示的化合物，其中1.01≤α≤1.05并且x＝0.04。在另一方面，本公开涉及由式(IV)表示的化合物，其中0.98≤α≤1.01并且x＝0.03。在另一方面，化合物具有式(Va)或式(Vb)的结构：(x)[Li2MnO3]·(1-x)[LiCoO2](Va)(x)[Li2MnO3]·(1-x)[Li(1-y)Co(1-y)MnyO2](Vb)其中0≤x≤0.10，并且任选地0≤y≤0.10。在一些变型中，0<y≤0.10。在一些方面，本公开涉及包含颗粒的粉末，其中颗粒包含由式(IV)表示的化合物：LiαCo1-xMnxOδ。在各个方面，0.95≤α≤1.10，0≤x≤0.10，并且1.90≤δ≤2.20。在各个方面，0.95≤α≤1.10，0<x≤0.10，并且1.90≤δ≤2.20。在一些实施方案中，颗粒的至少一部分具有平滑表面。在这些实施方案的各种情况下，颗粒的至少一部分具有等于或大于2.2g/cm3的振实密度。在这些实施方案的各种情况下，颗粒的至少一部分具有平滑表面和等于或大于2.2g/cm3的振实密度。在另一方面，本公开涉及包含本文所述的粉末的阴极活性材料。在另一方面，本公开涉及具有设置在集流体上的阴极活性材料的阴极。在另一方面，本公开涉及电池单元，该电池单元包括具有阳极集流体和设置在阳极集流体上的阳极活性材料的阳极以及阴极。在另一方面，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种由式(I)表示的化合物：LiαCo1‑xMnxOδ (IV)其中：0.95≤α≤1.10，0≤x≤0.10，并且1.90≤δ≤2.20。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.14 US 62/307,956;2016.03.14 US 62/307,9641.一种由式(I)表示的化合物：LiαCo1-xMnxOδ(IV)其中：0.95≤α≤1.10，0≤x≤0.10，并且1.90≤δ≤2.20。2.根据权利要求1所述的化合物，其中1.00≤α≤1.05。3.根据权利要求1所述的化合物，其中1.01≤α≤1.05并且0.02≤x≤0.05。4.根据权利要求1所述的化合物，其中1.01≤α≤1.05并且x＝0.04。5.根据权利要求1所述的化合物，其中所述化合物具有由式(Va)或式(Vb)表示的结构：(x)[Li2MnO3]·(1-x)[LiCoO2](Va)(x)[Li2MnO3]·(1-x)[Li(1-y)Co(1-y)MnyO2](Vb)其中0≤x≤0.10并且0≤y≤0.10。6.一种包含颗粒的粉末，所述颗粒包含由式(IV)表示的化合物：LiαCo1-xMnxOδ(IV)其中0.95≤α≤1.10，0≤x≤0.10，并且1.90≤δ≤2.20。7.根据权利要求6所述的粉末，其中所述化合物具有由式(IIa)表示的结构：(x)[Li2MnO3]·(1-x)[LiCoO2](Va)(x)[Li2MnO3]·(1-x)[Li(1-y)Co(1-y)MnyO2](Vb)其中0≤x≤0.10并且0≤y≤0.10。8.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：戴宏力，A·K·帕西，吴惠明，王大鹏，C·S·约翰森，J·D·卡特，M·贝特格，陆文全，林其锴，V·A·马罗尼，王晓平，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：美国,US
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