金属掺杂镍氧化物活性材料制造技术

本发明专利技术提供了一次电池，其包括阴极，所述阴极具有低碱镍氧化物，所述低碱镍氧化物包括金属诸如Ca、Mg、Al、Co、Y、Mn，和/或非金属诸如B、Si、Ge，或金属和/或非金属原子的组合；金属原子的组合；阳极；介于阴极和阳极之间的隔板；以及碱性电解质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术提供了一次电池，其包括阴极，所述阴极具有低碱镍氧化物，所述低碱镍氧化物包括金属诸如Ca、Mg、Al、Co、Y、Mn，和/或非金属诸如B、Si、Ge，或金属和/或非金属原子的组合；金属原子的组合；阳极；介于阴极和阳极之间的隔板；以及碱性电解质。【专利说明】金属掺杂镍氧化物活性材料
本公开涉及阴极活性材料，并且更具体地，涉及包含金属掺杂镍(IV)的阴极活性材料。
技术介绍
电池例如碱性电池通常用作电能来源。一般来讲，电池包括负极(阳极)和正极(阴极)。负极包含可被氧化的电活性材料(例如锌颗粒)；并且正极包含可被还原的电活性材料(诸如二氧化锰)。负极的活性材料能够还原正极的活性材料。为了阻止负极活性材料与正极活性材料的直接反应，通过离子可透过性隔板将电极进行机械隔离及电隔离。 当电池被用作如蜂窝电话的装置的电能来源时，与电极实现电接触，使电子流过所述装置并且允许在各自的电极上发生氧化反应和还原反应以提供电能。与电极相接触的电解质溶液包含穿过位于电极之间的隔板扩散的离子，以在放电过程中保持电池整体的电荷平衡。
技术实现思路
本公开涉及高容量一次碱性电池，其包括阴极，所述阴极包括层状镍氧化物，其中Ni的平均氧化态大于约+3.25 (例如，大于约+3.5或大于约+3.75)，并且一种或多种金属离子至少部分地取代晶格中(即，固溶体中)的Ni离子，以及耐氧化石墨；阳极，所述阳极包括金属锌或锌合金颗粒(例如，极细锌颗粒(即，-325目));抗氧化隔板；以及碱性电解质溶液。 在一个方面，本公开的特征在于一种电池，其包括阴极，所述阴极包含具有式AxNimwCoyMazMbwO2的氧化物；阳极；介于阴极和阳极之间的隔板；以及碱性电解质，其中A为碱金属，Ma为金属掺杂剂，Mb为非金属掺杂剂，O彡X彡0.2，w为O或O彡w彡0.02，并且 0.02 < y+z ( 0.25。 在另一方面，本公开的特征在于阴极，所述阴极包括具有式AxNimwCoyMazMbwO2的阴极活性材料，其中A为碱金属，Ma为金属掺杂剂，Mb为非金属掺杂剂，O < X < 0.2，w为O或 O 彡 w 彡 0.02，并且 0.02 ( y+z 彡 0.25。 在另一方面，本公开的特征在于一种电池，其包括权利要求25所述的阴极、包括锌或锌合金颗粒的阳极、碱性电解质溶液以及隔板。 电池的实施例可包括下列特征中的一个或多个。 在一些实施例中，X小于0.1，OKyS0.15 (例如，y为O)，0.02彡z彡0.08 (例如，z为O)，和/或O彡w彡0.02 (例如，w为O)。 在一些实施例中，碱金属选自L1、Na、K、Cs、Rb、以及它们的任何组合。Ma可选自Ca、Mg、Al、Y、Mn、以及它们的任何组合。Mb可选自B、S1、Ge、或它们的组合。 在一些实施例中，氧化物还包括质子。例如，所述氧化物还可包括相对于镍和金属掺杂剂总量，化学计量比介于0.02和0.2之间的质子。在一些实施例中，氧化物可包括 LixNihyCoyO2' LixNihCazO2' LixNi1TzCoyCazO2' LixNi^zMgzO2> LixNi1TzCoyMgzO2'LixNihAlzO2、和 LixNi1TzCoyAlzO2'LixNih (Mg、Al) AaixNi1TzCoy (Mg、Al) A、LixNi1-JzOyLixNUoyYzO2' LixNihMnzO2、和/或LixNi1^zCoyMnzO20氧化物可包括平均氧化态大于+3.25 的 Ni。 在一些实施例中，阳极包括锌或锌合金。电解质可包括氢氧化锂、氢氧化钠、或氢氧化钾。 在一些实施例中，氧化物具有在25°C下存储24小时后至少350mAh/g的低倍率容量。氧化物可具有在25°C下存储一周后至少340bmAh/g的低倍率容量。氧化物可具有在45°C下存储一周后至少300mAh/g的低倍率容量。 在一些实施例中，电池具有在25°C下存储一周后至少95%的容量保留。在一些实施例中，电池具有在45°C下存储一周后至少85%的容量保留。氧化物可具有1.75至1.85V的开路电压。氧化物可具有在25°C下存储三周后小于4cm3/g的氧释放。 电池的实施例可包括下列优点中的一个或多个。 电池可具有小于约1.65V (例如，大于约1.45V和/或小于约1.7V)的平均闭路电压，并可与被设计成与包括EMD-锌和羟基氧化镍-锌的常规碱性电池一起使用的装置兼容。当与包括EMD-锌和羟基氧化镍-锌的商业一次碱性电池进行比较时，碱性电池可具有显著更大的重量分析比容量。例如，当以相对低倍率(例如〈C/30)放电至0.8V截止电压时，碱性电池可包括大于约325mAh/g(例如，大于约350mAh/g、大于约375mAh/g、大于约425mAh/g、或大于约450mAh/g)。在与商业一次碱性电池进行比较时,该电池可具有更好的高倍率(例如>C/3)性能以及在环境室温和升高温度下储存之后的相当或更大的容量保 &3甶O 在一些实施例中，当与包括含无掺杂Ni (IV)活性材料的电池进行比较时，具有包括含金属掺杂Ni (IV)活性材料的阴极的一次碱性电池可具有储存后降低的内部气体压力。金属掺杂可减少在环境室温和/或升高的温度下储存期间由碱性电解质被含Ni (IV)活性材料分解而产生的氧气。 本专利技术的一个或多个实施例的细节阐述于附图和以下说明中。通过阅读说明书、附图以及权利要求书，本专利技术的其它特征、目的和优点将变得显而易见。 【专利附图】【附图说明】 图1为碱性一次圆形电池(cell/battery)的示意性侧面剖视图。 图2为曲线图，其描绘了 L1-N1-Co-Mg和L1-N1-Co-Al氧化体系的三元组成图的富含NI部分，示出25种金属掺杂锂镍氧化物的组成，所述金属掺杂锂镍氧化物是对应的脱锂金属掺杂镍(IV)氧化物的前体。 图3为曲线图，其描绘了钴、钴和镁掺杂锂镍氧化物组合物、以及无掺杂锂镍氧化物的X-射线粉末衍射叠加图，其使用Cu Ka辐射测量，并在介于17和46度2 Θ之间扫描。 图4为曲线图，其描绘了钴、钴和铝掺杂锂镍氧化物组合物、以及无掺杂锂镍氧化物的X-射线粉末衍射叠加图，其使用Cu Ka辐射测量，并在介于17和46度2 Θ之间扫描。 图5包括SEM图像，其示出以下所选择的金属-掺杂锂镍氧化物粉末的代表性形态和微晶尺寸:(a)无掺杂锂镍氧化物，LiN12 ;(b)镁掺杂锂镍氧化物，LiNia96MgaM02 ; (c)铝掺杂锂镍氧化物，LiNia96Alao4O2 ;(d)钴和镁掺杂锂镍氧化物，Li(Nia92Coatl4Mgatl4)O2 ;以及(e)钴掺杂锂镍氧化物，LiNia92Coatl8Oy对于所有情况，放大率均为10，000X。 图6为曲线图，其描绘了阴极包括以下脱锂金属掺杂镍(IV)氧化物的碱性纽扣电池的电压分布叠加曲线:(a) LixNia88Coatl6Mga06O2 ； (b) LixNia88Coatl8Mgatl4O2 ； (c)LixNia88CoaitlMgatl2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池，包括：阴极，其包含具有式AxNi1‑y‑z‑wCoyMazMbwO2的氧化物；阳极；介于所述阴极和所述阳极之间的隔板；以及碱性电解质，其中A为碱金属，Ma为金属掺杂剂，Mb为非金属掺杂剂，0≤x≤0.2，w为0，或0≤w≤0.02，并且0.02≤y+z≤0.25。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·A·尼尔森，P·A·克里斯蒂安，K·S·南钧达斯瓦米，F·张，
申请(专利权)人：吉列公司，
类型：发明
国别省市：美国;US