富锂镍锰钴氧化物（LR‑NMC）制造技术

本发明专利技术涉及正极活性材料组合物，例如富锂镍锰钴氧化物。本发明专利技术所述的富锂镍锰钴氧化物，其特征为，在一些实例，扩大的晶胞，其在所述晶体氧化物中使过渡金属的均匀分布最大化。本发明专利技术还涉及包括富锂镍锰钴氧化物材料的正极薄膜。本发明专利技术公开了制备和使用用于锂充电电池的富锂镍锰钴氧化物材料的新颖和具备创造性的方法。本发明专利技术还公开了引入这些材料的新型电化学装置。

Rich lithium nickel manganese cobalt oxide (LR NMC)

The present invention relates to a positive electrode active material composition, such as lithium rich nickel manganese cobalt oxide. The lithium rich nickel manganese cobalt oxide of the present invention is characterized in that, in some instances, an enlarged unit cell maximizes the uniform distribution of transition metals in the crystal oxide. The invention also relates to an anode film comprising a lithium rich nickel manganese cobalt oxide material. Novel and innovative methods for preparing and using lithium rich manganese cobalt oxide materials for lithium rechargeable batteries are disclosed. A novel electrochemical device for introducing such materials is also disclosed.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】富锂镍锰钴氧化物(LR-NMC)本申请要求2014年12月23日提交的题为LITHIUMRICHNICKELMANGANESECOBALTOXIde(LR-NMC)的美国临时专利申请号62/096,510的优先权，通过引用其全部内容并入本文以便用于多种用途。专利技术背景可充电(即，二次)电池包括基于镍(Ni)、锰(Mn)和钴(Co)氧化物(此处为“NMC”s)的正电极(即阴极)活性材料，对于这些材料和使用这些材料作为正极活性材料的电化学电池，尚未证明能量密度等于计算的理论能量密度。例如，对于某些已知的NMCs，预测有1065Wh/kg的理论能量密度，但是最好市售的NMC仅有702Wh/kg的能量密度。因此，仍然需做很多工作去增加NMCs的经验能量密度，使这些材料的计算能量密度匹配所述NMC能量密度，以及增加在二次电池(如锂可充电电池)中作为正极活性材料使用时的NMCs的功率输出。为了试图生产具有提高的能量密度、功率容量和更安全的正极材料NMCs，一些研究人员已经控制NMCs中钴(Co)、锰(Mn)和镍(Ni)的量，和/或已经用铁(Fe)、铝(Al)、镁(Mg)和镍(Ni)掺杂NMCs，本文档来自技高网...

【技术保护点】
正极活性材料，特征为下列公式：Li1+xNiyMnwCozO2+(x/2)，其中：0≤x≤0.25；0.5≤y≤0.8；0.1≤w≤0.5；0.05≤z≤0.5；和y+w+z＝1。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.23 US 62/0965101.正极活性材料，特征为下列公式：Li1+xNiyMnwCozO2+(x/2)，其中：0≤x≤0.25；0.5≤y≤0.8；0.1≤w≤0.5；0.05≤z≤0.5；和y+w+z＝1。2.缺氧正极活性材料，特征为下列公式：Li1+xNiyMnwCozO2-(x/2)，其中：0≤x≤0.25；0.5≤y≤0.8；0.1≤w≤0.5；0.05≤z≤0.5；和y+w+z＝1。3.如权利要求1或2所述的材料，其中w＝z。4.如权利要求1-3任一项所述的材料，其中y>w和y>z。5.如权利要求1-3任一项所述的材料，其中y>w+z。6.如权利要求1-3任一项所述的材料，其中y>w。7.如权利要求1-3任一项所述的材料，其中y是w的至少2倍。8.如权利要求1-3任一项所述的材料，其中y是w的至少2倍半。9.如权利要求1-3任一项所述的材料，其中y>z。10.如权利要求1或2所述的材料，其中一些Li占据了Ni、Mn、或Co晶格位置。11.如权利要求1或10所述的材料，其中一些Li占据了Ni晶格位置。12.如权利要求10或11所述的材料，其中一些Li的范围从0.1至25mol％。13.如权利要求1-12任一项所述的材料，其中x>0。14.如权利要求1或2所述的材料，其中所述的材料是分层的层状氧化物。15.如权利要求1-14任一项所述的材料，其中所述材料包括至少两个多晶层状氧化物相。16.如权利要求15所述的材料，其中所述至少两个多晶层状氧化物相是交生相。17.如权利要求15所述的材料，包括第三多晶交生层状氧化物。18.如权利要求15-17任一项所述的材料，其中所述至少两个晶体层状氧化物相中的一个是Li2M1O3，其中M1选自Ni、Mn或Co。19.如权利要求18所述的材料，其中所述Li2M1O3与Na2MnO3是同构的，以及具有C2/m对称性。20.如权利要求15-17任一项所述的材料，其中所述至少两个晶体层状氧化物相中的一个是Li1+xM2O2，其中M2选自Ni、Mn或Co。21.如权利要求20所述的材料，其中所述Li1+xM2O2与NaFeO2是同构的，以及具有R3m对称性。22.如权利要求21所述的材料，其中所述第三多晶交生层状氧化物选自低压稳定相。23.如权利要求22所述的材料，其中所述低压稳定相是尖晶石相。24.如权利要求1-23任一项所述的材料，其中所述材料被描述为两相混合物aLi2M1O3+(1–a)Li1+xM2O2，其中：0≤a≤0.3；“a”是Li2M1O3的相对摩尔分数；0≤x≤0.1；和“x”是特征为公式Li1+xM2O2的材料中的过量锂的摩尔分数。25.如权利要求1-24任一项所述的材料，其进一步包括掺杂剂，所述掺杂剂选自由Al、Fe、Mg、Na、V、Cr、Ti、Zr和其组合组成的组。26.如权利要求25所述的材料，其中所述掺杂剂是Al，其浓度在约0.1至约5mol％。27.如权利要求25所述的材料，其中所述掺杂剂是Fe，其浓度在约0.1至约5mol％。28.如权利要求25所述的材料，其中所述掺杂剂是Al和Fe的组合，其总掺杂浓度在约5mol％。29.如权利要求1或2所述的材料，其中所述材料是多晶，特征为在19°(2θ)的第一个X衍射(XRD)图强度{003}峰和在38-39°(2θ)的第二个XRD图强度{101}峰，以及其中所述第一个峰和所述第二个峰的比例等于或大于1。30.如权利要求29所述的材料，其中所述比例大于1.5。31.如权利要求29所述的材料，其中所述比例大于2.0。32.如权利要求1或2所述的材料，其中所述材料是多晶，和特征为X衍射(XRD)图基本上如图13、图14、图17或图18所示。33.如权利要求1-24任一项所述的材料，其中Li1+xM2O2的晶胞特征为晶胞体积是从95至的范围。34.如权利要求33所述的材料，其中Li1+xM2O2的晶胞特征为晶胞体积是从102至的范围。35.如权利要求33所述的材料，其中Li1+xM2O2的晶胞特征为晶胞体积小于36.如权利要求33所述的材料，其中所述晶胞大于37.如权利要求35所述的材料，其中x是0.25。38.如权利要求1，2或25所述的材料，其具有至少212mAh/g的比容量和C/10比率。39.如权利要求1-24任一项所述的材料，其分别在1C和C/10比率具有至少725Wh/kg和825Wh/kg的比能量密度。40.如权利要求1-24任一项所述的材料，其在C/1比率具有至少750mWh/g的比能量密度。41.如权利要求1-24任一项所述的材料，其在2C比率具有至少680mWh/g的比能量密度。42.如权利要求1-24任一项所述的材料，其在C/10比率具有至少820Wh/kg的比能量密度。43.如权利要求1-24任一项所述的材料，其在1C比率具有至少740Wh/kg的比能量密度。44.如权利要求1或2所述的材料，其中，所述至少一种晶体材料中的其中之一具有从约50nm至约500nm的晶粒尺寸。45.如权利要求44所述的材料，其中所述晶粒尺寸为约200nm。46.如权利要求44所述的材料，其中所述晶粒尺寸是通过分析扫描电子显微镜图像来确定的。47.如权利要求44-46任一项所述的材料，其中所述确定的晶粒尺寸是来自占主导地位或占多数的晶相。48.如权利要求1和10-47任一项所述的材料，特征为公式，所述公式选自由Li1+xNi0.5Mn0.25Co0.25O2+(x/2)；Li1+xNi0.6Mn0.20Co0.20O2+(x/2)；Li1+xNi0.475Mn0.475Co0.05O2+(x/2)；Li1+xNi0.45Mn0.45Co0.1O2+(x/2)；Li1+xNi0.55Mn0.4Co0.05O2+(x/2)；Li1+xNi0.71Mn0.15Co0.14O2+(x/2)；Li1+xNi0.71Mn0.14Co0.15O2+(x/2)；和Li1+xNi0.70Mn0.15Co0.15O2+(x/2)组成的组。49.如权利要求2和10-47任一项所述的材料，特征为公式，所述公式选自由Li1+xNi0.5Mn0.25Co0.25O2-(x/2)；Li1+xNi0.6Mn0.20Co0.20O2-(x/2)；Li1+xNi0.475Mn0.475Co0.05O2-(x/2)；Li1+xNi0.45Mn0.45Co0.1O2-(x/2)；Li1+xNi0.55Mn0.4Co0.05O2-(x/2)；Li1+xNi0.71Mn0.15Co0.14O2-(x/2)；Li1+xNi0.71Mn0.14Co0.15O2-(x/2)；和Li1+xNi0.70Mn0.15Co0.15O2-(x/2)组成的组。50.如权利要求29-49任一项所述的材料，进一步包括掺杂剂，所述掺杂剂选自由Al、Fe、Mg、Na、V、Cr、Ti、Zr和其组合组成的组。51.如权利要求50所述的材料，其中所述掺杂剂以约0.1至10原子％存在。52.如权利要求50所述的材料，其中所述掺杂剂以约1至5原子％存在。53.如权利要求1-52任一项所述的材料，其中所述材料具有表面涂层，所述表面涂层选自由AlFx其中0≤x≤3、CoPO4、LiFePO4、磷酸锂、羟基磷酸锂、氧化钴，、氧化铝、磷酸铝、磷酸铝锂、铝酸锂、氟化铝、二氧化钛、磷酸钛、钛酸锂、铌酸锂、锆酸锂，...

【专利技术属性】
技术研发人员：L贝克，K杜，
申请(专利权)人：昆腾斯科普公司，
类型：发明
国别省市：美国,US