包含β‑脱锂态层状氧化镍电化学活性正极材料的电池制造技术

本发明专利技术涉及电池。该电池包括正极、负极、在正极与负极之间的隔膜和电解质。该正极包含导电添加剂和电化学活性正极材料。该电化学活性正极材料包含β‑脱锂态层状氧化镍。该β‑脱锂态层状氧化镍具有化学式。该化学式是LixAyNi1+a‑zMzO2·nH2O，其中x为大约0.02至大约0.20；y为大约0.03至大约0.20；a为大约0至大约0.2；z为大约0至大约0.2；且n为大约0至大约1。在该化学式内，A是碱金属。该碱金属包括钾、铷、铯和它们的任何组合。在该化学式内，M包含碱土金属、过渡金属、非过渡金属和它们的任何组合。该负极包含电化学活性负极材料。该电化学活性负极材料包含锌、锌合金和它们的任何组合。

Contains beta delithiated layered nickel oxide electrochemical battery cathode materials

The invention relates to a battery. The battery consists of a positive pole, a negative electrode, a diaphragm and an electrolyte between the cathode and the negative pole. The cathode consists of conductive additives and electrochemical active cathode materials. The electrochemical activity of cathode material contains beta layered lithium nickel removal oxidation state. The removal of nickel oxide beta layered lithium states with chemical formula. The chemical formula is LixAyNi1+a zMzO2 nH2O, where x is about 0.02 to about 0.20; y is about 0.03 to about 0.20; a is about 0 to about 0.2; Z is about 0 to about 0.2; and the n is about 0 to about 1. In this chemical formula, A is a alkali metal. The alkali metal consists of potassium, rubidium, cesium and any combination of them. In this chemical formula, M contains alkaline earth metal, transition metal, non transition metal and any combination of them. The negative electrode contains electrochemically active anode materials. The electrochemically active anode material contains zinc, zinc alloys and any combination of them.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含β-脱锂态层状氧化镍电化学活性正极材料的电池专利
本专利技术涉及电池，更具体涉及包含β-脱锂态层状氧化镍电化学活性正极材料的电池。专利技术背景电化学单体电池（cell）或电池（battery）常用作电能源。电池含有负电极，常被称作负极，和正电极，常被称作正极。负极含有可被氧化的电化学活性负极材料。正极含有可被还原的电化学活性正极材料。电化学活性负极材料能够还原电化学活性正极材料。在负极和正极之间安置隔膜。将电池组件安置在通常由金属制成的罐或外壳中。当电池用作电子装置中的电能源时，与负极和正极进行电接触，以使电子流经该装置并允许分别发生氧化和还原反应以向电子器件提供电力。电解质与负极、正极和隔膜接触。电解质含有流经负极和正极之间的隔膜的离子以在放电过程中保持整个电池的电荷平衡。越来越需要制造更适用于驱动当代电子装置，如玩具；遥控装置；音频设备；闪光灯；数码相机和外围摄影设备；电子游戏；牙刷；收音机；和时钟的电池。为满足这一需求，电池可包含更高载量的电化学活性负极和/或正极材料以提供提高的容量和使用寿命。但是，电池也以通用尺寸提供，如AA、AAA、AAAA、C和D电池尺寸，它们具有固定的外部尺寸和有限的内部体积。仅提高电化学活性材料载量以获得性能更好的电池的能力因此受到限制。电池的电化学活性正极材料是可为提供提高的性能而调节的另一设计特征。例如，具有较高体积比容量和质量比容量的电化学活性材料可产生性能更好的电池。类似地，具有较高氧化态的电化学活性材料也可能产生性能更好的电池。但是，所选电化学活性材料必须为该电池驱动的装置提供可接受的闭路电压或运行电压范围。如果电池的OCV或运行电压太高，该装置可能损坏。相反，如果电池的运行电压太低，该装置可能完全不工作。此外，电化学活性材料，如高氧化态过渡金属氧化物可能是高度反应性的。在将该电化学活性材料并入电池内并与电解质接触时，此类电化学活性材料的高度反应性性质可能造成气体析出。任何析出的气体可能造成电池内的结构问题，如正极内的连续性（continuity）和/或电解质从电池中泄漏。高氧化态过渡金属氧化物可能有害地与其它电池组分，如碳添加剂，例如石墨；其它添加剂，例如一种或多种表面活性剂；和/或隔膜反应。高氧化态过渡金属氧化物还可能具有消耗电解质的倾向，这可能造成电池内的其它结构问题，如正极膨胀和电池内的不利水平衡。另外，包含高氧化态过渡金属氧化物作为电化学活性正极材料的电池可能例如在将该电池储存一段时间时表现出不稳定性和提高的自放电率。此外，需要适当平衡电池的水和氢氧化钾含量与电化学活性材料含量的比率以提供电化学活性材料的适当利用。此外，水和氢氧化钾含量与电化学活性材料含量的合适比率的选择可提供在多个放电率方案中提高的电池性能。需要提供解决上述需求的包含电化学活性正极材料的电池。本专利技术的包含β-脱锂态层状氧化镍电化学活性正极材料的电池尤其解决这些需求。专利技术概述在一个实施方案中，本专利技术涉及电池。该电池包括正极、负极、在正极与负极之间的隔膜和电解质。该正极包含导电添加剂和电化学活性正极材料。该电化学活性正极材料包含β-脱锂态层状氧化镍。该β-脱锂态层状氧化镍具有化学式。该化学式是LixAyNi1+a-zMzO2·nH2O，其中x为大约0.02至大约0.20；y为大约0.03至大约0.20；a为大约0至大约0.2；z为大约0至大约0.2；且n为大约0至大约1。在该化学式内，A是碱金属。该碱金属包括钾、铷、铯和它们的任何组合。在该化学式内，M包含碱土金属、过渡金属、非过渡金属和它们的任何组合。该负极包含电化学活性负极材料。该电化学活性负极材料包含锌、锌合金和它们的任何组合。附图简述尽管本说明书以特别指出和明确要求保护被认为构成本专利技术的主题的权利要求书结束，但相信，由结合附图作出的下列描述更好地理解本专利技术。图1是包含β-脱锂态层状氧化镍电化学活性正极材料的一次碱性电池的一个实施方案的横截面。图2包含β脱锂态层状氧化镍电化学活性正极材料的一个实施方案的粉末X-射线衍射图以及其它材料的粉末X-射线衍射图。图3是包含电压指示器的一次碱性电池的透视图。专利技术详述电化学单体电池或电池可以是一次或二次的。一次电池旨在仅一次放电，例如至耗尽，然后丢弃。一次电池描述在例如DavidLinden,HandbookofBatteries（第4版，2011）中。二次电池旨在再充电。二次电池可以放电和再充电多次，例如多于五十次、一百次或更多。二次电池描述在例如DavidLinden,HandbookofBatteries（第4版，2011）中。相应地，电池可包含各种电化学电偶和电解质组合。尽管本文中提供的描述和实施例通常涉及一次碱性电化学单体电池或电池，但应该认识到，本专利技术适用于水性、非水性、离子液体和固态系统的一次和二次电池。上述系统的一次和二次电池因此在本申请的范围内并且本专利技术不限于任何特定实施方案。参照图1，其显示包括正极12、负极14、隔膜16和外壳18的一次碱性电化学单体电池或电池10。电池10还包括集流体20、密封件（seal）22和端盖24。端盖24充当电池10的负端子。正凸起（positivepip）26在电池10的与端盖24相反的末端。正凸起26可充当电池10的正端子。电解液分散在整个电池10中。正极12、负极14、隔膜16、电解质、集流体20和密封件22包含在外壳18内。电池10可以是例如AA、AAA、AAAA、C或D规格碱性电池。外壳18可以是一次碱性电池中常用的任何传统类型的外壳并可以由任何合适的基础材料，例如冷轧钢或镀镍冷轧钢制成。外壳18可具有圆柱形。外壳18可具有任何其它合适的非圆柱形。外壳18例如可具有包含至少两个平行板的形状，如矩形、正方形或棱柱形。外壳18可以例如由基础材料，如冷轧钢或镀镍钢的板材深拉（deep-drawn）。外壳18可以例如拉制成圆柱形。外壳18可具有至少一个开口端。外壳18可具有封闭端和开口端和在它们之间的侧壁。外壳18的侧壁的内表面可以用在外壳18的侧壁的内表面和电极，如正极12之间提供低电接触电阻的材料处理。外壳18的侧壁的内表面可以镀有例如镍、钴和/或涂有含碳涂料以降低例如外壳18的侧壁的内表面和正极12之间的接触电阻。正极12包含至少一种电化学活性正极材料。该电化学活性正极材料可以是β-脱锂态层状氧化镍。该β-脱锂态层状氧化镍可具有化学通式LixAyNi1+a-zΜzO2·nΗ2O，其中x为大约0.02至大约0.20；y为大约0.03至大约0.20；a为大约0至大约0.2；z为大约0至大约0.2；n为大约0至大约1；A包含碱金属；且M包含碱土金属、过渡金属、非过渡金属和它们的任何组合。该β-脱锂态层状氧化镍可具有化学通式LixAyNi1+a-zΜzO2·nΗ2O，其中x为大约0.03至大约0.12；y为大约0.03至大约0.20；a为大约0至大约0.2；z为大约0至大约0.2；n为大约0至大约1；A包含碱金属；且M包含碱土金属、过渡金属、非过渡金属和它们的任何组合。该电化学活性正极材料可具有一定的质量比容量。该β-脱锂态层状氧化镍电化学活性正极材料可具有大于大约350mAh/g的质量比容量。该β-脱锂态层状氧化镍电化学活性正本文档来自技高网...

【技术保护点】
电池，其包括：包含导电添加剂和电化学活性正极材料的正极，所述电化学活性正极材料包含β‑脱锂态层状氧化镍；包含电化学活性负极材料的负极，所述电化学活性负极材料包含锌、锌合金和它们的任何组合；在正极与负极之间的隔膜；电解质；和具有化学式的β‑脱锂态层状氧化镍，所述化学式包括LixAyNi1+a‑zMzO2·nH2O，其中：x为大约0.02至大约0.20；y为大约0.03至大约0.20；a为大约0至大约0.2；z为大约0至大约0.2；n为大约0至大约1；A包含碱金属，其包含钾、铷、铯和它们的任何组合；且M包含碱土金属、过渡金属、非过渡金属和它们的任何组合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.30 US 14/6723031.电池，其包括：包含导电添加剂和电化学活性正极材料的正极，所述电化学活性正极材料包含β-脱锂态层状氧化镍；包含电化学活性负极材料的负极，所述电化学活性负极材料包含锌、锌合金和它们的任何组合；在正极与负极之间的隔膜；电解质；和具有化学式的β-脱锂态层状氧化镍，所述化学式包括LixAyNi1+a-zMzO2·nH2O，其中：x为大约0.02至大约0.20；y为大约0.03至大约0.20；a为大约0至大约0.2；z为大约0至大约0.2；n为大约0至大约1；A包含碱金属，其包含钾、铷、铯和它们的任何组合；且M包含碱土金属、过渡金属、非过渡金属和它们的任何组合。2.权利要求1的电池，其具有小于大约0.1的以克计的水可提取氢氧化钾含量与以克计的电化学活性正极材料含量的比率。3.权利要求1的电池，其具有大约0.05至大约0.1的以克计的水可提取氢氧化钾含量与以克计的电化学活性正极材料含量的比率。4.权利要求1的电池，其具有小于大约0.2的以摩尔计的水可提取氢氧化钾含量与以摩尔计的电化学活性负极材料含量的比率。5.权利要求1的电池，其具有大于大约0.2的以摩尔计的酸可提取氢氧化钾含量与以摩尔计的电化学活性正极材料含量的比率。6.权利要求1的电池，其具有小于大约0.9的以克计的水可提取钾含量与以克计的酸可提取...

【专利技术属性】
技术研发人员：DL安格林，JA纳尔逊，PA克里斯蒂安，
申请(专利权)人：杜拉塞尔美国经营公司，
类型：发明
国别省市：美国,US