【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于LiNbO3涂覆的尖晶石的一锅合成法相关申请的交叉引用本申请要求2018年4月18日提交的未决美国临时专利申请No.62/659,159的优先权，该申请通过引用并入本文。
技术介绍
本申请涉及一种形成电池用锂离子阴极的细粉末、超细粉末和纳米粉末的改进的方法。更具体而言，本专利技术涉及但不限于锂离子电池阴极和一种制备尖晶石材料和其他高新材料的有效方法，该方法具有最少的材料浪费，并减少了不利于烧结和煅烧的那些工艺步骤。甚至更具体而言，本专利技术涉及形成具有涂层的尖晶石材料，该涂层优选包含铌酸锂，其中可以在一锅反应过程中形成尖晶石和涂层。一直以来存在着对电池改进的需求。电池主要有两种应用，一种是固定应用，另一种是移动应用。无论是固定应用还是移动应用，人们都希望增加存储容量，延长电池寿命，能够更快地充满电并降低成本。包括锂金属氧化物阴极的锂离子电池作为大多数应用的合适的电池是非常有利的，它们具有广泛的应用前景。尽管如此，锂离子电池的特别是存储容量、充电时间、成本和存储稳定性等仍有待提高。本专利技术主要集中于尖晶石晶体形式或岩盐晶体形式...
【技术保护点】
1.一种形成经涂覆的锂离子阴极材料的方法，包括：/n形成第一溶液，所述第一溶液包含适于形成阴极氧化物前体的第一金属的可消化原料和多羧酸；/n消化所述可消化原料以在溶液中形成第一金属盐，其中所述第一金属盐沉淀为去质子化的所述多羧酸的盐，从而形成氧化物前体；/n在所述消化之后添加涂层金属前体盐；/n加热所述氧化物前体以形成所述锂离子阴极材料，其中所述涂层金属前体盐的氧化物作为所述锂离子阴极材料上的涂层。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180418 US 62/659,1591.一种形成经涂覆的锂离子阴极材料的方法，包括：
形成第一溶液，所述第一溶液包含适于形成阴极氧化物前体的第一金属的可消化原料和多羧酸；
消化所述可消化原料以在溶液中形成第一金属盐，其中所述第一金属盐沉淀为去质子化的所述多羧酸的盐，从而形成氧化物前体；
在所述消化之后添加涂层金属前体盐；
加热所述氧化物前体以形成所述锂离子阴极材料，其中所述涂层金属前体盐的氧化物作为所述锂离子阴极材料上的涂层。
2.根据权利要求1所述的形成经涂覆的锂离子阴极材料的方法，其中所述涂层金属前体盐包含铌。
3.根据权利要求2所述的形成经涂覆的锂离子阴极材料的方法，其中所述涂层金属前体盐的所述氧化物为铌酸锂。
4.根据权利要求1所述的形成经涂覆的锂离子阴极材料的方法，其中所述涂层金属前体盐包括多元碳酸盐。
5.根据权利要求4所述的形成经涂覆的锂离子阴极材料的方法，其中所述多元碳酸盐为草酸盐。
6.根据权利要求1所述的形成经涂覆的锂离子阴极材料的方法，其中所述涂层包含至少95重量％的所述涂层金属。
7.根据权利要求1所述的形成经涂覆的锂离子阴极材料的方法，其中所述涂层包含不大于5重量％的所述锂离子阴极材料。
8.根据权利要求1所述的形成经涂覆的锂离子阴极材料的方法，其中所述可消化原料是所述第一金属的碳酸盐、氢氧化物或乙酸盐，其中所述第一金属选自由Li、Mn、Ni、Co、Al和Fe组成的组。
9.根据权利要求8所述的形成经涂覆的锂离子阴极材料的方法，其中所述可消化原料包含碳酸锂、碳酸锰和碳酸镍中的至少一者。
10.根据权利要求9所述的形成经涂覆的锂离子阴极材料的方法，其中所述可消化原料包含碳酸锂、碳酸锰和碳酸镍。
11.根据权利要求9所述的形成经涂覆的锂离子阴极材料的方法，其中所述可消化原料进一步包含碳酸钴或氢氧化铝中的至少一者。
12.根据权利要求1所述的形成经涂覆的锂离子阴极材料的方法，其中所述多羧酸选自由草酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、柠檬酸、乳酸、草酰乙酸、富马酸和马来酸组成的组。
13.根据权利要求12所述的形成经涂覆的锂离子阴极材料的方法，其中所述多羧酸为草酸。
14.根据权利要求1所述的形成经涂覆的锂离子阴极的方法，其中所述阴极材料由式I所定义：
LiNixMnyCozEeO4
式I
其中E为掺杂剂；
x+y+z+e＝2；且
0≤e≤0.2。
15.根据权利要求14所述的形成经涂覆的锂离子阴极的方法，其中所述式I为尖晶石晶形。
16.根据权利要求14所述的形成经涂覆的锂离子阴极的方法，其中x和y都不为零。
17.根据权利要求16所述的形成经涂覆的锂离子阴极的方法，其中所述锂离子阴极材料是LiNi0.5Mn1.5O4。
18.根据权利要求14所述的形成经涂覆的锂离子阴极的方法，其中所述阴极材料由式LiNixMnyO4所定义，其中0.5≤x≤0.6且1.4≤y≤1.5。
19.根据权利要求18所述的形成经涂覆的锂离子阴极的方法，其中所述0.5≤x≤0.55且1.45≤y≤1.5。
20.根据权利要求14所述的形成经涂覆的锂离子阴极的方法，其中所述阴极材料的Mn与Ni的摩尔比不大于3。
21.根据权利要求20所述的形成经涂覆的锂离子阴极的方法，其中所述阴极材料的Mn与Ni的摩尔比为至少2.33至小于3。
22.根据权利要求21所述的形成经涂覆的锂离子阴极的方法，其中所述阴极材料的Mn与Ni的摩尔比为至少2.64至小于3。
23.根据权利要求14所述的形成经涂覆的锂离子阴极的方法，其中所述掺杂剂选自由Al、Gd、Ti、Zr、Mg、Ca、Sr、Ba、Mg、Cr、Fe、Cu、Zn、V、Bi、Nb和B组成的组。
24.根据权利要求23所述的形成经涂覆的锂离子阴极的方法，其中所述掺杂剂选自由Al和Gd组成的组。
25.根据权利要求1所述的形成经涂覆的锂离子阴极的方法，其中所述阴极材料由式II所定义：
LiNiaMnbXcGdO2
式II
其中G为掺杂剂；
X为Co或Al；
其中a+b+c+d＝1；且
0≤d≤0.1。
26.根据权利要求25所述的形成经涂覆的锂离子阴极的方法，其中0.5≤a≤0.9。
27.根据权利要求26所述的形成经涂覆的锂离子阴极的方法，其中0.58≤a≤0.62或0.78≤a≤0.82。
28.根据权利要求25所述的形成经涂覆的锂离子阴极的方法，其中a＝b＝c。
29.根据权利要求1所述的形成经涂覆的锂离子阴极的方法，其中在空气中进行所述加热。
30.根据权利要求1所述的形成经涂覆的锂离子阴极的方法，其中所述第一阴极氧化物前体形成核。
31.根据权利要求30所述的形成经涂覆的锂离子阴极的方法，其中在所述加热之前：
形成适于形成其他阴极氧化物前体的第二金属的第二可消化原料和第二多羧酸；以及
消化所述第二可消化原料以形成第二金属盐，其中所述第二金属盐沉淀为在所述核上的壳。
32.根据权利要求31所述的形成经涂覆的锂离子阴极的方法，其中所述第二金属占所述第一金属和所述第二金属的总摩尔数的不大于10摩尔％。
33.根据权利要求32所述的形成经涂覆的锂离子阴极的方法，其中所述第二金属占所述总摩尔数的不大于5摩尔％。
34.根据权利要求33所述的形成经涂覆的锂离子阴极的方法，其中所述第二金属占所述总摩尔数的不大于1摩尔％。
35.根据权利要求31所述的形成经涂覆的锂离子阴极的方法，其中所述第二金属选自由Ni、Mn、Co、Al、Gd、Ti、Zr、Mg、Ca、Sr、Ba、Mg、Cr、Fe、Cu、Zn、V、Bi、Nb和B组成的组。
36.根据权利要求31所述的形成经涂覆的锂离子阴极的方法，其中所述第二原料包含Al。
37.根据权利要求31所述的形成经涂覆的锂离子阴极的方法，其中所述第一可消化原料包含第一摩尔比的Ni和Mn，所述第二可消化原料包含第二摩尔比的Ni和Mn。
38.根据权利要求37所述的形成经涂覆的锂离子阴极的方法，其中所述第一摩尔比和所述第二摩尔比不同。
39.根据权利要求38所述的形成经涂覆的锂离子阴极的方法，其中所述第一摩尔比具有比所述第二摩尔比更高的Ni与Mn的摩尔比。
40.一种形成经涂覆的锂离子阴极材料的方法，包括：
使碳酸锂、碳酸锰和碳酸镍与草酸进行反应，释放出CO2(g)和H2O(l)，从而形成包括草酸锂、草酸锰和草酸镍的沉淀物以形成氧化物前体；
向所述氧化物前体中添加涂层金属前体盐；以及
加热所述氧化物前体以形成所述经涂覆的锂离子阴极材料。
41.根据权利要求40所述的形成经涂覆的锂离子阴极材料的方法，其中所述涂层金属为铌。
42.根据权利要求41所述的形成经涂覆的锂离子阴极材料的方法，其中所述涂层金属的所述氧化物为铌酸锂。
43.根据权利要求40所述的形成经涂覆的锂离子阴极材料的方法，其中所述涂层金属前体盐包括多元碳酸盐。
44.根据权利要求43所述的形成经涂覆...
【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂芬·坎贝尔，伊拉荷·塔拉伊，
申请(专利权)人：纳诺万材料公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA
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