经涂覆的锂离子可充电电池活性材料制造技术

本公开提供了一种经涂覆正电极活性材料颗粒，其包括具有化学通式A

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】经涂覆的锂离子可充电电池活性材料优先权声明本申请根据35U.S.C.§119(e)的规定要求2018年8月30日提交的题为“经涂覆的锂离子可充电电池活性材料”的美国临时专利申请序列号62/725,060的优先权，该申请内容通过引用全文纳入本文。
本公开涉及经涂覆的锂离子可充电电池正电极活性材料、制备该材料的方法、包含该材料的锂离子可充电电池。
技术介绍
许多充电电池含有有机液体电解质。有机液体电解质能够在各种电压下运行，并且具有其它优势。然而，有机液体电解质会与某些正电极活性材料发生反应，在电池内产生气体。气体会通过破坏电池结构而在电池中引起问题，通常随着充电/放电循环次数的增加(容量衰减)或电池故障完全无法运行而导致电池容量下降。
技术实现思路
本公开提供了经涂覆的正电极活性材料颗粒，其包含活性材料，所述活性材料具有化学通式AxMyEz(XO4)q和晶体结构，其中，A是碱金属或碱土金属，M包括钴(Co)，E位于晶体结构中与A相同的结构位置，并且是非电化学活性金属、硼族元素或硅(Si)或其任意合金或组合，X是磷(P)或硫(S)或硅(Si)或它们的组合，0<x≤1，y>0，z≥0，q>0，并且x、y、z和q的相对值使得化学通式电荷平衡。经涂覆正电极活性材料颗粒还包括涂层，所述涂层包括Al2O3、ZrO2、TiO2、ZnO、B2O3、MgO2、La2O2、LiF及其任意组合、或者LiM1PO4，其中M1是Fe、Cr、Mn、Ni、V或其任意合金或组合。上述经涂覆的正电极活性材料颗粒还可以通过一个或多个以下附加特征进行表征，除非明确相互排斥，这些附加特征可以彼此组合或与本说明书中任意其它部分(包括特定实施例)的说明组合使用：i)A可以是锂(Li)；ii)M还包含合金中的钴(Co)或与至少一种其它电化学活性金属组合的钴(Co)；iii-a)至少一种其它电化学活性金属包括铁(Fe)、铬(Cr)、锰(Mn)、镍(Ni)、钒(V)或钛(Ti)；iii-b)M可以是Co和Fe的组合；iii-c)M可以是Co和Cr的组合；iii-d)M可以是Co、Fe和Cr的组合；iv)z可以大于0；iv-a)E可以是Si；iv-b)E可以是非电化学活性金属；iv-b-1)非电化学活性金属可以是镁(Mg)、钙(Ca)或锶(Sr)、或锌(Zn)、钪(Sc)、或镧(La)、或其任意合金或组合；iv-c)E可以是硼族元素；iv-c-1)硼族元素可以是铝(Al)或镓(Ga)或其组合；v)LiM1PO4可以包括碳层；vi)经涂覆的正电极活性材料颗粒还可以包括活性材料和涂层之间的碳层。vi-a)碳层可以与活性材料一体形成；vii)涂层可以占经涂覆颗粒的0.1重量％至20重量％且包括0.1重量％和20重量％；viii)活性材料可以是磨碎机混合的活性材料；本公开提供了通过以下方式对活性材料进行涂覆的第一方法：将涂层前体溶液施加到活性材料颗粒上，并且将具有涂层前体溶液的活性材料颗粒加热至300℃至600℃以在活性材料上形成涂层。活性材料可以具有化学通式LixMyEz(XO4)q和晶体结构，其中，A是碱金属或碱土金属，M包括钴(Co)，E位于晶体结构中与A相同的结构位置，并且是非电化学活性金属、硼族元素或硅(Si)或其任意合金或组合，X是磷(P)或硫(S)或硅(Si)或它们的组合，0<x≤1，y>0，z≥0，q>0，并且x、y、z和q的相对值使得化学通式电荷平衡；并且，涂层前体溶液包含能够形成Al2O3、ZrO2、TiO2、ZnO、B2O3、MgO2、La2O2、LiF及其任意组合的涂层前体，或者LiM1PO4涂层前体颗粒，其中M1是Fe、Cr、Mn、Ni、V或其任意合金或组合。上述第一方法可以通过一个或多个以下附加特征进行表征，除非明确相互排斥，这些附加特征可以彼此组合或与本说明书中任意其它部分(包括特定实施例)的说明组合使用：i)施加涂层前体溶液可以包括：对涂层前体和活性材料颗粒进行喷雾干燥；i-a)喷雾干燥可以包括：使涂层前体溶液和活性材料颗粒混合以形成喷雾干燥溶液；以及对喷雾干燥溶液进行喷雾干燥；ii)施加涂层前体溶液可以包括水热法，所述水热法包括：将活性材料颗粒添加到涂层前体溶液中，使溶液保持在70℃至90℃(含端值)的水热涂覆温度，并对溶液进行干燥；ii-a)水热法还可以包括：溶液保持在水热涂覆温度10小时至30小时(含端值)；iii)涂层前体溶液可以包含水性溶剂；iv)涂层前体溶液可以包含非水性溶剂；v)涂层前体溶液可以包含溶剂:溶质比例为99.9:0.1至90:10的溶剂和涂层前体溶质；vi)涂层前体溶液可以包含金属或硼盐；vi-a)金属或硼盐可以包括有机金属盐；vii)加热可以持续3至5小时。本公开还提供了对活性材料进行涂覆的第二方法，该方法包括：使得涂层前体颗粒与活性材料颗粒混合以形成未经加工的干燥混合物，并且使干燥混合物在8000rpm至15000rpm(含端值)下经受高速混合。活性材料可以具有化学通式LixMyEz(XO4)q和晶体结构，其中，A是碱金属或碱土金属，M包括钴(Co)，E位于晶体结构中与A相同的结构位置，并且是非电化学活性金属、硼族元素或硅(Si)或其任意合金或组合，X是磷(P)或硫(S)或它们的组合，0<x≤1，y>0，z≥0，q>0，并且x、y、z和q的相对值使得化学通式电荷平衡；并且涂层前体颗粒包括LiM1PO4，其中M1是Fe、Cr、Mn、Ni、V或其任意合金或组合。上述第二方法可以通过一个或多个以下附加特征进行表征，除非明确相互排斥，这些附加特征可以彼此组合或与本说明书中任意其它部分(包括特定实施例)的说明组合使用：i)高速混合可以进行5分钟至15分钟(含端值)。上述第一和第二方法都可以通过一个或多个以下附加特征进行表征，除非明确相互排斥，这些附加特征可以彼此组合或与本说明书中任意其它部分(包括特定实施例)的说明组合使用：i)A可以是锂(Li)；ii)M还包含合金中的钴(Co)或与至少一种其它电化学活性金属组合的钴(Co)；ii-a)至少一种其它电化学活性金属包括铁(Fe)、铬(Cr)、锰(Mn)、镍(Ni)、钒(V)或钛(Ti)；ii-b)M可以是Co和Fe的组合；ii-c)M可以是Co和Cr的组合；ii-d)M可以是Co、Fe和Cr的组合；iii)z可以是0；iii-a)E可以是Si；iii-b)E可以是非电化学活性金属；iii-b-1)非电化学活性金属可以是镁(Mg)、钙(Ca)或锶(Sr)、或锌(Zn)、钪(Sc)、或镧(La)、或其任意合金或组合；iii-c)E可以是硼族元素；iii-c-1)硼族本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.经涂覆的正电极活性材料颗粒，其包含：/n活性材料，其具有化学通式A

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180830 US 62/725,0601.经涂覆的正电极活性材料颗粒，其包含：
活性材料，其具有化学通式AxMyEz(XO4)q和晶体结构，其中，A是碱金属或碱土金属，M包括钴(Co)，E位于晶体结构中与A相同的结构位置，并且是非电化学活性金属、硼族元素或硅(Si)或其任意合金或组合，X是磷(P)或硫(S)或它们的组合，0<x≤1，y>0，z≥0，q>0，并且x、y、z和q的相对值使得化学通式电荷平衡；以及
涂层，所述涂层包括Al2O3、ZrO2、TiO2、ZnO、B2O3、MgO2、La2O2、LiF及其任意组合、或者LiM1PO4，其中M1是Fe、Cr、Mn、Ni、V或其任意合金或组合。


2.如权利要求1所述的经涂覆的正电极活性材料颗粒，其中，A是锂(Li)。


3.如权利要求1所述的经涂覆的正电极活性材料颗粒，其中，M还包含合金中的钴(Co)或与至少一种其它电化学活性金属组合的钴(Co)。


4.如权利要求3所述的经涂覆的正电极活性材料颗粒，其中，至少一种其它电化学活性金属包括铁(Fe)、铬(Cr)、锰(Mn)、镍(Ni)、钒(V)或钛(Ti)。


5.如权利要求3所述的经涂覆的正电极活性材料颗粒，其中，M是Co和Fe的组合。


6.如权利要求3所述的经涂覆的正电极活性材料颗粒，其中，M是Co和Cr的组合。


7.如权利要求3所述的经涂覆的正电极活性材料颗粒，其中，M是Co、Fe和Cr的组合。


8.如权利要求1所述的经涂覆的正电极活性材料颗粒，其中，z>0。


9.如权利要求8所述的经涂覆的正电极活性材料颗粒，其中，E是Si。


10.如权利要求8所述的经涂覆的正电极活性材料颗粒，其中，E是非电化学活性材料。


11.如权利要求10所述的经涂覆的正电极活性材料颗粒，其中，非电化学活性金属是镁(Mg)、钙(Ca)或锶(Sr)、或锌(Zn)、钪(Sc)、或镧(La)、或其任意合金或组合。


12.如权利要求8所述的经涂覆的正电极活性材料颗粒，其中，E是硼族元素。


13.如权利要求12所述的经涂覆的正电极活性材料颗粒，其中，硼族元素是铝(Al)或镓(Ga)或其组合。


14.如权利要求1所述的经涂覆的正电极活性材料颗粒，其中，X是P。


15.如权利要求1所述的经涂覆的正电极活性材料颗粒，其中，X是S。


16.如权利要求1所述的经涂覆的正电极活性材料颗粒，其中，X是Si。


17.如权利要求1所述的经涂覆的正电极活性材料颗粒，其中，LiM1PO4包括碳层。


18.如权利要求1所述的经涂覆的正电极活性材料颗粒，所述经涂覆的正电极活性材料颗粒还包括活性材料和涂层之间的碳层。


19.如权利要求18所述的经涂覆的正电极活性材料颗粒，其中，碳层与活性材料一体形成。


20.如权利要求1所述的经涂覆的正电极活性材料颗粒，其中，涂层占经涂覆颗粒的0.1重量％至20重量％且包括0.1重量％和20重量％。


21.如权利要求1所述的经涂覆的正电极活性材料颗粒，其中，活性材料是磨碎机混合活性材料。


22.一种涂覆活性材料的方法，所述方法包括：
向活性材料的颗粒施加涂层前体溶液；
将具有涂层前体溶液的活性材料颗粒加热至300℃至600℃，以在活性材料上形成涂层，
其中，活性材料具有化学通式LixMyEz(XO4)q和晶体结构，其中，M包括钴(Co)，E位于晶体结构中与A相同的结构位置，并且是非电化学活性金属、硼族元素或硅(Si)或其任意合金或组合，X是磷(P)或硫(S)或它们的组合，0<x≤1，y>0，z≥0，q>0，并且x、y、z和q的相对值使得化学通式电荷平衡；并且，涂层前体溶液包含能够形成Al2O3、ZrO2、TiO2、ZnO、B2O3、MgO2、La2O2、LiF及其任意组合的涂层前体，或者LiM1PO4涂层前体颗粒，其中M1是Fe、Cr、Mn、Ni、V或其任意合金或组合。


23.如权利要求22所述的方法，其中，施加涂层前体溶液包括：对涂层前体和活性材料颗粒进行喷雾干燥。


24.如权利要求23所述的方法，其中，喷雾干燥包括：
使涂层前体溶液和活性材料颗粒混合以形成喷雾干燥溶液；以及
对喷雾干燥溶液进行喷雾干燥。


25.如权利要求22所述的方法，其中，施加涂层前体溶液包括：水热法，所述水热法包括：
将活性材料颗粒添加到涂层前体溶液中；
将溶液维持在70℃至90℃且包括70℃和90℃的水热涂覆温度；以及
使溶液干燥。


26.如权利要求25所述的方法，所述方法还包括：溶液保持在水热涂覆温度10小时至30小时且包括10小时和30小时。


27.如权利要求22所述的方法，其中，涂层前体溶液包含水性溶剂。


28.如权利要求22所述的方法，其中，涂层前体溶液包含非水性溶剂。


29.如权利要求22所述的方法，其中，涂层前体溶液包含溶剂:溶质比例为99.9:0.1至90:10的溶剂和涂层前体溶质。


30.如权利要求22所述的方法，其中，涂层前体溶液包含金属或硼盐。


31.如权利要求30所述的方法，其中，金属或硼盐包括有机盐。


32.如权利要求22所述的方法，其中，加热持续3至5小时。


33.一种涂覆活性材料的方法，所述方法包括：
使涂层前体颗粒与活性材料颗粒混合以形成未经加工的干燥混合物；
使干燥混合物在8,000rpm至15,000rpm且包括8,000rpm和15,000rpm下进行高速混合；和
其中，活性材料具有化学通式AxMyEz(XO4)q和晶体结构，其中，A是碱金属或碱土金属，M包括钴(Co)，E位于晶体结构中与A相同的结构位置，并且是非电化学活性金属、硼族元素或硅(Si)或其任意合金或组合，X是磷(P)或硫(S)或它们的组合，0<x≤1，y>0，z≥0，q>0，并且x、y、z和q的相对值使得化学通式电荷平衡；并且涂层前体颗粒包括LiM1PO4，其中M1是Fe、Cr、Mn、Ni、V或其任意合金或组合。


34.如权利要求33所述的方法，其中，高速混合进行5分钟至15分钟且包括5和15分钟。


35.如权利要求22或权利要求33所述的方法，其中，M是锂(Li)。


36.如权利要求22或权利要求33所述的方法，其中，M还包含合金中的钴(Co)或与至少一种其它电化学活性金属组合的钴(Co)。


37.如权利要求36所述的方法，其中，至少一种其它电化学活性金属包括铁(Fe)、铬(Cr)、锰(Mn)、镍(Ni)、钒(V)或钛(Ti)。


38.如权利要求36所述的方法，其中，M是Co和Fe的组合。


39.如权利要求36所述的方法，其中，M是Co和Cr的组合。


40.如权利要求36所述的方法，其中，M是Co、Fe和Cr的组合。


41.如权利要求22或权利要求33所述的方法，其中，z>0。


42.如权利要求41所述的方法，其中，E是Si。


43.如权利要求41所述的方法，其中，E是非电化学活性金属。


44.如权利要求43所述的方法，其中，非电化学活性金属是镁(Mg)、钙(Ca)或锶(Sr)、或锌(Zn)、钪(Sc)、或镧(La)、或其任意合金或组合。


45.如权利要求41所述的方法，其中，E是硼族元素。


46.如权利要求45所述的方法，其中，硼族元素是铝(Al)或镓(Ga)或其组合。


47.如权利要求33所述的方法，其中，X是P。


48.如权利要求33所述的方法，其中，X是S。


49.如权利要求33所述的方法，其中，X是Si。


50.如权利要求22或权利要求33所述的方法，其中，LiM1PO4包括碳层。


51.如权利要求22或权利要求33所述的方法，所述方法还包括活性材金属和涂层之间的碳层。


52.如权利要求51所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘东强，A·弗兰德，A·戈菲，K·扎西伯，J·L·艾伦，S·A·德普三世，T·R·周，
申请(专利权)人：海德勒魁北克，以陆军部长为代表的美利坚合众国政府，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA