用于锂离子电池的锂过渡金属氧化物的等离子体处理制造技术

本文公开了生产用于锂离子电池的粉末的方法和系统的实施方案，其在粉末制造期间使用等离子体处理。有利地，所公开的方法的实施方案可显著减少制造时间、步骤的总数和常规锂离子电池处理的有害副产物。子电池处理的有害副产物。子电池处理的有害副产物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于锂离子电池的锂过渡金属氧化物的等离子体处理
[0001]通过引用并入任何优先权申请本申请要求2018年12月20日提交的题为“SOLID PRECURSORS FOR LITHIUM ION BATTERY CATHOD MATERIAL”的美国临时专利申请系列号62/782,845、2018年12月20日提交的题为“TWO
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STEP MICROWAVE PLASMA PRODUCTIONS OF LITHIUM TRANSITION METAL OXIDES FOR LITHIUM ION BATTERIES”的美国临时专利申请系列号62/782,828和2018年12月20日提交的题为“SINGLE STEP PLASMA PRODUCTIONS OF LITHIUM TRANSITION METAL OXIDES”的美国临时专利申请系列号62/782,982的权益，其各自的内容由此通过引用整体并入本文中。
[0002]关于联邦资助研发的声明本专利技术是在SBIR阶段I/阶段II授权下在来自美国能源部的政府支持下完成的。政府对本专利技术享有某些权利。
[0003]背景。


[0004]本公开涉及制备用于电池材料的固体前体的技术，并且更具体地涉及用于产生锂离子(Li
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离子)电池材料的技术。

技术实现思路

[0005]本文公开了制备用于锂离子单电池(cell)阴极的阴极粉末的方法的实施方案，所述方法包括提供溶解在溶剂中的包含锂的金属盐原材料，混合所述原材料以形成给料材料，和等离子体处理所述给料材料以产生微米或更小尺寸的固体粉末，所述固体粉末具有全部或部分的NMC组成材料，其中在等离子体处理之后不执行热后处理。
[0006]在一些实施方案中，所述方法还可包括将掺杂剂材料添加到原材料中。在一些实施方案中，掺杂剂材料选自Al、Mg、Zr、Ti、Zn、F、P、V、Cr、Nb和K。在一些实施方案中，掺杂剂材料选自Al、Mg、Zr和Ti。
[0007]在一些实施方案中，固体粉末具有5
‑
15 μm的d50粒度、1
‑
2 μm的d10和25
‑
40 μm的d90。在一些实施方案中，固体粉末包含d50直径小于500 nm的颗粒。在一些实施方案中，固体粉末包含d50直径在0.5 μm和30 μm之间的颗粒。
[0008]在一些实施方案中，所述方法还可包括在微波等离子体处理之前将给料材料供给到液滴生成器中。在一些实施方案中，金属盐还包括钴、镍、锰、铝及其组合。在一些实施方案中，等离子体处理是微波等离子体处理。
[0009]在一些实施方案中，所述方法不使用共沉淀。在一些实施方案中，在等离子体处理之后不将锂添加到固体粉末中。
[0010]在一些实施方案中，所述方法用时4
‑
8小时。在一些实施方案中，所述方法用时在10小时之内。在一些实施方案中，所述方法用时在6小时之内。
[0011]权利要求1
‑
13中任一项所述的方法，其中所述金属盐选自硝酸盐、乙酸盐、氢氧化
物、氯化物、硫酸盐和碳酸盐。
[0012]本文还公开了制备用于锂离子单电池阴极的阴极粉末的方法的实施方案，所述方法包括提供溶解或分散在溶剂中的包含锂的金属盐的原材料，混合所述原材料以形成原材料混合物，喷雾干燥所述原材料混合物以形成所得固体给料材料，和等离子体处理所述给料材料以产生纳米尺寸的固体粉末，所述固体粉末具有全部的NMC组成材料，其中在等离子体处理之后不执行热后处理。
[0013]在一些实施方案中，所述方法还可包括将掺杂剂材料添加到原材料中。在一些实施方案中，掺杂剂材料选自Al、Mg、Zr、Ti、Zn、F、P、V、Cr、Nb和K。在一些实施方案中，掺杂剂材料选自Al、Mg、Zr和Ti。
[0014]在一些实施方案中，固体粉末包含d50直径小于500 nm的颗粒。在一些实施方案中，所述方法还包括在微波等离子体处理之前将给料材料供给到液滴生成器中。在一些实施方案中，金属盐还包括钴、镍、锰、铝及其组合。在一些实施方案中，等离子体处理是微波等离子体处理。
[0015]在一些实施方案中，所述方法不使用共沉淀。在一些实施方案中，在等离子体处理之后不将锂添加到固体粉末中。
[0016]在一些实施方案中，所述方法用时4
‑
8小时。在一些实施方案中，所述方法用时在10小时之内。在一些实施方案中，所述方法用时在6小时之内。
[0017]在一些实施方案中，金属盐选自硝酸盐、乙酸盐、氢氧化物、氯化物、硫酸盐和碳酸盐。
[0018]本文还公开了制备用于锂离子单电池阴极的粉末的方法的实施方案，所述方法包括提供溶解在溶剂中的包含锂的金属盐的原材料，混合所述原材料以形成给料材料，等离子体处理所述给料材料以产生NMC前体粉末，和煅烧所述NMC前体粉末以形成经煅烧NMC粉末，其中在煅烧期间不添加锂。
[0019]在一些实施方案中，所述方法还可包括将NMC前体粉末与液体混合以形成浆液和在煅烧之前喷雾干燥所述浆液。在一些实施方案中，煅烧在700
‑
1000℃的温度下发生1
‑
12小时。
[0020]在一些实施方案中，所述方法还可包括将掺杂剂材料添加到原材料中。在一些实施方案中，掺杂剂材料选自Al、Mg、Zr、Ti、Zn、F、P、V、Cr、Nb和K。在一些实施方案中，掺杂剂材料选自Al、Mg、Zr和Ti。
[0021]在一些实施方案中，经煅烧NMC粉末具有5
‑
15 μm的d50粒度、1
‑
2 μm的d10和25
‑
40 μm的d90。在一些实施方案中，经煅烧NMC粉末包含d50直径小于500 nm的颗粒。在一些实施方案中，经煅烧NMC粉末包含d50直径在0.5 μm和30 μm之间的颗粒。
[0022]在一些实施方案中，所述方法还可包括在微波等离子体处理之前将给料材料供给到液滴生成器中。在一些实施方案中，金属盐还包括钴、镍、锰、铝及其组合。在一些实施方案中，等离子体处理是微波等离子体处理。
[0023]在一些实施方案中，所述方法不使用共沉淀。在一些实施方案中，在等离子体处理之后不将锂添加到NMC前体粉末中。
[0024]在一些实施方案中，所述方法用时4
‑
8小时。在一些实施方案中，所述方法用时在10小时之内。在一些实施方案中，所述方法用时在6小时之内。
[0025]在一些实施方案中，金属盐选自硝酸盐、乙酸盐、氢氧化物、氯化物、硫酸盐和碳酸盐。
[0026]本文还公开了制备用于锂离子单电池阴极的粉末的方法的实施方案，所述方法包括提供包含锂的熔融金属盐，和等离子体处理所述熔融金属盐以产生微米或更小尺寸的固体阴极粉末，所述固体粉末具有所有的NMC构成材料，其中等离子体处理之后不执行热后处理。
[0027]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.制备用于锂离子单电池阴极的阴极粉末的方法，所述方法包括：提供溶解在溶剂中的包含锂的金属盐的原材料；混合所述原材料以形成给料材料；和等离子体处理所述给料材料以产生微米或更小尺寸的固体粉末，所述固体粉末具有全部或部分的NMC组成材料，其中在所述等离子体处理之后不执行热后处理。2.权利要求1所述的方法，其还包括向所述原材料中添加掺杂剂材料。3.权利要求2所述的方法，其中所述掺杂剂材料选自Al、Mg、Zr、Ti、Zn、F、P、V、Cr、Nb和K。4.权利要求2所述的方法，其中所述掺杂剂材料选自Al、Mg、Zr和Ti。5.权利要求1
‑
4中任一项所述的方法，其中所述固体粉末具有5
‑
15 μm的d50粒度、1
‑
2 μm的d10和25
‑
40 μm的d90。6.权利要求1
‑
4中任一项所述的方法，其中所述固体粉末包含具有小于500 nm的d50直径的颗粒。7.权利要求1
‑
4中任一项所述的方法，其中所述固体粉末包含具有在0.5
ꢀµ
m和30
ꢀµ
m之间的d50直径的颗粒。8.权利要求1
‑
7中任一项所述的方法，其还包括在所述微波等离子体处理之前将所述给料材料供给到液滴生成器中。9.权利要求1
‑
8中任一项所述的方法，其中所述金属盐还包含钴、镍、锰、铝及其组合。10.权利要求1
‑
9中任一项所述的方法，其中所述等离子体处理为微波等离子体处理。11.权利要求1
‑
10中任一项所述的方法，其中所述方法不使用共沉淀。12.权利要求1
‑
11中任一项所述的方法，其中在所述等离子体处理之后不向所述固体粉末中添加锂。13.权利要求1
‑
12中任一项所述的方法，其中所述方法用时4
‑
8小时。14.权利要求1
‑
12中任一项所述的方法，其中所述方法用时在10小时之内。15.权利要求1
‑
12中任一项所述的方法，其中所述方法用时在6小时之内。16.权利要求1
‑
13中任一项所述的方法，其中所述金属盐选自硝酸盐、乙酸盐、氢氧化物、氯化物、硫酸盐和碳酸盐。17.锂离子单电池，其由权利要求1
‑
16中任一项所述的方法形成。18.电池，其包括权利要求17所述的锂离子单电池。19.制备用于锂离子单电池阴极的阴极粉末的方法，所述方法包括：提供溶解或分散在溶剂中的包含锂的金属盐的原材料；混合所述原材料以形成原材料混合物；喷雾干燥所述原材料混合物以形成所得固体给料材料，和等离子体处理所述给料材料以产生纳米尺寸的固体粉末，所述固体粉末具有全部的NMC组成材料；其中在所述等离子体处理之后不执行热后处理。20.权利要求19所述的方法，其还包括向所述原材料中添加掺杂剂材料。21.权利要求20所述的方法，其中所述掺杂剂材料选自Al、Mg、Zr、Ti、Zn、F、P、V、Cr、Nb
和K。22.权利要求20所述的方法，其中所述掺杂剂材料选自Al、Mg、Zr和Ti。23.权利要求19
‑
22中任一项所述的方法，其中所述固体粉末包含具有小于500 nm的d50直径的颗粒。24.权利要求19
‑
23中任一项所述的方法，其还包括在所述微波等离子体处理之前将所述给料材料供给到液滴生成器中。25.权利要求19
‑
24中任一项所述的方法，其中所述金属盐还包含钴、镍、锰、铝及其组合。26.权利要求19
‑
25中任一项所述的方法，其中所述等离子体处理为微波等离子体处理。27.权利要求19
‑
26中任一项所述的方法，其中所述方法不使用共沉淀。28.权利要求19
‑
27中任一项所述的方法，其中在所述等离子体处理之后不向所述固体粉末中添加锂。29.权利要求19
‑
28中任一项所述的方法，其中所述方法用时4
‑
8小时。30.权利要求19
‑
29中任一项所述的方法，其中所述方法用时在10小时之内。31.权利要求19
‑
30中任一项所述的方法，其中所述方法用时在6小时之内。32.权利要求19
‑
31中任一项所述的方法，其中所述金属盐选自硝酸盐、乙酸盐、氢氧化物、氯化物、硫酸盐和碳酸盐。33.锂离子单电池，其由权利要求19
‑
32中任一项所述的方法形成。34.电池，其包括权利要求33所述的锂离子单电池。35.制备用于锂离子单电池阴极的粉末的方法，所述方法包括：提供溶解在溶剂中的包含锂的金属盐的原材料；混合所述原材料以形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：六K有限公司，
类型：发明
国别省市：