包含含有钾和金属的层状氧化物的电极材料、包含该材料的电极及其在电化学中的用途制造技术

本发明专利技术涉及包含电化学活性材料的电极材料，其中所述电化学活性材料包含含有钾和金属的层状氧化物。所述含有钾和金属的层状氧化物可以具有式K

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含含有钾和金属的层状氧化物的电极材料、包含该材料的电极及其在电化学中的用途
[0001]相关申请
[0002]本申请依据适用法律要求2019年5月31日提交的美国临时专利申请No.62/855,537的优先权，其内容出于各种目的全文经此引用并入本文。


[0003]本申请涉及电化学活性材料及其在电化学应用中的用途的领域。更具体而言，本申请总体涉及包含层状钾金属氧化物作为电化学活性材料的电极材料，包含所述电极材料的电极，其制备方法及其在电化学电池中的用途。

技术介绍

[0004]全固态电池组是一种用于电动车辆的电池或用于下一代电动汽车的牵引电池的受关注的新型解决方案。与使用液体电解质的常规锂离子电池相比，全固态电池可以通常以更低的成本生产，并且可以具有改进的寿命、更快的充电时间、更高的性能以及更高的安全性。
[0005]由于具有更高的理论容量以及解决与常规锂离子电池相关的某些能量密度问题的潜力，已经研究和改进包含锂或钠金属阳极的电池，从而替代在高能量密度存储体系中的石墨阳极。
[0006]但是，用于锂离子电池的常规市售阴极材料具有较高的成本(例如，二氧化锂钴(LiCoO2)，以及锂、镍、锰和钴的氧化物(NMC)，例如LiNi
0.33
Mn
0.33
Co
0.33
O2(NMC111)，LiNi
0.6
Mn
0.2
Co
0.2
O2(NMC622)和LiNi
0.8
Mn
0.1
Co
0.1
O2(NMC 811))，并且不含锂的电极材料的合成或制备方法是复杂的，所以，全固态电池组的应用受到限制，尤其是在大规模能量存储体系中。
[0007]因此，仍然需要开发新型电极材料，其不具有常规的市售阴极材料的一个或多个缺点。例如，需要用于全固态电池组的低成本、高容量、高电压的材料。
[0008]概述
[0009]根据一方面，本专利技术涉及一种包含电化学活性材料的电极材料，所述电化学活性材料包含具有式K
x
MO2的层状钾金属氧化物，其中x是符合0<x≤0.7的数，并且M是选自Co、Mn、Fe、Ni、Ti、Cr、V、Cu、Zr、Sb和其中至少两种的组合。
[0010]在一个实施方案中，电化学活性材料包含具有式K
x
M
y
Mn1‑
y
O2的层状钾金属氧化物，其中x是如本文所定义，y是符合0≤y≤1.0的数，并且M是选自Co、Fe、Ni、Ti、Cr、V、Cu、Zr、Sb和其中至少两种的组合。例如，层状钾金属氧化物具有式K
x
Fe
y
Mn1‑
y
O2，其中x和y是如本文所定义。
[0011]在另一个实施方案中，层状钾金属氧化物具有式K
x
Ni
0.5x
Mn1‑
0.5x
O2，其中x是如本文所定义。
[0012]在另一个实施方案中，层状钾金属氧化物具有式K
x
Ni
0.5x
Mn1‑
0.5x
‑
y
M
y
O2，其中x是如
本文所定义，y是符合0≤y≤(1.0
–
0.5x)的数，并且M是选自Co、Fe、Ti、Cr、V、Cu、Zr、Sb和其中至少两种的组合。例如，层状钾金属氧化物具有式K
x
Ni
0.5x
Mn1‑
0.5x
Ti
y
O2，其中x和y是如本文所定义。
[0013]在另一个实施方案中，层状钾金属氧化物是选自K
0.67
Ni
0.33
Mn
0.67
O2，K
0.6
Ni
0.3
Mn
0.7
O2，K
0.5
Ni
0.25
Mn
0.75
O2，K
0.4
Ni
0.2
Mn
0.8
O2，K
0.4
Ni
0.2
Mn
0.6
Ti
0.2
O2，K
0.4
Ni
0.2
Mn
0.7
Ti
0.1
O2，K
0.4
Ni
0.2
Mn
0.75
Ti
0.05
O2，K
0.4
Fe
0.4
Mn
0.6
O2，K
0.4
Ni
0.1
Mn
0.9
O2，K
0.4
MnO2，K
0.3
Ni
0.15
Mn
0.85
O2，K
0.3
Ni
0.2
Mn
0.8
O2，K
0.3
MnO2，K
0.2
Ni
0.1
Mn
0.9
O2，K
0.2
Ni
0.2
Mn
0.8
O2，K
0.2
MnO2，K
0.1
Ni
0.05
Mn
0.95
O2，K
0.1
Ni
0.1
Mn
0.9
O2，和其中至少两种的组合。
[0014]根据另一个方面，本专利技术涉及包含电化学活性材料的电极材料，所述电化学活性材料包含具有式Na
z
K
x
MO2的层状钾金属氧化物，其中x是符合0<x≤0.7的数，z是符合0<z≤0.8条件的数，并且M是选自Co、Mn、Fe、Ni、Ti、Cr、V、Cu、Zr、Sb和其中至少两种的组合。
[0015]在一个实施方案中，电化学活性材料包含具有式Na
z
K
x
M
y
Mn1‑
y
O2的层状钾金属氧化物，其中x和z是如本文所定义，y是符合0≤y≤1.0的数，并且M是选自Co、Fe、Ni、Ti、Cr、V、Cu、Zr、Sb和其中至少两种的组合。
[0016]在另一个实施方案中，层状钾金属氧化物具有式Na
z
K
x
Ni
y
Mn1‑
y
O2，其中x和z是如本文所定义，并且y是符合0≤y≤1.0的数。
[0017]在另一个实施方案中，层状钾金属氧化物是选自Na
0.74
K
0.08<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】1.一种包含电化学活性材料的电极材料，所述电化学活性材料包含具有式K
x
MO2的层状钾金属氧化物，其中x是符合0&lt;x≤0.7的数，并且M是选自Co、Mn、Fe、Ni、Ti、Cr、V、Cu、Zr、Sb和其中至少两种的组合。2.根据权利要求1所述的电极材料，其中电化学活性材料包含具有式K
x
M
y
Mn1‑
y
O2的层状钾金属氧化物，其中x是如权利要求1中所定义，y是符合0≤y≤1.0的数，并且M是选自Co、Fe、Ni、Ti、Cr、V、Cu、Zr、Sb和其中至少两种的组合。3.根据权利要求1或2所述的电极材料，其中层状钾金属氧化物具有式K
x
Fe
y
Mn1‑
y
O2，其中x是如权利要求1中所定义，并且y是符合0≤y≤1.0的数。4.根据权利要求1或2所述的电极材料，其中层状钾金属氧化物具有式K
x
MnO2，其中x是如权利要求1中所定义。5.根据权利要求1或2所述的电极材料，其中层状钾金属氧化物具有式K
x
NiMnO2，其中x是如权利要求1中所定义。6.根据权利要求1或2所述的电极材料，其中层状钾金属氧化物具有式K
x
NiMnTiO2，其中x是如权利要求1中所定义。7.根据权利要求1或2所述的电极材料，其中层状钾金属氧化物具有式K
x
FeMnO2，其中x是如权利要求1中所定义。8.根据权利要求1或2所述的电极材料，其中层状钾金属氧化物具有式K
x
Ni
0.5x
Mn1‑
0.5x
O2，其中x是如权利要求1中所定义。9.根据权利要求1或2所述的电极材料，其中层状钾金属氧化物具有式K
x
Ni
0.5x
Mn1‑
0.5x
‑
y
M
y
O2，其中x是如权利要求1中所定义，y是符合0≤y≤(1.0
‑
0.5x)的数，并且M是选自Co、Fe、Ti、Cr、V、Cu、Zr、Sb和其中至少两种的组合。10.根据权利要求9所述的电极材料，其中层状钾金属氧化物具有式K
x
Ni
0.5x
Mn1‑
0.5x
Ti
y
O2，其中x是如权利要求1中所定义，并且y是如权利要求9中所定义。11.根据权利要求9或10所述的电极材料，其中层状钾金属氧化物具有式K
0.4
Ni
0.2
Mn
0.8
‑
y
Ti
y
O2，其中y是符合0≤y≤0.8的数。12.根据权利要求1
‑
11中任一项所述的电极材料，其中层状钾金属氧化物是选自K
0.67
Ni
0.33
Mn
0.67
O2，K
0.6
Ni
0.3
Mn
0.7
O2，K
0.5
Ni
0.25
Mn
0.75
O2，K
0.4
Ni
0.2
Mn
0.8
O2，K
0.4
Ni
0.2
Mn
0.6
Ti
0.2
O2，K
0.4
Ni
0.2
Mn
0.7
Ti
0.1
O2，K
0.4
Ni
0.2
Mn
0.75
Ti
0.05
O2，K
0.4
Fe
0.4
Mn
0.6
O2，K
0.4
Ni
0.1
Mn
0.9
O2，K
0.4
MnO2，K
0.3
Ni
0.15
Mn
0.85
O2，K
0.3
Ni
0.2
Mn
0.8
O2，K
0.3
MnO2，K
0.2
Ni
0.1
Mn
0.9
O2，K
0.2
Ni
0.2
Mn
0.8
O2，K
0.2
MnO2，K
0.1
Ni
0.05
Mn
0.95
O2，K
0.1
Ni
0.1
Mn
0.9
O2，和其中至少两种的组合。13.根据权利要求12所述的电极材料，其中层状钾金属氧化物是K
0.4
Ni
0.2
Mn
0.8
O2。14.根据权利要求12所述的电极材料，其中层状钾金属氧化物是K
0.4
Ni
0.2
Mn
0.6
Ti
0.2
O2。15.根据权利要求12所述的电极材料，其中层状钾金属氧化物是K
0.4
Ni
0.2
Mn
0.75
Ti
0.05
O2。16.根据权利要求12所述的电极材料，其中层状钾金属氧化物是K
0.4
Fe
0.4
Mn
0.6
O2。17.一种包含电化学活性材料的电极材料，所述电化学活性材料包含具有式Na
z
K
x
MO2的层状钾金属氧化物，其中x是符合0&lt;x≤0.7的数，z是符合0&lt;x≤0.8的数，并且M是选自Co、Mn、Fe、Ni、Ti、Cr、V、Cu、Zr、Sb和其中至少两种的组合。18.根据权利要求17所述的电极材料，其中电化学活性材料包含具有式Na
z
K
x
M
y
Mn1‑
y
O2的层状钾金属氧化物，其中x和z是如权利要求17中所定义，y是符合0≤y≤1.0的数，并且M是
选自Co、Fe、Ni、Ti、Cr、V、Cu、Zr、Sb和其中至少两种的组合。19.根据权利要求17或18所述的电极材料，其中层状钾金属氧化物具有式Na
z
K
x
Ni
y
Mn1‑
y
O2，其中x和z是如权利要求17中所定义，并且y是符合0≤y≤1.0的数。20.根据权利要求17
‑
19中任一项所述的电极材料，其中层状钾金属氧化物是选自Na
0.74
K
0.08
Ni
0.41
Mn
0.59
O2，Na
0.6
K
0.08
Ni
0.34
Mn
0.66
O2，Na
0.74
K
0.08
Ni
0.2
Mn
0.8
O2，Na
0.6
K
0.08
Ni
0.2
Mn
0.8
O2，Na
0.32
K
0.08
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王跃生，A，
申请(专利权)人：魁北克电力公司，
类型：发明
国别省市：