碱性氧化镍的氧化脱锂制造技术

本文提供了制备电化学活性阴极材料的方法，所述方法包含以下步骤：将具有式A1‑

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碱性氧化镍的氧化脱锂
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请根据35U.S.C.
§
119(E)要求于2020年1月23日提交的美国临时专利第62/965,139号的权益，所述美国临时专利的全部公开内容通过引用并入本文中。


[0003]本公开总体上涉及碱性氧化镍的氧化脱金属。更具体地，本公开涉及使用过硫酸盐使碱性氧化镍氧化脱金属。

技术介绍

[0004]含有碱金属的过渡金属氧化物可以积极活化或“带电”，以便制备高度氧化的阴极材料以用于一次电化学电池单元和二次电化学电池单元两者中。含有碱金属的过渡金属氧化物的充电包括使过渡金属氧化以及从金属氧化物晶格部分或全部去除碱金属，以形成缺乏碱金属的过渡金属氧化物电化学活性阴极材料。含有碱金属的过渡金属氧化物可以被化学充电或电化学充电。对含有碱金属的过渡金属氧化物进行化学充电的方法可以包含过渡金属的氧化脱金属和酸促歧化，例如通过使用无机酸进行处理。
[0005]已知的是，包含如Mn和Ni等金属的含有碱金属的过渡金属氧化物的酸促歧化导致从晶格提取存在的基本上所有碱金属离子以及使至多50％金属氧化，例如从M(III)氧化态到M(IV)氧化态。M(III)的对应量还原到溶解在酸溶液中的M(II)。
[0006]可以总结酸促歧化反应，使用化学计量层状锂镍氧化物作为实例，如下等式1中：
[0007]LiNiO2+2y H2SO4→
(1
‑
y)Li
(1
‑
2y)/(1
‑
y)
NiO2+y NiSO4+y Li2SO4+2y H2O(0≤y≤1/2)
ꢀꢀ
(1)
[0008]Ni(II)离子是可溶的并且溶解在酸性水溶液中。因此，使用酸促金属歧化反应对含有碱金属的过渡金属氧化物进行化学充电非常低效，因为起始过渡金属氧化物中的至少一半M(III)离子还原成可以溶解在酸溶液中并且因此从晶体结构中提取的M(II)离子。
[0009]使用强劲、可溶的化学氧化剂对含有碱金属的过渡金属氧化物进行化学充电可以用于直接将过渡金属氧化成更高氧化态，并且导致去除成比例量的碱金属离子，以维持晶格的整体电中性。如强氧化气体(例如，臭氧、氯气或溴气)、强氧化固体试剂(例如，六氟磷酸亚硝鎓、四氟硼酸亚硝鎓、六氟砷酸亚硝鎓、四氟硼酸硝鎓、六氟磷酸硝鎓、六氟砷酸硝鎓)以及水溶性氧化剂(例如，碱金属或碱土金属次氯酸盐(例如，Na
+
、K
+
、Ca
2+
)、碱性过二硫酸盐(例如，Na
+
、K
+
)、过二硫酸铵以及碱性单过硫酸盐(例如，Na
+
、K
+
)等各种试剂已经用于对含有碱金属的过渡金属氧化物进行化学充电。其它水溶性氧化剂包含碱性高锰酸盐(例如，K
+
、Na
+
、Li
+
)和碱性高铁酸盐(例如，K
+
)。通常在近室温下执行使用水溶性氧化剂的方法超过24到48小时；然而，此类方法通常缺乏足够的氧化强度以快速且充分地氧化过渡金属并且使初始的含有碱金属的过渡金属氧化物脱金属以制备式为A
x
MO2或A
x
M2O4的缺乏碱金属的金属氧化物，其中A是碱金属并且M是过渡金属，例如，其中x小于约0.3。
[0010]因此，对含有碱金属的层状过渡金属氧化物进行化学充电的已知方法具有多种缺
点，如由于过渡金属的歧化、过渡金属的不完全氧化和/或延长的处理时间(例如，12
‑
72小时)以及昂贵的试剂(例如，亚硝鎓盐、硝鎓盐)导致的低产率。

技术实现思路

[0011]本公开的一方面提供了一种制备电化学活性阴极材料的方法，所述方法包含以下步骤：将具有式A1‑
a
Ni
1+a
O2的含有碱金属的氧化镍与流体组合物合并以形成混合物，其中A包括碱金属并且0<a≤0.2，所述流体组合物包含氧化剂，所述氧化剂包括过二硫酸盐、单过硫酸盐或其组合；将所述混合物加热到50℃或更高的温度；以及将所述混合物维持在所述温度下持续至少足以形成具有通式A
x
H
y
Ni
1+a
O2·
nH2O的缺乏碱金属的氧化镍电化学活性阴极材料的一定时间段，其中A包括碱金属；0.08≤x<0.2；0≤y<0.3；0.02≤a≤0.2；并且0<n<2。
[0012]本公开的另一方面提供了一种制备电化学活性阴极材料的方法，所述方法包含以下步骤：将具有式A1‑
a
Ni
1+a
‑
z
M
z
O2的含有碱金属的氧化镍与流体组合物合并以形成混合物，其中A包括碱金属并且0<a≤0.2，M包括过渡金属或主族金属并且0≤z≤0.2，所述流体组合物包含氧化剂，所述氧化剂包括过二硫酸盐、单过硫酸盐或其组合；将所述混合物加热到50℃或更高的温度；以及将所述混合物维持在所述温度下持续至少足以形成具有通式A
x
H
y
Ni
1+a
‑
z
M
z
O2·
nH2O的缺乏碱金属的氧化镍电化学活性阴极材料的一定时间段，其中A包括碱金属；0.08≤x<0.2；0≤y<0.3；0.02≤a≤0.2；M包括过渡金属或主族金属，0≤z≤0.2；并且0<n<2。
[0013]通过审阅以下详细描述，另外的方面和优势对于本领域普通技术人员而言将变得显而易见。虽然组合物和方法可能具有各种形式的实施例，但是在理解本公开是说明性的情况下，下文描述包含具体实施例并且不旨在将本公开限制于本文所描述的具体实施例。
附图说明
[0014]虽然说明书以特别指出并明确要求保护被视为形成本专利技术的主题的权利要求书结束，但是据信，通过结合附图作出的以下描述将更好地理解本专利技术。
[0015]图1是本公开的一次碱性电池的实施例的横截面。
具体实施方式
[0016]本公开提供了一种制备电化学活性阴极材料的方法，所述方法包含以下步骤：将具有式A1‑
a
Ni
1+a
O2的含有碱金属的氧化镍与流体组合物合并以形成混合物，其中A包括碱金属并且0<a≤0.2，所述流体组合物包含氧化剂，所述氧化剂包括过二硫酸盐、单过硫酸盐或其组合；将所述混合物加热到50℃或更高的温度；以及将所述混合物维持在所述温度下持续至少足以形成具有通式A
x
H
y
Ni
1+a
O2·
nH2O的缺乏碱金属的氧化镍电化学活性阴极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制备电化学活性阴极材料的方法，所述方法包括：将具有式A1‑
a
Ni
1+a
O2的含有碱金属的氧化镍与流体组合物合并以形成混合物，其中A包括碱金属并且0＜a≤0.2，所述流体组合物包含氧化剂，所述氧化剂包括过二硫酸盐、单过硫酸盐或其组合；将所述混合物加热到50℃或更高的温度；以及将所述混合物维持在所述温度下持续至少足以形成具有通式A
x
H
y
Ni
1+a
O2·
nH2O的缺乏碱金属的氧化镍电化学活性阴极材料的一定时间段，其中A包括碱金属；0.08≤x＜0.2；0≤y＜0.3；0.02＜a≤0.2；并且0＜n＜2。2.一种制备电化学活性阴极材料的方法，所述方法包括：将具有式A1‑
a
Ni
1+a
‑
z
M
z
O2·
nH2O的含有碱金属的氧化镍与流体组合物合并以形成混合物，其中A包括碱金属并且0＜a≤0.2，M包括过渡金属或主族金属，并且0≤z≤0.2，所述流体组合物包含氧化剂，所述氧化剂包括过二硫酸盐、单过硫酸盐或其组合；将所述混合物加热到50℃或更高的温度；以及将所述混合物维持在所述温度下持续至少足以形成具有通式A
x
H
y
Ni
1+a
‑
z
M
z
O2的缺乏碱金属的氧化镍电化学活性阴极材料的一定时间段，其中A包括碱金属；0.08≤x＜0.2；0≤y＜0.3；0.02＜a≤0.2；0≤z≤0.2；并且0＜n＜2。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述混合物被加热到约55℃到约85℃的温度。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述氧化剂包括过二硫酸盐。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中A包括Li、Na或其组合。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中A包括Li。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述足以形成所述缺乏碱金属的氧化镍电化学活性阴极材料的时间为约1小时到约24小时。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述足以形成所述缺乏碱金属的氧化镍电化学活性阴极材料的时间为约1小时到约6小时。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法不包含向所述混合物中添加无机酸。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述流体组合物是碱性的。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述流体组合物进一步包括碱金属氢氧化物、氢氧化铵或其组合。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述流体组合物的pH在约8到约12的范围内。13.根据权利要求1到9中任一项所述的方法，其中所述流体组合物基本上不含氢氧化物盐。14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述含有碱金属的氧化镍与所述化学氧化剂以约1:0.75到约1:2的摩尔比提供。15.根据权利要求11或12中任一项所述的方法，其中所述含有碱金属的氧化镍、所述氧化剂和所述氢氧化物盐以约1:0.75:1到约1:2:6的摩尔比提供。16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述氧化剂包括选自由以下组成的组的抗衡阳离子：铵、钠、钾、锂以及其组合。17.根据权利要求11、12和15中任一项所述的方法，其中所述氢氧化物盐具有选自由以下组成的组的抗衡阳离子：铵、钠、钾、锂以及其组合。18.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：杜拉塞尔美国经营公司，
类型：发明
国别省市：