用于二次电池的共混阴极材料制造技术

本公开内容涉及用作可充电电化学电池(或二次电池)(例如锂离子二次电池)的正电极材料的共混阴极材料，并且还涉及包括具有共混阴极材料的阴极的二次电池。特别地，公开了具有一定重量比的氟磷酸钒锂(LVPF)或其衍生物与一种或更多种常规阴极活性材料的共混物。种或更多种常规阴极活性材料的共混物。种或更多种常规阴极活性材料的共混物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于二次电池的共混阴极材料
[0001]背景


[0002]本公开内容涉及旨在用于可充电电化学电池(或二次电池)(例如锂离子二次电池)的正电极材料(或阴极材料)的共混阴极材料，并且还涉及包括具有共混阴极材料的阴极的二次电池。特别地，本公开内容涉及提供一种或更多种益处例如改善的充电状态(SOC)的确定、能量密度、循环寿命、涂覆品质、粘合性、安全性和电极密度的共混阴极材料。
[0003]相关技术的说明
[0004]在二次电池中，活性材料是在二次电池放电时参与电化学反应以产生电能的材料。
[0005]常规已知许多用作二次电池的阴极活性材料的材料，例如NCA、NMC、LFP、LMP、LFMP、LCP、LCO、LNO、LMO和LNMO(其在以下详细描述)。
[0006]氟磷酸钒锂(例如，LiVPO4F及其衍生物)(LVPF)是已知的具有相对高的能量密度(与许多常规使用的阴极材料相比)的阴极活性材料，这是由于其对Li
+
/Li(V
4+
/V
3+
氧化还原对)(其分别对应于锂离子的嵌入和脱嵌)的约4.2V的充电和放电平台。
[0007]然而，已确定使用LVPF作为阴极活性材料可能具有某些缺点。例如，已确定LVPF的非常平坦的充电/放电平台可能使得电池管理系统(或BMS)难以监测充电状态(或SOC)，从而难以精确地预测用于进一步利用的剩余能量。
[0008]因此，仍需要有益地提供高能量密度、高循环寿命、改善的倍率性能和改善的与BMS一起使用的容易性中的一者或更多者的用于二次电池的阴极活性材料。
[0009]专利技术概述
[0010]本公开内容的某些实施方案的方面克服了上述缺点和/或以上未描述的其他缺点。然而，实施方案的方面不需要克服上述缺点，并且实施方案的方面可能无法克服上述缺点中的任一者。
[0011]本公开内容的实施方案涉及包含氟磷酸钒锂的共混阴极材料。
[0012]更具体地，根据本公开内容的共混阴极材料包含为氟磷酸钒锂(LVPF)或其衍生物的第一活性材料与第二活性材料(该第二活性材料为LVPF之外的常规使用的阴极活性材料)的共混物。可以出于在充电开始和放电结束时产生电压斜率的目的来选择第二活性材料和/或其量。还可以出于实现更高的能量密度、改善的循环寿命和/或改善的倍率性能中的一者或更多者的目的，将第一活性材料(LVPF或其衍生物)与第二活性材料共混。或者，可以将第一活性材料(LVPF或其衍生物)添加至第二活性材料中以改善第二活性材料(例如，LFMP)的加工性。
[0013]根据一个实施方案，本公开内容提供了用于二次电池的正电极活性材料，该正电极活性材料包含：
[0014]第一活性材料，所述第一活性材料选自由下式(1)表示的氟磷酸钒锂(LVPF)或由下式(2)表示的LVPF衍生物：
[0015]Li
1+x
VPO4F式(1)，
[0016]其中，在式(1)中，0≤x≤0.15，
[0017]Li
1+x
V1‑
y
M
y
PO4F
z
式(2)，
[0018]其中，在式(2)中，0≤x≤0.15；0<y≤0.5；0.8≤z≤1.2；以及M选自Ti、Al、Y、Cr、Cu、Mg、Mn、Fe、Co、Ni或Zr；以及
[0019]第二活性材料，
[0020]其中第一活性材料与第二活性材料的重量比为r:(1
‑
r)，其中0<r<1；以及
[0021]第二活性材料由以下式(A)至(D)中的一者或其共混物表示：
[0022]Li
1+x
M1
a
X
b
PO4式(A)，
[0023]其中，在式(A)中，M1为选自Fe、Mn或Co中的至少一者；X为选自Ni、V、Y、Mg、Ca、Ba、Al、Sc或Nd中的至少一种过渡金属；0≤x≤0.15；a>0；b≥0；并且任选地a+b＝1；
[0024]Li
1+x
Ni
a
M2
d
M3
e
O2式(B)，
[0025]其中，在式(B)中，M2为选自Co、Al或Mn中的至少一者；M3为B、Mg、Si、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、W、Mo、Sr、Ce、Ga、Ta中的至少一者或其混合物；0≤x≤0.15；a>0；d>0；e≥0；并且任选地a+d+e＝1；
[0026]Li
1+x
Mn2O4式(C)，
[0027]其中，在式(C)中，0≤x≤0.15；
[0028]Li
1+x
CoO2式(D)，
[0029]其中，在式(D)中，0≤x≤0.15。
[0030]在本文中，术语单独的“LVPF”和术语“LVPF或衍生物”二者的一般性使用意指根据式(1)的LVPF和根据式(2)的LVPF衍生物的组合。此外，术语“LMO”的一般性使用是指式(C)，以及术语“LCO”的一般性使用是指式(D)。
[0031]在本公开内容的任一方面中，对于第一活性材料与第二活性材料的共混物的重量比(r:(l
‑
r))，对应于第一活性材料的重量的值r可以为大于0且小于1的任何值。例如，在某些实施方案中，r的值可以为0.1≤r≤0.9、0.2≤r≤0.9、0.3≤r≤0.9、0.4≤r≤0.9、0.5≤r≤0.9、0.6≤r≤0.9、0.7≤r≤0.9、0.8≤r≤0.9。
[0032]在本公开内容的一个方面中，第二活性材料由选自LFP、LMP、LCP、(任选掺杂的)LFMP、NMC、LNMO、NCA、NMCA、LMO或LCO的公知阴极活性材料或者其共混物表示。
[0033]在本公开内容的一个方面中，第二活性材料由以下式(A1)至(A4)中的一者或其共混物表示：
[0034]Li
1+x
FePO4式(A1)，
[0035]其中，在式(A1)中，0≤x≤0.15；
[0036]Li
1+x
MnPO4式(A2)，
[0037]其中，在式(A2)中，0≤x≤0.15；
[0038]Li
1+x
CoPO4式(A3)，
[0039]其中，在式(A3)中，0≤x≤0.15；
[0040]Li
1+x
Fe
y
Mn
z
X
b
PO4式(A4)，
[0041]其中，在式(A4)中，X为选自Ni、V、Y、Mg、Ca、Ba、Al、Sc或Nd中的至少一种过渡金属；0≤x≤0.15；y>0；z>0；b≥0；并且任选地y+z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】1.一种用于二次电池的正电极材料，所述正电极材料包含：第一活性材料，所述第一活性材料选自由下式(1)表示的氟磷酸钒锂和由下式(2)表示的氟磷酸钒锂衍生物：Li
1+x
VPO4F式(1)，其中，在式(1)中，0≤x≤0.15，Li
1+x
V1‑
y
M
y
PO4F
z
式(2)，其中，在式(2)中，0≤x≤0.15；0<y≤0.5；0.8≤z≤1.2；以及M为选自Ti、Al、Mg、Mn、Fe、Co、Y、Cr、Cu、Ni和Zr中的一者或更多者；以及第二活性材料，其中所述第一活性材料与所述第二活性材料的重量比为r:(1
‑
r)，其中0<r<1；以及所述第二活性材料由以下式(A)至式(D)中的一者或其共混物表示：Li
1+x
M1
a
X
b
PO4式(A)，其中，在式(A)中，M1为选自Fe、Mn和Co中的至少一者；X为选自Ni、V、Y、Mg、Ca、Ba、Al、Sc和Nd中的至少一种过渡金属；0≤x≤0.15；a>0；b≥0；并且任选地a+b＝1，Li
1+x
Ni
a
M2
d
M3
e
O2式(B)，其中，在式(B)中，M2为选自Co、Al和Mn中的至少一者；M3为选自B、Mg、Si、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、W、Mo、Sr、Ce、Ga和Ta中的一者或更多者；0≤x≤0.15；a>0；d>0；e≥0；并且任选地a+d+e＝1，Li
1+x
Mn2O4式(C)，其中，在式(C)中，0≤x≤0.15，Li
1+x
CoO2式(D)，其中，在式(D)中，0≤x≤0.15。2.根据权利要求1所述的正电极材料，其中所述第二活性材料由以下式(A1)至式(A4)中的一者或其共混物表示：Li
1+x
FePO4式(A1)，其中，在式(A1)中，0≤x≤0.15，Li
1+x
MnPO4式(A2)，其中，在式(A2)中，0≤x≤0.15，Li
1+x
CoPO4式(A3)，其中，在式(A3)中，0≤x≤0.15，Li
1+x
Fe
y
Mn
z
X
b
PO4式(A4)，其中，在式(A4)中，X为选自Ni、V、Y、Mg、Ca、Ba、Al、Sc和Nd中的至少一种过渡金属；0≤x≤0.15；y>0；z>0；b≥0；并且任选地y+z+b＝1。3.根据权利要求2所述的正电极材料，其中所述第二活性材料由所述式(A4)表示。4.根据权利要求1所述的正电极材料，其中所述第二活性材料由以下式(B1)至式(B4)中的一者或其共混物表示：Li
w
(Ni
x
Mn
y
Co
z
M
t
)O2式(B1)，其中，在式(B1)中，0.9≤w≤1.1；x>0；y>0；z>0；t≥0；M为选自Al、B、Mg、Si、Ca、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、W、Mo、Sr、Ce、Ga和Ta中的一者或更多者；并且任选地x+y+z+t＝1，
Li
1+x
Ni
a
Mn
b
O2式(B2)，其中，在式(B2)中，0≤x≤0.15；a>0；b>0；并且任选地a+b＝1，Li
w
(Ni
x
Co
y
Al
z
M
t
)O2式(B3)，其中，在式(B3)中，0.9≤w≤1.1；x>0；y>0；z>0；t≥0；M为选自B、Mg、Si、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、W、Mo、Sr、Ce、Ga和Ta中的一者或更多者；并且任选地x+y+z+t＝1，Li
1+x
Ni
a
Mn
b
Co
c
Al
d
O2式(B4)，其中，在式(B4)中，0≤x≤0.15；a>0；b>0；c>0；d>0；并且任选地a+b+c+d＝1。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈西林，弗兰克，
申请(专利权)人：美国安全公司，
类型：发明
国别省市：