用于制备包含铌的锂过渡金属氧化物化合物的组合物和方法技术

本发明专利技术涉及用于制备适合在电池的锂离子阴极中使用的锂过渡金属氧化物化合物的组合物和方法。此外，本发明专利技术涉及锂离子电池阴极和制备该材料以及调节其电化学特性的有效方法。例如，本发明专利技术涉及制备锂过渡金属氧化物化合物的方法，该方法包括：通过混合铌化合物、锂镍锰钴氧化物阴极粉末或者锂镍钴铝氧化物阴极粉末以及溶剂形成浆液，该铌化合物包含乙醇铌、五氧化二铌、二氧化铌、一氧化铌、氯化铌、氟化铌、草酸铌铵水合物或草酸铌中的一种或多种；并除去溶剂以形成包含铌的改性的锂镍锰钴组合物或者包含铌的改性的锂镍钴铝组合物。在实施方式中，铌化合物是特征在于基本上不含锂的氧化物或者特征在于基本上不含锂的组合物。氧化物或者特征在于基本上不含锂的组合物。氧化物或者特征在于基本上不含锂的组合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制备包含铌的锂过渡金属氧化物化合物的组合物和方法
[0001]政府利益
[0002]本专利技术是在由美国能源部授予的批准号DE
‑
EE0007765的政府支持下完成的。政府在本专利技术中具有某些权利。
[0003]相关申请的引证
[0004]本专利技术在35U.S.C.
§
119下主张2020年10月16日提交的美国临时专利申请No.63/092,755的优先权或权益，其全部内容通过引用并入本申请。


[0005]本专利技术涉及用于制备适合在电池的锂离子阴极中使用的包括镍、钴、锰和铌或者镍、钴、铝和铌的锂过渡金属氧化物化合物的组合物和方法。此外，本专利技术涉及锂离子电池阴极和制备其材料以及调节其电化学特性的有效方法。

技术介绍

[0006]电动车辆(EV)市场快速扩张并且被认为是减少来自路面车辆的空气污染和加强能源安全的有效途径。然而，与内燃机(ICE)车辆相比，EV的行驶范围和高昂价格存在限制大规模部署的问题，并且对用于EV推进系统的锂离子电池(LIB)、能量转换和存储系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于制备锂过渡金属氧化物化合物的方法，所述方法包括：通过混合铌化合物、锂镍锰钴氧化物阴极粉末或者锂镍钴铝氧化物阴极粉末以及溶剂形成浆液，所述铌化合物包含乙醇铌、五氧化二铌、二氧化铌、一氧化铌、氯化铌、氟化铌、草酸铌铵水合物或草酸铌中的一种或多种；以及从所述浆液除去所述溶剂以形成包含铌的改性的锂镍锰钴组合物或者包含铌的改性的锂镍钴铝组合物。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述铌化合物基本上不含或不含锂。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述锂镍锰钴氧化物阴极粉末表征为LiNi
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
O2，其中x是0.8
‑
1，y是0
‑
0.2且1
‑
x
‑
y是0
‑
0.2。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述锂镍钴铝氧化物阴极粉末表征为LiNi
x
Co
y
Al1‑
x
‑
y
O2，其中x是0.8
‑
1，y是0
‑
0.2且1
‑
x
‑
y是0
‑
0.2。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的方法，其中所述包含铌的改性的锂镍锰钴组合物或者包含铌的改性的锂镍钴铝组合物各自包含0
‑
5wt.％的铌，或者0.001
‑
5wt.％的铌。6.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的方法，其中所述包含铌的改性的锂镍锰钴组合物表征为第一化学式LiNi
x
Co
y
Mn
z
Nb
w
O2，其中(x+y+z+w＝1)，并且其中x是0.8
‑
1.0，y是0
‑
0.2，z是
‑
0.2且w是0
‑
0.2，或者第二化学式Li
w
Nb1‑
w
Ni
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
O2，其中x是0.8
‑
1，y是0
‑
0.2，w是0
‑
0.2且1
‑
x
‑
y是0
‑
0.2。7.根据权利要求1
‑
6中任一项所述的方法，其中除去所述溶剂包括在超过65摄氏度的温度下蒸发所述溶剂至少5小时。8.根据权利要求1
‑
7中任一项所述的方法，其中所述溶剂是甲醇、乙醇、乙二醇或四甘醇乙醇中的一种或多种。9.根据权利要求1
‑
8中任一项所述的方法，其中所述包含铌的改性的锂镍锰钴组合物或者包含铌的改性的锂镍钴铝组合物包含0.7％至1.4％的摩尔比的铌。10.根据权利要求1
‑
9中任一项所述的方法，还包括在含氧气氛中，在至少400摄氏度、至少500摄氏度、至少600摄氏度、至少700摄氏度、至少800摄氏度的温度、400摄氏度至800摄氏度之间的温度、400摄氏度至500摄氏度之间的温度、500摄氏度至600摄氏度之间的温度、600摄氏度至700摄氏度之间的温度或者700摄氏度至800摄氏度之间的温度下烧结所述包含铌的改性的锂镍锰钴组合物或者包含铌的改性的锂镍钴铝组合物。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述含氧气氛由氧气组成。12.根据权利要求10
‑
11所述的方法，其中烧结持续时间为2
‑
5小时、3小时或约3小时。13.根据权利要求10
‑
11所述的方法，其中烧结所述包含铌的改性的锂镍锰钴组合物或包含铌的改性的锂镍钴铝组合物还包括烧结各自包含基于所述组合物总重量的0.001
‑
5％的铌的包含铌的改性的锂镍锰钴组合物或者包含铌的改性的锂镍钴铝组合物中的一种或多种。14.根据权利要求13所述的方法，其中所述包含铌的改性的锂镍锰钴组合物或者包含铌的改性的锂镍钴铝组合物各自包含0.7％至1.4％、0.7％或1.4％的摩尔比的铌。15.根据权利要求10
‑
14中任一项所述的方法，其中烧结是在适合于形成掺杂和/或取代的包含铌的改性的锂镍锰钴组合物，或者掺杂和/或取代的包含铌的改性的锂镍钴铝组合物的条件下进行的。
16.根据权利要求1所述的方法，其中除去所述溶剂形成了包含铌的涂层。17.一种形成锂离子阴极的方法，所述方法包括：通过混合铌化合物、锂镍锰钴氧化物阴极粉末或者锂镍钴铝氧化物阴极粉末以及溶剂形成浆液，所述铌化合物包含乙醇铌、五氧化二铌、二氧化铌、一氧化铌、氯化铌、氟化铌、草酸铌铵水合物或草酸铌中的一种或多种；除去所述溶剂以形成包含铌的改性的锂镍锰钴组合物或者包含铌的改性的锂镍钴铝组合物；以及将所述包含铌的改性的锂镍锰钴组合物或者包含铌的改性的锂镍钴铝组合物形成阴极。18.根据权利要求17所述的方法，其中所述铌化合物基本上不含或不含锂。19.根据权利要求17或18所述的方法，其中除去所述溶剂还包括在超过65摄氏度的温度下蒸发所述溶剂至少5小时。20.根据权利要求17所述的方法，其中所述包含铌的改性的锂镍锰钴组合物或者所述包含铌的改性的锂镍钴铝组合物包含预选摩尔比的铌。21.根据权利要求17所述的方法，还包括在含氧气氛中，在适合于形成涂层或改变铌渗透深度的预选温度下，烧结所述包含铌的改性的锂镍锰钴组合物或者所述包含铌的改性的锂镍钴铝组合物。22.根据权利要求17所述的方法，其中烧结持续时间为2
‑
5小时、3小时或约3小时。23.一种阴极，其包括：包含铌的改性的锂镍锰钴组合物或者包含铌的改性的锂镍钴铝组合物，其中铌以0.01％至5.0％的摩尔比存在。24.根据权利要求23所述的阴极，其中所述摩尔比为0.7％至1.4％。25.根据权利要求23或24所述的阴极，其中所述组合物包含铌涂层、布置在所述组合物内的铌，或它们的组合。26.一种电化学电池，其包括：根据权利要求23或24所述的阴极。27.一种形成锂离子阴极材料的方法，所述方法包括：混合铌化合物、锂镍锰钴氧化物阴极粉末或者锂镍钴铝氧化物阴极粉末以及溶剂，所述铌化合物包含乙醇铌、五氧化二铌、二氧化铌、一氧化铌、氯化铌、氟化铌、草酸铌铵水合物或草酸铌中的一种或多种；以及除去所述溶剂以形成涂覆的组合物，其包含布置在所述锂镍锰钴组合物或所述锂镍钴铝组合物上的含铌涂层。28.根据权利要求27所述的方法，其中所述铌化合物的特征在于不含锂。29.根据权利要求27或28所述的方法，其中所述含铌涂层的特征在于是连续的。30.根据权利要求27
‑
29中任一项所述的方法，其中所述含铌涂层的特征在于是保形的。31.根据权利要求27
‑
30中任一项所述的方法，其中所述含铌涂层具有1至100纳米之间的厚度。32.根据权利要求27
‑
31中任一项所述的方法，其中所述含铌涂层包含LINBO3、Li3NBO4或它们的组合，或者由LINBO3、Li3NBO4或它们的组合组成。
33.根据权利要求27
‑
32中任一项所述的方法，其中所述锂镍锰钴氧化物阴极粉末表征为LiNi
0.8
Co
0.10
Mn...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：纽约州立大学研究基金会，
类型：发明
国别省市：